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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Ultraschallwandler für verschiedene Einsatzgebiete bekannt. So werden beispielsweise Ultraschall-Wandler in fluiden Medien eingesetzt, um einen Füllstand und/oder eine Strömungseigenschaft, beispielsweise einen Massen- oder Volumenstrom oder eine Geschwindigkeit, des fluiden Mediums zu messen. Insbesondere kommen derartige Ultraschallwandler im Ansaug- und/oder Abgastrakt von Verbrennungsmotoren zum Einsatz. Beispiele von Ultraschallwandlern, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfindungsgemäß modifiziert werden können, sind in
DE 203 02 582 U1 ,
EP 0 766 071 A1 oder
DE 10 2007 010 500 A1 beschrieben.
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Ultraschallwandler weisen in der Regel mindestens ein elektrisch-akustisches Wandlerelement auf, beispielsweise ein piezoelektrisches Wandlerelement, welches eingerichtet ist, um elektrische Signale in Ultraschallsignale umzuwandeln oder umgekehrt. So sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem genannten Stand der Technik, Ultraschallwandler auf der Basis einer Piezokeramik bekannt, welche zusätzlich mindestens eine Impedanzanpassschicht umfassen können (beispielsweise eine λ/4-Impedanzanpassschicht, wobei das akustisch/elektrische Wandlerelement und die optionale mindestens eine Impedanzanpassschicht einen Wandlerkern bilden. Dieser Wandlerkern kann in eine Gehäusehülse eingebracht werden. Dabei besteht eine besondere Schwierigkeit darin, parasitäre Ultraschallpfade zu unterdrücken, welche durch die Materialien des Sensorgehäuses hindurch zum Wandlerkern oder in der Gegenrichtung verlaufen. Derartige parasitäre Ultraschallpfade würden ansonsten das Messsignal verfälschen, wodurch der ermittelte Wert für die zu messende Strömungsrate häufig die Toleranzgrenzen überschreitet. Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der oben zitierten
EP 0766 071 A1 oder der
DE 203 02 582 U1 sind daher Dämpfungselemente bekannt, welche im Inneren der Gehäusehülse eingesetzt werden. Beispielsweise können Entkopplungselemente zwischen dem Wandlerkern und der Gehäusehülse vorgesehen sein. Außerdem wird in vielen Fällen innerhalb der Hülse ein Dämpfungsverguss vorgesehen.
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Dabei hat es sich jedoch gezeigt, dass in vielen Fällen nach wie vor Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Unterdrückung parasitärer Ultraschallpfade über Gehäuseteile, im Folgenden auch als Körperschall bezeichnet, besteht. Insbesondere bei Sensoranordnungen mit mehreren Ultraschallwandlern kann über die Ultraschallpfade eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Ultraschallwandler erfolgen, was zu einer Signalverfälschung führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Es werden daher ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium, eine Sensoranordnung mit mindestens zwei Ultraschallwandlern sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers vorgeschlagen, welche die oben dargestellte Problematik lösen. Insbesondere bewirkt die Erfindung eine deutliche Reduzierung parasitärer Ultraschallpfade durch Gehäuseelemente, also eine Körperschallunterdrückung.
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In einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen. Bei dem fluiden Medium kann es sich um Gase und/oder um Flüssigkeiten handeln, insbesondere um Luft oder Abgase. Insbesondere kann der Ultraschallwandler zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft des fluiden Mediums eingesetzt werden, beispielsweise eines Füllstands und/oder einer Strömungseigenschaft des fluiden Mediums, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit, eines Massenstroms oder eines Volumenstroms. Insbesondere kann somit der Ultraschallwandler in einem so genannten Durchflussmesser eingesetzt werden (Ultrasonic Flowmeter, UFM), insbesondere in der Automobiltechnik. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Der Ultraschallwandler umfasst mindestens eine Gehäusehülse mit mindestens einem Innenraum. Unter einer Gehäusehülse ist dabei grundsätzlich ein beliebiges Gehäuseteil zu verstehen, welches einen mechanischen Schutz und/oder eine elektromagnetische Abschirmung für in dem Gehäuseinnenraum aufgenommene Komponenten bereitstellt. Die Gehäusehülse kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgestaltet sein, beispielsweise in Form einer zylindrischen Hülse, beispielsweise mit einem polygonalen oder runden Querschnitt. Die Gehäusehülse kann insbesondere mindestens eine Öffnung aufweisen, welche dem fluiden Medium zuweist, welche mindestens eine Abstrahlfläche des Ultraschallwandlers aufnimmt. Über diese Abstrahlfläche können beispielsweise Ultraschallimpulse an das fluide Medium abgegeben werden oder Ultraschallimpulse aus dem fluiden Medium aufgenommen werden. Beispielsweise kann diese Abstrahlfläche eine kreisförmige oder polygonale Abstrahlfläche sein. Dementsprechend kann die Gehäusehülse beispielsweise in Form einer zylindrischen, zum fluiden Medium hin geöffneten Hülse ausgestaltet sein.
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In dem Gehäuseinnenraum ist mindestens ein Wandlerkern eingebracht. Dieser Wandlerkern umfasst mindestens ein akustisch-elektrisches Wandlerelement. Wie oben dargestellt, ist ein akustisch-elektrisches Wandlerelement grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, um elektrische Signale in akustische Signale, insbesondere Ultraschallsignale, umzuwandeln oder umgekehrt. Insbesondere kann das akustisch-elektrische Wandlerelement ein piezoelektrisches Wandlerelement (im Folgenden auch als Piezokeramik bezeichnet) umfassen oder ganz als derartiges piezoelektrisches Wandlerelement ausgestaltet sein. Weiterhin kann der Wandlerkern, wie oben dargestellt, ein oder mehrere zusätzliche Elemente umfassen, insbesondere mindestens einen Anpasskörper, welcher eingerichtet ist, um auf Impedanzunterschiede zurückzuführende Einkopplungsverluste zwischen dem akustisch-elektrischen Wandlerelement und dem fluiden Medium zumindest zu vermindern. Beispielsweise kann der mindestens eine Anpasskörper mindestens eine Impedanzanpassschicht umfassen, beispielsweise eine λ/4-Impedanzanpassschicht. Für derartige Anpasskörper kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden, beispielsweise die
DE 10 2007 010 500 A1 oder die
EP 0 766 071 A1 . Insbesondere kann der Anpasskörper mindestens ein Material umfassen, dessen Impedanz zwischen der Impedanz des akustisch-elektrischen Wandlerelements und der Impedanz des fluiden Mediums liegt, beispielsweise beim geometrischen Mittel dieser Impedanzen. Beispielweise kann der Wandlerkern derart ausgestaltet sein, dass zunächst das akustisch-elektrische Wandlerelement in dem Gehäuseinnenraum aufgenommen wird, gefolgt von dem mindestens einen Anpasskörper, welcher wiederum eine Abstrahlfläche hin zur Öffnung des Gehäuseinnenraums zum fluiden Medium bereitstellt. Diese Gehäuseöffnung kann beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, vollständig oder teilweise durch mindestens ein Abdichtelement abgeschlossen werden, beispielsweise mindestens eine Abdichtfolie.
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Zur Lösung der oben dargestellten Problematik wird vorgeschlagen, außerhalb des Gehäuseinnenraums mindestens ein Dämpfungselement vorzusehen, welches mit der Gehäusehülse in Kontakt steht. Dieses Dämpfungselement ist eingerichtet, um einen Körperschall zu dämpfen. Dementsprechend kann dieses Dämpfungselement beispielsweise mindestens ein Dämpfungsmaterial umfassen, welches eingerichtet ist, um zumindest im Ultraschallbereich eine akustische Signalausbreitung oder Eigenschwingung zu dämpfen.
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Unter einem Dämpfungselement ist allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, Energie aufzunehmen, insbesondere Schallenergie. Das Dämpfungselement soll dabei derart eingerichtet sein, dass dieses direkt oder indirekt mit mindestens einem zu dämpfenden Teil in Kontakt steht. Dabei soll das Dämpfungselement vorzugsweise gegenüber dem zu dämpfenden Teil nicht entkoppelt sein, sondern mit diesem gekoppelt sein. Insbesondere kann das Dämpfungselement eine möglichst ähnliche Impedanz wie das zu dämpfende Teil aufweisen, beispielsweise gegenüber einem Piezoelement durch Verwendung eines harten Materials und/oder durch schwere Füllstoffe. Das Dämpfungselement sollte weiterhin in der Lage sein, die aufgenommene Energie auch zu dissipieren, d. h. z. B. durch viskoelastische Verluste in Wärme umzuwandeln. Zu diesem Zweck sollte eher ein weiches Material verwendet werden. Zusätzlich kann allgemein auch eine Streuung an Hohlräumen oder Füllstoffen mit einer anderen Impedanz hilfreich sein.
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Von einem Dämpfungselement grundsätzlich zu unterscheiden ist ein Entkopplungselement, welches optional zusätzlich vorgesehen sein kann. Ein Entkopplungselement ist dabei allgemein ein Element, welches eingerichtet ist, um möglichst wenig Schwingungsenergie weiterzuleiten. Dies kann beispielsweise mittels einer Impedanzfehlanpassung erfolgen, beispielsweise einer Impedanzfehlanpassung gegenüber einem harten Piezoelement durch Verwendung eines weichen Stoffs als Entkopplungselement. Das Material des Entkopplungselements kann optional beispielsweise auch mit einem oder mehreren Hohlräumen versetzt sein.
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In der Praxis allgemein der beschriebene Unterschied zwischen einem Dämpfungselement und einem Entkopplungselement nicht immer vollständig möglich. Ein typisches Entkopplungselement außerhalb der Gehäusehülse, welches nicht von dem oben beschriebenen Dämpfungselement erfasst sein soll, welches jedoch optional zusätzlich vorhanden sein kann, wäre beispielsweise ein Entkopplungselement in Form einer Aufhängung der Gehäusehülse mittels mindestens einen die Gehäusehülse ganz oder teilweise umgebenden O-Rings, beispielsweise aus einem elastischen Material. Ein solcher O-Ring wäre jedoch in der Regel nicht ausreichend medienresistent. Wenn ein solcher O-Ring durch einen Medienschutz, beispielsweise durch eine starre Verbindung, akustisch überbrückt wird, kann der O-Ring nicht mehr entkoppeln. Andererseits reicht seine geringe Dämpfung nicht aus, um die Ausbreitung von Körperschall zu unterdrücken oder auf einen kurzen Zeitraum zu begrenzen.
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Beispielsweise kann das Dämpfungsmaterial mindestens ein Kunststoffmaterial umfassen, beispielsweise als Matrixmaterial, welches plastisch verformbare Eigenschaften aufweist, beispielsweise ein Elastomermaterial und/oder ein weiches thermoplastisches Material. Duroplastische Materialien sind jedoch grundsätzlich ebenfalls einsetzbar. Beispielsweise können Silikone und/oder flexibilisierte Epoxide mit oder ohne Füllstoffe eingesetzt werden.
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Allgemein wird in der Regel der primäre Dämpfungsmechanismus durch das Verlustmodul des Dämpfungsmaterials bestimmt, beispielsweise durch die Größen E” und/oder tan(δ). Die Dämpfung kann optional durch einen oder mehrere Füllstoffe verbessert werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Füllstoffe verwendet werden, welche erhebliche Impedanzunterschiede zum eigentlichen Kunststoffmaterial des Dämpfungsmaterials aufweisen, wodurch sich eine Streuung und/oder eine verbesserte Impedanzanpassung an den zu dämpfenden Körper einstellen kann.
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Beispielsweise kann als Matrix des Dämpfungsmaterials ein Material mit einem hohem Verlustmodul eingesetzt werden. Dieses hohe Verlustmodul kann insbesondere verbunden sein mit einer geringer Härte dieses Dämpfungsmaterials. Das Dämpfungsmaterial kann mit einem oder mehreren härteren Füllstoffen gefüllt sein, so dass insgesamt das Dämpfungsmaterial härter ausgestaltet wird. So dass beispielsweise dessen Impedanz an die Impedanz der Gehäusehülse anpasst werden kann.
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Die Verwendung eines oder mehrerer Füllstoffe ermöglicht auch die Verwendung von Kunststoffen, die weniger verformbar sind, wie beispielsweise Thermoplaste und/oder Epoxidharze, welche aber durch ihre höhere Härte in der Regel besser zur Impedanz des Hülsenmaterials der Gehäusehülse passen, insbesondere wenn dieses aus Metall ist. So können beispielsweise Dämpfungsmaterialien eingesetzt werden, welche, einschließlich ihrer Füllstoffe, insgesamt eine Shore-A-Härte von 20 bis 80 aufweisen. Es können jedoch auch härtere Materialien grundsätzlich eingesetzt werden.
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Bei dem Dämpfungselement kann es sich insbesondere um einen Dämpfungsverguss handeln, oder das Dämpfungselement kann einen derartigen Dämpfungsverguss umfassen. Unter einem Dämpfungsverguss ist dabei grundsätzlich ein beliebiges Dämpfungselement zu verstehen, welches seine endgültige Gestalt während des Einbringens in den Ultraschallwandler erhält. Dieses Einbringen kann beispielsweise durch ein Gießverfahren, ein Spritzverfahren oder ein Pressverfahren oder ein anderes Formgebungsverfahren erfolgen. Damit unterscheidet sich der Dämpfungsverguss beispielsweise von Einlegeteilen oder Formteilen, wie sie im Stand der Technik in vielen Fällen zur Dämpfung eingesetzt werden.
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Wie oben dargestellt, kann das Dämpfungselement mindestens ein Dämpfungsmaterial mit den genannten Dämpfungseigenschaften umfassen. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dämpfungselement mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: ein Silikon, insbesondere ein Flüssigsilikon; einen duroplastischen Kunststoff, insbesondere ein Epoxidharz, insbesondere ein flexibilisiertes Epoxidharz; einen thermoplastischen Kunststoff; insbesondere mindestens einen der voranstehenden Materialien mit Hohlräumen und/oder Füllstoffen versehen. Diese Materialien, welche einzeln oder auch in beliebiger Kombination eingesetzt werden können, weisen besonders gute Dämpfungseigenschaften gegenüber Körperschall auf und sind gleichzeitig leicht zu verarbeiten, insbesondere im Rahmen eines Dämpfungsvergusses.
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Zur elektromagnetischen Abschirmung des elektrisch-akustischen Wandlerelements ist es besonders bevorzugt, wenn die Gehäusehülse mindestens einen metallischen Werkstoff umfasst. Beispielsweise kann dieser mindestens eine metallische Werkstoff mindestens einen Stahl- und/oder ein Aluminium umfassen. Auch Kombinationen verschiedener Metalle sind möglich. Da zusätzlich das mindestens eine Dämpfungselement eingesetzt wird, werden die Nachteile metallischer Materialien, welche in einer geringen Dämpfung von Körperschall bestehen, weitgehend ausgeglichen, so dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung gute elektromagnetische Abschirmeigenschaften mit geringer Körperschallausbreitung kombiniert werden können.
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Das Dämpfungselement, insbesondere der Dämpfungsverguss, können auf verschiedene Weisen außerhalb des Gehäuseinnenraums mit der Gehäusehülse in Kontakt gebracht werden. Zusätzlich kann, wie unten noch näher erläutert wird, auch innerhalb des Gehäuseinnenraums mindestens ein weiteres Dämpfungselement vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dämpfungselement zumindest teilweise auf einer Außenoberfläche der Gehäusehülse aufgebracht ist. Handelt es sich beispielsweise, wie oben dargestellt, um eine zylinderförmige Gehäusehülse, so kann beispielsweise auf einem Zylindermantel und/oder auf einer dem fluiden Medium abgewandten Stirnfläche der Zylinderhülse ein Dämpfungsverguss aufgebracht werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem Aufbringen auf einer Außenoberfläche kann das mindestens eine Dämpfungselement, beispielsweise der mindestens eine Dämpfungsverguss, jedoch auch an anderen Stellen angeordnet sein, insbesondere auch an anderen Stellen innerhalb der Gehäusehülse selbst. So kann die Gehäusehülse beispielsweise mehrere Hohlräume umfassen, wobei mindestens einer dieser Hohlräume zum Einbringen des Dämpfungselements genutzt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Gehäusehülse zusätzlich mindestens einen Dämpfungshohlraum aufweist, wobei der Dämpfungshohlraum zumindest teilweise mit dem Dämpfungselement angefüllt ist. Beispielsweise kann der Dämpfungshohlraum derart ausgestaltet sein, dass dieser zum fluiden Medium hin nicht gefüllt ist. Beispielsweise kann der Dämpfungshohlraum, wie unten noch exemplarisch ausgeführt wird, eine Faltung oder eine Crimpung umfassen, welche gegenüber dem fluiden Medium hin geschlossen ist und welche beispielsweise eine Öffnung nach außen hin, weg vom fluiden Medium, aufweist, durch welche das mindestens eine Dämpfungselement, beispielsweise der Dämpfungsverguss, eingebracht werden kann. Verschiedene Ausführungsbeispiele werden unten noch näher beschrieben.
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Zusätzlich zu dem außerhalb des Gehäuseinnenraums angeordneten Dämpfungselements können weitere Dämpfungselemente im Gehäuseinnenraum vorgesehen sein. So kann beispielsweise nach wie vor im Gehäuseinnenraum mindestens ein Dämpfungsverguss angeordnet sein und/oder mindestens ein Entkopplungselement, welches beispielsweise den Wandlerkern radial umgibt und diesen von der Gehäusehülse abschirmt.
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Der Ultraschallwandler kann neben der mindestens einen Gehäusehülse weiterhin mindestens ein Sensorgehäuse aufweisen. Beispielsweise kann dieses Sensorgehäuse eine oder mehrere Gehäusehülsen aufnehmen. Der Ultraschallwandler kann beispielsweise als einsetzbares Modul ausgestaltet sein, welches beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere eine Strömungsrohrwand, einsetzbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorgehäuse jedoch selbst bereits einen oder mehrere Strömungsrohre für das fluide Medium umfassen.
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Ist mindestens ein Sensorgehäuse vorgesehen, so ist es besonders bevorzugt, wenn die Gehäusehülse zumindest teilweise in dem Sensorgehäuse aufgenommen ist. Das Dämpfungselement kann dann vorzugsweise zumindest teilweise zwischen der Gehäusehülse und dem Sensorgehäuse angeordnet sein. Dies bedeutet, dass das Dämpfungselement, insbesondere der Dämpfungsverguss, physikalisch zwischen diesen Elementen angeordnet ist und/oder diese Elemente zumindest miteinander verbindet, beispielsweise indem ein gemeinsamer Verguss vorgesehen ist, welcher das Sensorgehäuse und die Gehäusehülse miteinander verbindet. Verschiedene Ausführungsbeispiele werden unten erläutert.
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Insbesondere kann das Dämpfungselement mindestens einen Zwischenraum zwischen der Gehäusehülse und dem Sensorgehäuse zumindest teilweise ausfüllen, insbesondere stoffschlüssig ausfüllen. Das Dämpfungselement kann dabei insbesondere als verformbares oder flüssiges Material in diesen Zwischenraum eingebracht sein und sich ganz oder teilweise einer dem Zwischenraum zuweisenden Außenkontur der Gehäusehülse und/oder einer dem Zwischenraum zuweisenden Innenkontur des Sensorgehäuses anpassen. Insbesondere kann der Zwischenraum zwischen dem Sensorgehäuse und der Gehäusehülse also ganz oder teilweise mit dem Dämpfungselement verfüllt sein, insbesondere formschlüssig verfüllt sein, insbesondere durch einen Dämpfungsverguss. Das Dämpfungselement kann auf diese oder andere Weisen insbesondere eine Überbrückung zwischen der Gehäusehülse und dem Sensorgehäuse bewirken.
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Das Sensorgehäuse kann mindestens ein Führungselement zur Führung der Gehäusehülse aufweisen. Insbesondere kann dieses mindestens eine Führungselement mindestens eine Lamelle, vorzugsweise mindestens zwei oder mindestens drei Lamellen, aufweisen. In diesem Fall kann das Dämpfungselement beispielsweise zumindest teilweise zwischen dem Führungselement und der Gehäusehülse angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Dämpfungsverguss zwischen die Lamellen eingebracht sein, so dass ein Zwischenraum zwischen den Lamellen und der Gehäusehülse zumindest teilweise durch den Dämpfungsverguss ausgefüllt ist.
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Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme der Gehäusehülse umfassen. Beispielsweise können die Führungselemente, beispielsweise die Lamellen, in der Aufnahmeöffnung vorgesehen sein, vorzugsweise in einer Richtung, welche parallel zu einer Achse der Aufnahmeöffnung, welche beispielsweise zylindrisch ausgestaltet sein kann, verläuft. In diesem Fall kann, wie oben beschrieben, der Dämpfungsverguss beispielsweise einen Zwischenraum zwischen der Wand der Aufnahmeöffnung und der Außenwand der Gehäusehülse zumindest teilweise ausfüllen.
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Die Aufnahmeöffnung kann insbesondere mindestens einen Anschlag aufweisen, insbesondere mindestens einen Bund. Die Gehäusehülse kann in einem eingebrachten Zustand auf diesem Anschlag aufliegen, so dass beispielsweise ein Druck des fluiden Mediums über die Gehäusehülse auf den Anschlag übertragen wird und der Ultraschallwandler insgesamt druckdicht ausgestaltet ist.
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Neben dem Ultraschallwandler in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen wird weiterhin eine Sensoranordnung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft des fluiden Mediums vorgeschlagen. Wie oben dargestellt, kann es sich dabei beispielsweise um eine Strömungseigenschaft des fluiden Mediums und/oder einen Füllstand des fluiden Mediums in mindestens einem Tank handeln. Diesbezüglich kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Die Sensoranordnung umfasst mindestens zwei Ultraschallwandler gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das mindestens eine Dämpfungselement für beide Ultraschallwandler ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Dämpfungsverguss vorgesehen sein, welcher beide Ultraschallwandler miteinander verbindet und beide Ultraschallwandler dämpft bzw. Körperschallschwingungen unterdrückt.
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Neben dem Ultraschallwandler und der Sensoranordnung in einer oder mehreren der oben vorgeschlagenen Ausgestaltungen wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers vorgeschlagen. Das Verfahren kann insbesondere eingesetzt werden, um einen Ultraschallwandler in einer oder mehreren der oben dargestellten Ausführungsformen herzustellen. Dementsprechend kann weitgehend auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird mindestens eine Gehäusehülse mit mindestens einem Gehäuseinnenraum bereitgestellt, wobei in den Gehäuseinnenraum mindestens ein Wandlerkern eingebracht wird. Der Wandlerkern umfasst mindestens ein akustisch-elektrisches Wandlerelement. Außerhalb des Gehäuseinnenraums wird mindestens ein Dämpfungselement mit der Gehäusehülse in Kontakt gebracht. Das Dämpfungselement ist dabei eingerichtet, um einen Körperschall zu dämpfen.
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Der Ultraschallwandler sowie die Sensoranordnung und das vorgeschlagene Verfahren gemäß der obigen Beschreibung weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art oder Verfahren dieser Art zahlreiche Vorteile auf. So kann der Ultraschallwandler zunächst grundsätzlich entsprechend den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallwandlern ausgestaltet sein, beispielsweise den Ultraschallwandlern gemäß dem oben zitierten Stand der Technik. Diese können erfindungsgemäß modifiziert werden. So kann der Ultraschallwandler beispielsweise mindestens eine Piezokeramik, mindestens eine Anpassschicht und eine Gehäusehülse als Ultraschallwandler-Gehäuse umfassen. Der Ultraschallwandler kann ohne weitere Entkopplung hart eingebaut sein in ein Sensorgehäuse, beispielsweise mittels einer Einklebung. Zumindest dem eingebauten Zustand in dem Sensorgehäuse kann ein dämpfendes Material des Dämpfungselements, beispielsweise ein Dämpfungsverguss, mechanisch mit der Gehäusehülse in Kontakt stehen. Dieses, vorzugsweise von außen auf die Gehäusehülse aufgebrachte Material dämpft Körperschallschwingungen des Gehäuses, so dass diese nur noch innerhalb eines zeitlich unkritischen Zeitfensters auf einen anderen Ultraschallwandler weitergegeben werden können.
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Zur Abdichtung des Ultraschallwandlers, insbesondere dessen interner optionaler Silikon-Entkopplung und/oder dessen optionaler poröser Impedanzanpassschicht, kann zusätzlich, wie oben beschrieben, mindestens eine Abdichtfolie über eine dem fluiden Medium zuweisende Wandlerfront aufgebracht werden. Diese kann auch derart ausgestaltet sein, dass diese Körperschall überträgt, welcher dann jedoch durch die Bedämpfung durch das mindestens eine Dämpfungselement von außen schnell wieder gedämpft werden kann.
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Wie weiterhin oben dargestellt, kann als elektromagnetische Abschirm-Maßnahme (EMV-Maßnahme) eine Gehäusehülse aus einem metallischen Werkstoff verwendet werden. Ohne die Erfindung und insbesondere unter Verwendung einer Abdichtfolie würde eine derartig ausgestaltete Hülse aufgrund der geringen Eigendämpfung von Metallen nach dem Sendevorgang in lange andauernde Schwingungen geraten und während dieser Zeit Körperschall übertragen.
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Der oben beschriebene harte Einbau der Gehäusehülse in ein optionales Sensorgehäuse ermöglicht gleichzeitig eine Dichtheit und eine Lagestabilität, wie dies bei einem entkoppelnden, das heißt weicheren, Einbau nicht der Fall wäre. Wenn zusätzlich ein Entkopplungselement benötigt wird, dann bedeutet der harte Einbau, dass dieses Entkopplungselement im Inneren der Hülse angeordnet sein sollte. In diesem Fall ist das am elektrisch-akustischen Wandlerelement anliegende, innere Dämpfungsmaterial auch von der Hülse entkoppelt und kann diese bei Körperschalleintrag nicht dämpfen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Ultraschallwandler ohne erfindungsgemäßes Dämpfungselement;
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2 bis 4 Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers;
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5 und 6 verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ultraschallwandler mit unterschiedlich aufgebrachten Dämpfungselementen;
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7 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; und
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8 und 9 weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ultraschallwandler mit zusätzlichen Dämpfungshohlräumen.
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Ausführungsbeispiele
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Wie oben dargestellt, kann bezüglich möglicher Ultraschallwandler weitgehend auf den Stand der Technik verwiesen werden, wobei die dort dargestellten Ultraschallwandler durch Hinzufügen erfindungsgemäßer Dämpfungselemente modifiziert werden können. In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallwandlers 110 in einer Schnittdarstellung von der Seite gezeigt. Dieser Ultraschallwandler 110 weist noch kein äußeres Dämpfungselement auf und stellt somit lediglich eine Vorstufe zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers 110 dar. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ultraschallwandler 110 erfindungsgemäß modifizierbar.
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Der Ultraschallwandler 110 umfasst eine Gehäusehülse 112, mit einem Gehäuseinnenraum 114. Die Gehäusehülse 112 kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem harten Kunststoffmaterial, oder einem metallischen Material hergestellt sein. Die Gehäusehülse 112 weist im dargestellten Beispiel eine Topform auf, mit einer Gehäuseöffnung 116, welche im Einsatz des Ultraschallwandlers 110 einem fluiden Medium 118 zuweist und welche von einem Rand 120 umgeben ist. Die Gehäuseöffnung 116 kann gegenüber dem fluiden Medium 118 beispielsweise durch eine Abdichtfolie 122 abgedichtet sein. Diese Abdichtfolie 122 kann beispielsweise mit dem Rand 120 und optional mit einem in dem Gehäuseinnenraum 114 aufgenommenen Wandlerkern 124 verbunden sein, beispielsweise durch ein Verkleben.
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Der Wandlerkern 124 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zentral in dem Gehäuseinnenraum 114 aufgenommen. Er umfasst ein elektrisch-akustisches Wandlerelement 126, welches im Folgenden ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen dieses elektrisch-akustischen Wandlerelements 126 auch als Piezo, als Piezokeramik oder piezoelektrisches Wandlerelement bezeichnet wird. Das elektrisch-akustische Wandlerelement 126 kann beispielsweise über Zuleitungen in Form von Kontaktpins 128 und/oder Zuleitungsdrähten 130 rückseitig, das heißt auf der dem fluiden Medium 118 abgewandten Seite des Ultraschallwandlers 110 elektrisch kontaktiert sein.
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Weiterhin umfasst der Wandlerkern 124 optional in dem dargestellten Beispiel mindestens einen Anpasskörper 132, um eine akustische Kopplung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 126 und dem fluiden Medium 118 zu verbessern. Beispielsweise kann es sich dabei um mindestens eine Impedanzanpassschicht handeln.
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Für Ausgestaltungen derartiger Anpasskörper
132 kann beispielsweise auf den oben zitierten Stand der Technik verwiesen werden, insbesondere auf
EP 0 766 071 A1 oder auf
DE 10 2007 010 500 A1 . Die dort beschriebenen Materialien für die Impedanzanpassung können grundsätzlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
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Weiterhin kann der Wandlerkern 124 zusätzliche Elemente umfassen. Beispielsweise kann zwischen dem Anpasskörper 132 und dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 126 mindestens ein Verbindungselement 134 vorgesehen sein. Beispielsweise kann dieses Verbindungselement 134 mindestens einen Klebstoff umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verbindungselement 134 auch ein oder mehrere Ausgleichselemente umfassen, welche beispielsweise thermisch/mechanische Eigenschaften des elektrisch-akustischen Wandlerelements 126 an diejenigen des Anpasskörpers 132 anpassen.
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Weiterhin umfasst der Ultraschallwandler 110 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Entkopplungselement 136, welches den Wandlerkern 124 radial umschließen kann. Dieses optionale Entkopplungselement 136 dient dem Zweck, eine mechanische Fixierung des Wandlerkerns 124 im Gehäuseinnenraum 114 zu bewerkstelligen und dabei gleichzeitig eine unmittelbare akustische Ankopplung der Gehäusehülse 112 an den Wandlerkern 124 zu verhindern. Beispielsweise kann dieses Entkopplungselement 136 ebenfalls einen dämpfenden Werkstoff umfassen.
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Weiterhin kann ein verbleibender Hohlraum des Gehäuseinnenraums 114, insbesondere auf der dem fluiden Medium 118 abgewandten Rückseite des Wandlerkerns 124, ganz oder teilweise mit einem Dämpfungselement 138 ausgefüllt sein, beispielsweise einem Dämpfungsverguss 140. Rückseitig kann der Gehäuseinnenraum 114 durch einen Deckel 142 zumindest teilweise abgeschlossen sein, beispielsweise in Form eines kreisringförmigen Deckels. Dieser Deckel 142 kann auf verschiedene Weisen mit der Gehäusehülse 112 verbunden sein, beispielsweise durch ein Verschrauben, Verstemmen, Verkleben oder durch eine andere kraftschlüssige, formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung. Beispielsweise kann ein Bereich der Gehäusehülse 112 umgecrimpt und/oder gebördelt werden, um den Deckel 142 zu haltern. Der Deckel 142 kann gleichzeitig als Halterung für Zuleitungen zu dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 126 dienen, beispielsweise für die Kontaktpins 128.
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Die stark schematisierte Darstellung in
1 zeigt lediglich eine mögliche Ausführungsform des Ultraschallwandlers
110. Die elektromechanische Wandlung erfolgt in der Piezokeramik des elektrisch-akustischen Wandlerelements
126, die über das Verbindungselement
134 mit dem Anpasskörper
132, beispielsweise einer Impedanzanpassungsschicht, gekoppelt ist. Das optionale Verbindungselement muss dabei nicht notwendigerweise ein separates Bauteil oder Material sein, sondern es kann sich dabei auch beispielsweise um einen rein adhäsiven Kontakt mit dem Material des Anpasskörpers
132 handeln, wie beispielsweise in
DE 10 2007 010 500 A1 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch eine separate Klebstoffschicht als Verbindungselement
134 vorgesehen sein und/oder das Verbindungselement
134 kann ein Material enthalten, welches einen thermisch/mechanischen und/oder akustischen Ausgleich zwischen dem elektrisch/akustischen Wandlerelement
126 und der Impedanzanpassschicht des Anpasskörpers
132 ermöglichen kann.
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Es ist vorteilhaft, wenn die akustische Impedanz des Materials des Verbindungselements 134 und dessen thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen den jeweiligen Werten des elektrisch/akustischen Wandlerelements 126 und des Anpasskörpers 132 liegt. Der Anpasskörper, insbesondere die Impedanzanpassungsschicht, hat beispielsweise eine Dicke in der Größenordnung von etwa einer Viertel Wellenlänge der verwendeten Ultraschallfrequenz und weist vorzugsweise eine akustische Impedanz auf, die zwischen der Impedanz der Luft und derjenigen des akustisch/elektrischen Wandlerelements 126, beispielsweise des Piezos, liegt. Die genauen Material- und Geometrieparameter lassen sich so wählen, dass sich beispielsweise bezüglich der Wandlungseffizienz, der Bandbreite und der Abstrahlcharakteristik Werte ergeben, wie sie für die jeweilige Anwendung erforderlich sind. Zur Impedanzanpassung eignen sich insbesondere poröse Materialien oder syntaktische Schäume, bei denen die akustische Impedanz durch die Dichte reduziert ist. Als Beispiele sind hier Epoxydharze mit Füllungen zu nennen, beispielsweise Glashohlkugeln oder Hohlräume, oder porös gesintertes Polyimid.
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Zum thermisch/mechanischen Ausgleich kommen zwei unterschiedliche Mechanismen infrage. So kann zum einen ein Klebstoff oder ein separater Werkstoff verwendet werden, oder, wie oben ausgeführt, das Verbindungselement 134 kann bereits Teil der Impedanzanpassschicht bzw. des Anpasskörpers 132 sein. Das Verbindungselement 134 sollte einerseits hart genug sein, um zwischen dem elektrisch/akustischen Wandlerelement 126 und dem Anpasskörper 132 eine günstige akustische Kopplung zu erzielen und gleichzeitig flexibel genug sein, um thermische Verspannungen zwischen diesen beiden Bauteilen auszugleichen oder abzubauen.
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Alternativ oder zusätzlich kann in einem zweiten Mechanismus ein Werkstoff verwendet werden, der nicht unbedingt hinsichtlich Flexibilität ausgewählt wurde, aber einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher zwischen den Werten des Anpasskörpers 132 und des elektrisch/akustischen Wandlerelements 126 liegt. Idealerweise können diese Werte nahe an den Werten des elektrisch/akustischen Wandlerelements 126 liegen, da dieses, beispielsweise ein Piezo, in der Regel empfindlicher auf Zugspannungen reagiert. Bei beiden vorgeschlagenen Konzepten kann über die Schichtdicken und Materialparameter der thermisch/mechanische und akustische Ausgleich im Detail eingestellt werden.
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Der Wandlerkern 124, welcher neben dem elektrisch/akustischen Wandlerelement 126 optional, wie oben beschrieben, den Anpasskörper 132, das Verbindungselement 134 und optional weitere Elemente umfassen kann, ist über das Entkopplungselement 136 in der Gehäusehülse 112 befestigt. Die Gehäusehülse 112 kann, wie oben beschrieben, beispielsweise im Wesentlichen aus Kunststoff und/oder einem Metall bestehen. Zur Abdichtung des Ultraschallwandlers 110 gegenüber dem fluiden Medium 118 kann die dargestellte Abdichtfolie 122 vorgesehen sein, welche beispielsweise als dünne Folie zur Versiegelung dienen kann. Rückseitig kann der Ultraschallwandler 110 beispielsweise mit dem Deckel 142 abgeschlossen werden, der gleichzeitig als Träger der Kontaktpins 128 dienen kann.
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Um das elektrisch/akustische Wandlerelement 126 nach dem Sendevorgang möglichst schnell wieder in einen Ruhezustand zu überführen, ist das innere Dämpfungselement 138 in Form des Dämpfungsvergusses 140 vorgesehen. Dieses ermöglicht einerseits besonders kurze und breitbandige Ultraschallsignale. Andererseits kommt das elektrisch/akustische Wandlerelement 126 nach einem Sendevorgang schnell zur Ruhe, so dass der Ultraschallwandler 110 innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne sowohl als Sender als auch als Empfänger eines Ultraschallsignals dienen kann. In den 2 bis 4 sind verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers 110 dargestellt. Dabei wird ein Ultraschallwandler 110 gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich mit einem Sensorgehäuse 144 ausgestattet. Das Sensorgehäuse 144 weist eine Aufnahmeöffnung 146 auf, welche von einem Anschlag 148 in Form eines Bundes 150 umgeben ist. In die Aufnahmeöffnung 146 kann die Gehäusehülse 112 mit dem in 1 beschriebenen Innenaufbau von der Seite des fluiden Mediums 118 her eingefügt werden. Innerhalb der Aufnahmeöffnung 146 sind weiterhin Führungselemente 152 in Form von Lamellen 154 vorgesehen.
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2 zeigt dabei das Fügen des Ultraschallwandlers in das Sensorgehäuse 144. Dieses Sensorgehäuse kann optional, wie oben dargestellt, mit Führungselementen 152 versehen sein. Diese Führungselemente 152 können als Führungsstrukturen ausgestaltet sein, welche sich nach oben hin, also von dem fluiden Medium 118 weg, verengen können. An diesen Führungselementen 152 kann sich die Gehäusehülse 112 beim Fügeprozess verklemmen, so dass die Position der Gehäusehülse 112 relativ zum Sensorgehäuse 144 bis zum Abschluss eines optionalen, nachfolgenden Klebeprozesses nicht mehr ändert.
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3 zeigt die Lage der Gehäusehülse 112 nach dem in 2 dargestellten Fügeprozess. Die Gehäusehülse 112 liegt dabei, wie oben dargestellt, mit ihrem Rand 120 auf dem Bund 150 auf, der auch zur Abstützung dienen kann, wenn der Ultraschallwandler 110 später unter einem Gegendruck des zu messenden Mediums arbeiten muss. Durch die Auflage auf dem Bund 150 im Frontbereich des Ultraschallwandlers und die Führungselemente 152 im hinteren Wandlerbereich ist die Position der Gehäusehülse 112 und/oder des Wandlerkerns 124 relativ zum Sensorgehäuse 144 reproduzierbar festgelegt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von drei Führungselementen 152, um eine Überbestimmung dieser Lage zu vermeiden. Die Führungselemente 152 können lamellenartig ausgeformt werden, so dass innerhalb der Aufnahmeöffnung 146 zwischen dem Sensorgehäuse 144 und der Gehäusehülse 112 Raum für ein Dämpfungselement 156 in Form beispielsweise eines Dämpfungsvergusses 158, verbleibt. Dies ist in 4 unten dargestellt. Sollen mehr Lamellen 154 verwendet werden, um den Dämpfungsverguss 158 in mehrere Segmente zu unterteilen, so können auch unterschiedliche Lamellenformen verwendet werden, wobei eine Form als Führungsstruktur zur Wandlerfixierung dient und die anderen Formen die Trennung zwischen den Füllungssegmenten darstellen können.
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In 4 ist schließlich ein gefügter Zustand des Ultraschallwandlers 110 dargestellt. Beispielsweise kann die Gehäusehülse 112 mit dem Sensorgehäuse 144 über eine Klebung 160 verbunden werden. Diese Klebung 160 kann gleichzeitig zur Abdichtung und ebenfalls zur Versiegelung des Randes der Abdichtfolie 144 dienen. Das Entkopplungselement 136, der Kontakt des inneren Dämpfungsvergusses 140 zu anderen Wandlerteilen, aber insbesondere auch die Abdichtfolie 122 übertragen in der Regel einen gewissen Körperschallbeitrag auf die Gehäusehülse 112. Sind zwei Ultraschallwandler 110 in einer gemeinsamen Sensoranordnung, beispielsweise mit einem gemeinsamen Sensorgehäuse 144 aufgenommen (siehe beispielsweise das Ausführungsbeispiel in 7), so kann dieser Körperschall von einem zum anderen Ultraschallwandler 110 gelangen und ein Körperschall in diesem erzeugen, welche sich störend mit dem eigentlich zu messenden Signal überlagert. Ist das zu messende Medium beispielsweise ein Gas (insbesondere Luft), dann wandert der Körperschallbeitrag schneller von einem zum anderen Ultraschallwandler 110 als der Ultraschall durch das Gas. Ein schnelles Abklingen des Körperschalls ist deshalb vorteilhaft für eine störungsarme Messung. Jede Energieeinspeicherung im Sinne einer Oszillation eines Bauteils im Bereich der Ultraschallwandler 110 kann hingegen den Körperschallfluss zeitlich kritisch verlängern. Insbesondere die Gehäusehülse 112 kann zu solchen Oszillationen angeregt werden. Insbesondere wenn beispielsweise aus EMV-Erwägungen heraus, also aus Erwägungen der elektromagnetischen Abschirmung, eine Metallhülse als Gehäusehülse 112 gewählt wird, kann diese zu nur sehr langsam abklingenden Schwingungen angeregt werden, da Metall in der Regel eine geringere Eigendämpfung aufweist als andere Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffe. Um solche Eigenschwingungen schnell wieder zu dämpfen, wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 4 ein äußeres Dämpfungselement 156 in Kontakt mit der Gehäusehülse 112 gebracht, insbesondere in Form eines Dämpfungsvergusses 158.
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Durch die oben beschriebenen Führungselemente 152, insbesondere die Lamellen 154, kann dafür gesorgt werden, dass bei einer schrägen Einbaulage der Dämpfungsverguss 158 vor der endgültigen Aushärtung nicht zu schnell von der einen zur anderen Wandlerseite fließt. Der Dämpfungsverguss 158 kann durch eine Wandung 162 nach außen begrenzt oder gefasst werden.
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Wie in 5 dargestellt, kann auch der gesamte Ultraschallwandler 112 rückseitig bedampft werden. So zeigt diese Figur ein Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht. Zusätzlich ist jedoch großflächig auf die dem fluiden Medium 118 abgewandte Rückseite der Gehäusehülse 112 und des Sensorgehäuses 144 das Dämpfungselement 156, insbesondere der Dämpfungsverguss 158, aufgebracht. Dabei können auch die Zwischenräume mit den Führungselementen 152 ausgefüllt werden, wie ebenfalls aus 5 hervorgeht.
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In 6 ist hingegen eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 5 gezeigt, bei welchem lediglich eine teilweise Bedeckung der Rückseite erfolgt. Dementsprechend können beispielsweise auch die Hohlräume zwischen dem Sensorgehäuse 144 und der Gehäusehülse 112 im Bereich der Führungselemente 152 bzw. Lamellen 154 lediglich teilweise ausgefüllt sein.
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In 7 ist hingegen ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 164 gezeigt, welche mehrere Ultraschallwandler 110 umfassen kann. Diese Ultraschallwandler 110, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Ultraschallwandler 100 vorgesehen sind, sind in einem gemeinsamen Gehäuse 144 aufgenommen. Beispielsweise können die Ultraschallwandler 110 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 5 oder gemäß den anderen Ausführungsbeispielen ausgestaltet sein. Dabei kann ein gemeinsames äußeres Dämpfungselement 156 vorgesehen sein, insbesondere ein gemeinsamer Dämpfungsverguss 158, über welchen beide Ultraschallwandler 110 miteinander verbunden sind. Auch andere Ausgestaltungen der Ultraschallwandler 110 sind jedoch grundsätzlich möglich. Die Sensoranordnung 164 gemäß 7 kann beispielsweise für eine Laufzeitmessung eingesetzt werden.
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Das mindestens eine die Gehäusehülse 112 von außen bedämpfende Dämpfungselement 156 muss nicht notwendigerweise erst während oder nach dem Einbau in ein Sensorgehäuse 144 eingebracht werden. In den 8 und 9 sind zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ultraschallwandler 110 gezeigt, bei denen das äußere Dämpfungselement 156 bereits zumindest teilweise an der Gehäusehülse 112 angebracht sein kann, bevor diese in dem Sensorgehäuse 144 aufgenommen wird.
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Das Ausführungsbeispiel des Ultraschallwandlers 110 in 8 entspricht zunächst vom Innenaufbau her im Wesentlichen dem Ultraschallwandler 110 gemäß 1. Insofern kann zumindest weitgehend auf die Beschreibung dieser Figur verwiesen werden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die Gehäusehülse 112 gemäß 8 jedoch zusätzlich zu dem Gehäuseinnenraum 114 mindestens einen Dämpfungshohlraum 166 auf. Dieser Dämpfungshohlraum 166 kann beispielsweise, wie in 8 dargestellt, dadurch gebildet werden, dass die Gehäusehülse 112 doppelwandig ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Rand 120 derart hochgezogen, dass sich zwischen dem hochgezogenen Rand und der eigentlichen Wand der Gehäusehülse 112 der Dämpfungshohlraum 166 als Ringraum ausbildet. Der Ringraum ist hin zum fluiden Medium 118 durch die Bördelung des Randes 120 geschlossen, ist hingegen auf der vom fluiden Medium 118 abgewandten Seite der Gehäusehülse 112 offen, so dass von dieser Seite her das Dämpfungselement 156 in Form beispielsweise eines Dämpfungsvergusses 158 eingebracht werden kann. Ein äußerer Dämpfungsverguss, beispielsweise analog zu den Ausführungsbeispielen in den 4 bis 7, kann jedoch optional zusätzlich vorgesehen sein.
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Auch in 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallwandlers 110 gezeigt, welches zunächst wiederum im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 entspricht. Wiederum ist ein Dämpfungshohlraum 166 in Form einer doppelwandigen Ausgestaltung der Gehäusehülse 112 vorgesehen. Insofern kann weitgehend auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß 8 verwiesen werden. Allerdings wurde bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 zusätzlich auf das innenliegende Entkopplungselement 136 verzichtet. Dies ist insbesondere in den Fällen möglich, in denen der Körperschallpfad über die Abdichtfolie 122 dominiert, so dass die Entkopplung durch das Entkopplungselement 136 ohnehin durch die Abdichtfolie 122 überbrückt bzw. akustisch „kurzgeschlossen” würde und somit keinen Vorteil mehr bringen würde.
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Zusätzlich zur Bedämpfung der Gehäusehülse 112 kann in sämtlichen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mindestens eine weitere Dämpfungsmaßnahme ergriffen werden. Dementsprechend kann auch beispielsweise die Eigendämpfung durch die Gehäusehülse 112 erhöht werden, indem beispielsweise ein geeignetes Material für die Gehäusehülse 112 gewählt wird, welches den Schall streut und/oder in Wärme umwandelt. In der Regel ist eine solche Eigendämpfung eher bei Kunststoffen gegeben, wobei härtere oder thermisch stabilere Kunststoffe meist weniger gute Dämpfungseigenschaften aufweisen. Eine eher schlechte Eigendämpfung weisen hingegen Metalle als Hülsenmaterial auf. Diese weisen hierfür wiederum den Vorteil auf, dass diese für elektrische Abschirmungsmaßnahmen am Wandler eingesetzt werden können. In diesem Fall ist eine besonders gute externe Dämpfung der Hülse notwendig, beispielsweise durch das erfindungsgemäße externe Dämpfungselement 156, insbesondere den Dämpfungsverguss 158.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20302582 U1 [0001, 0002]
- EP 0766071 A1 [0001, 0002, 0007, 0045]
- DE 102007010500 A1 [0001, 0007, 0045, 0049]
