DE102010063050B4 - Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern, mit den Schritten:Vorsehen mindestens einer piezoelektrischen Schicht (10) mit Elektroden (12, 14); Polarisieren der piezoelektrischen Schicht (10) durch Anlegen einer Polarisierungsspannung an die Elektroden (12, 14), um in der piezoelektrischen Schicht (10) eine elektrische Polarisierungsremanenz zu erzeugen, wobei während des Anlegens der Polarisierungsspannung in einer Lücke (20) zwischen den Elektroden (10, 12) ein Feststoff (30) eingebracht ist, der elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, wobei der Feststoff (30) während der Herstellung aus der Lücke (20) entfernt wird, nachdem die Polarisierungsspannung angelegt wurde, und der Feststoff (30) während des Anlegens der Polarisierungsspannung die Elektroden (12, 14) elektrisch trennt, wobei der Feststoff (30) ein elastischer und/oder plastischer Feststoff (30) mit einer höheren Verformbarkeit als die piezoelektrische Schicht (10) oder als eine Membran ist, die die piezoelektrische Schicht (10) trägt, und der Feststoff (30) in die Lücke (20) gedrückt wird, wobei sich die Form des Feststoffs (30) sich zumindest teilweise der Form der Elektroden (12, 14) und/oder der Lücke (20) anpasst.A method for producing piezoelectric acoustic transducers, comprising the steps of: providing at least one piezoelectric layer (10) with electrodes (12, 14); Polarizing the piezoelectric layer (10) by applying a polarization voltage to the electrodes (12, 14) in order to generate an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer (10), wherein during the application of the polarization voltage in a gap (20) between the electrodes ( 10, 12) a solid (30) is introduced which has electrically insulating properties, the solid (30) being removed from the gap (20) during manufacture after the polarization voltage has been applied, and the solid (30) during the Applying the polarization voltage electrically separates the electrodes (12, 14), the solid (30) being an elastic and / or plastic solid (30) with a higher deformability than the piezoelectric layer (10) or as a membrane that forms the piezoelectric layer (10) carries, and the solid (30) is pressed into the gap (20), wherein the shape of the solid (30) is at least partially the Adjusts the shape of the electrodes (12, 14) and / or the gap (20).

Description

Stand der TechnikState of the art

Auf dem Gebiet der Erfindung, die das das Herstellen von piezoelektrischen akustischen Wandlern betrifft, sind Verfahren bekannt, bei denen eine unpolarisierte piezoelektrische Keramik durch Anlegen eines elektrischen Feldes polarisiert wird. Es werden Elektroden, die auch im üblichen Betrieb (d.h. nach der Herstellung) zur Anregung verwendet werden, während der Herstellung mit einer Polarisierungsspannung beaufschlagt. Hierdurch wird das Kristallgitter orientiert durch eine Polarisationsremanenz, die im späteren Betrieb die materialphysikalische Grundlage der Anregung bildet.In the field of the invention relating to the manufacture of piezoelectric acoustic transducers, methods are known in which an unpolarized piezoelectric ceramic is polarized by applying an electric field. A polarization voltage is applied to electrodes that are also used for excitation in normal operation (i.e. after manufacture) during manufacture. As a result, the crystal lattice is oriented by a polarization remanence, which in later operation forms the material-physical basis of the excitation.

Es ist ferner bekannt, piezoelektrischen akustische Wandler fürIt is also known to use piezoelectric acoustic transducers

Pulsechodetektionsverfahren zu verwenden, um Objekte im Umfeld eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu erfassen. Im Rahmen des Pulsechodetektionsverfahrens wird der Wandler angeregt, um akustische Impulse zu erzeugen. Die Reichweite des Verfahrens hängt ab von der Stärke des abzustrahlenden Impulses, die wiederum von der Höhe der Anregungsspannung und der Spannungsempfindlichkeit des Wandlers abhängt.To use pulse echo detection methods to detect objects in the vicinity of a vehicle, in particular a motor vehicle. As part of the pulse echo detection process, the transducer is excited to generate acoustic pulses. The range of the method depends on the strength of the pulse to be emitted, which in turn depends on the level of the excitation voltage and the voltage sensitivity of the transducer.

Die Anregungsspannung ist durch die Bordnetzspannung des Fahrzeugs begrenzt, üblicherweise 12 V, wobei grundsätzlich Spannungswandler zur Erhöhung der Spannung eingesetzt werden können, die jedoch aufwändig und kostenintensiv sind. Die Spannungsempfindlichkeit hängt von der Polarisationsremanenz ab, die sich (neben den Materialeigenschaften) aus der maximalen Polarisierungsspannung ergibt. Die maximale Polarisierungsspannung ist wiederum begrenzt durch auftretende Überschläge zwischen den Elektroden während der Polarisierung. Eine große Lücke zwischen den Elektroden, die eine hohe Polarisierungsspannung zulassen würde, ohne dass Überschläge auftreten, führt jedoch zu einem hohen Anteil an nicht anzuregendem Piezomaterial und führt vor allem zu einer großen Wandlerfläche. Die Wandlerfläche ist jedoch stark begrenzt durch den zur Verfügung stehenden Bauraum an der Karosserie des Fahrzeugs.The excitation voltage is limited by the on-board electrical system voltage of the vehicle, usually 12 V, it being possible in principle to use voltage converters to increase the voltage, but these are complex and cost-intensive. The voltage sensitivity depends on the polarization remanence, which (in addition to the material properties) results from the maximum polarization voltage. The maximum polarization voltage is in turn limited by flashovers that occur between the electrodes during polarization. A large gap between the electrodes, which would allow a high polarization voltage without flashovers occurring, however, leads to a high proportion of piezomaterial that cannot be excited and, above all, leads to a large transducer area. However, the transducer surface is severely limited by the space available on the vehicle body.

Aus der Entgegenhaltung DE 3049193 A1 ist bekannt, zur Unterdrückung von Spannungsüberschlägen Silikonöl zu verwenden, in das ein piezoelektrischer Wandler eingetaucht ist, während ein Polarisierungsfeld (erzeugt von einer Polarisierungsspannung) angelegt ist. Bei diesem Ansatz verbleibt jedoch ein Teil des Silikonöls an dem piezoelektrischen Material, so dass ein Reinigungsprozess notwendig ist. Zum einen ist der Reinigungsprozess aufwändig und zum anderen werden die Eigenschaften des polarisierten Wandlers während dem Reinigungsprozess beei nträchtigt.From the citation DE 3049193 A1 It is known to use, to suppress flashover, silicone oil in which a piezoelectric transducer is immersed while a polarizing field (generated by a polarizing voltage) is applied. In this approach, however, some of the silicone oil remains on the piezoelectric material, so that a cleaning process is necessary. On the one hand, the cleaning process is complex and, on the other hand, the properties of the polarized transducer are impaired during the cleaning process.

Aus den Dokumenten DE 198 60 001 A1 , EP 1 911 530 A1 und DE 198 20 208 A1 sind Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern bekannt.From the documents DE 198 60 001 A1 , EP 1 911 530 A1 and DE 198 20 208 A1 methods for manufacturing piezoelectric acoustic transducers are known.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern vorzusehen, mit dem eine hohe Polarisationsremanenz erreicht werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a simplified method for manufacturing piezoelectric acoustic transducers with which a high polarization retentiveness can be achieved.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren der unabhängigen Ansprüche.The object is achieved by the method of the independent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine hohe Polarisationsspannung bei geringer Lücke zwischen den Wandlerelektroden, wodurch sich elektroakustische Wandler mit hoher Materialeffizienz, geringer Betriebsspannung und hoher Abstrahlleistung bezogen auf die Baugröße erzeugen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert keinen Reinigungsschritt, wie er bei der Verwendung von Isolationsflüssigkeiten notwendig ist, so dass Herstellungsschritte eingespart werden können und Wandler ohne beeinträchtigende Rückstände hergestellt werden können.The method according to the invention allows a high polarization voltage with a small gap between the transducer electrodes, as a result of which electroacoustic transducers with high material efficiency, low operating voltage and high radiation power can be generated in relation to the size. The method according to the invention does not require a cleaning step, as is necessary when using insulating liquids, so that manufacturing steps can be saved and converters can be manufactured without harmful residues.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit einfachen Mitteln ausführen und kann in kostengünstiger Massenfertigung automatisiert eingesetzt werden. Insbesondere ist keine Qualitätskontrolle erforderlich, bei der Wandler mit Isolationsmittelrückständen aussortiert werden, so dass auch die Ausschussquote signifikant verringert werden kann.The method according to the invention can be carried out with simple means and can be used in an automated manner in inexpensive mass production. In particular, no quality control is required in which converters with insulation residues are sorted out, so that the reject rate can also be significantly reduced.

Erfindungsgemäß werden Isolationsmaterialien verwendet, die keine Adhäsion wie Isolationsflüssigkeiten aufweisen, wodurch Verunreinigungen durch unerwünschte, anhaftende Rückstände von vorneherein vermieden werden. Es werden daher Isolationsmaterialien mit hoher Durchschlagsfestigkeit in einem nicht flüssigen Aggregatszustand verwendet, da nur im flüssigen Aggregatszustand sich Rückstände von Isolationsmaterial aufgrund der Adhäsion von Flüssigkeiten bilden. Erfindungsgemäß werden daher ein Gasstrom (oder Gasgemischstrom) oder ein Material (Materialmischung oder Reinstoff) im festen Aggregatszustand (im Folgenden: Feststoff) zur Isolation während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in der Lücke zwischen den Elektroden vorgesehen ist, um einen Überschlag zu verhindern. Ein Gasstrom und ein in der Lücke platzierter Feststoff haben vergleichbare elektrische Isolationseigenschaften, insbesondere eine ähnliche Durchschlagsfestigkeit, die mindestens einer Durchschlagsfestigkeit einer Isolationsflüssigkeit wie Silikonöl entspricht. Die erfindungsgemäß erreichte Durchschlagsfestigkeit liegt über der Durchschlagsfestigkeit von Stoffen, die in vorbekannten Verfahren verwendet werden. Hinsichtlich der Mechanismen des Spannungsüberschlag (insbesondere die Ionisation) ist die erhöhte Dichte von unter Druck stehendem Gas mit der hohen Teilchendichte in einem Festkörper vergleichbar. Ferner kann strömendem Gas kann eine Ordnung (definiert durch die Strömungsrichtung) der Teilchen zugeordnet werden, die mit einer Kristallgitterordnung im Festkörper in Richtung des anliegenden elektrischen Feldes vergleichbar ist. Auf diese Weise werden isolierende Eigenschaften des Gases verstärkt, um eine sich fortsetzende Ionisierung (d.h. Stoßionisation) über die Lücke hinweg auf ähnliche Weise zu unterbinden, wie in isolierenden Festkörpern.According to the invention, insulation materials are used which have no adhesion such as insulation liquids, as a result of which contamination from undesired, adhering residues is avoided from the outset. Insulation materials with high dielectric strength are therefore used in a non-liquid state of aggregation, since only in the liquid state of aggregation do residues of insulation material form due to the adhesion of liquids. According to the invention, therefore, a gas flow (or gas mixture flow) or a material (material mixture or pure substance) in the solid state of aggregation (hereinafter: solid) is provided for insulation during the application of the polarization voltage in the gap between the electrodes in order to prevent flashover. A gas flow and a solid placed in the gap have comparable electrical insulation properties, in particular a similar dielectric strength, at least corresponds to a dielectric strength of an insulating liquid such as silicone oil. The dielectric strength achieved according to the invention is higher than the dielectric strength of substances which are used in previously known processes. With regard to the mechanisms of voltage flashover (especially ionization), the increased density of pressurized gas is comparable to the high particle density in a solid. Furthermore, an order (defined by the direction of flow) of the particles can be assigned to the flowing gas which is comparable to a crystal lattice order in the solid in the direction of the applied electric field. In this way, the insulating properties of the gas are enhanced in order to prevent continued ionization (ie impact ionization) across the gap in a manner similar to that in insulating solids.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Wandlern vorgesehen, die für akustische Zwecke geeignet sind. Insbesondere wird eine Druckwellenfortpflanzung in Luft oder einem vergleichbarem Gas unter Normalbedingungen als akustisch bezeichnet. Eine Druckwellenfortpflanzung in einem Feststoff oder in einer Flüssigkeit, etwa Wasser, soll im Kontext der Erfindung (trotz anderer möglicher Definitionen) nicht als akustisch betrachtet werden. Als piezoelektrischer akustischer Wandler wird erfindungsgemäß ein Wandler bezeichnet, dessen Größe, Bauform und elektroakustischen Eigenschaften für ein akustisches Abtastverfahren basierend auf einem Pulsechoverfahren geeignet sind. Der verfahrensgemäß hergestellte Wandler ist an einer Außenseite eines Fahrzeugs dauerhaft befestigbar, um eine Umgebung des Fahrzeugs akustische abzutasten.In accordance with the invention, a method of manufacturing piezoelectric transducers suitable for acoustic purposes is provided. In particular, pressure wave propagation in air or a comparable gas under normal conditions is referred to as acoustic. A pressure wave propagation in a solid or in a liquid, for example water, should not be regarded as acoustic in the context of the invention (despite other possible definitions). According to the invention, a piezoelectric acoustic transducer denotes a transducer whose size, design and electroacoustic properties are suitable for an acoustic scanning method based on a pulse echo method. The transducer produced according to the method can be permanently attached to the outside of a vehicle in order to acoustically scan the surroundings of the vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst gemäß einem ersten Aspekt die Schritte: Vorsehen mindestens einer piezoelektrischen Schicht mit Elektroden, beispielsweise durch Auftragen der piezoelektrischen Schicht auf eine der Elektroden, und Befestigen der anderen Elektrode nach dem Auftragen. Alternativ werden die Elektroden zu beiden Seiten (oder auf der gleichen Seite) einer piezoelektrischen Schicht befestigt.According to a first aspect, the method according to the invention comprises the steps of providing at least one piezoelectric layer with electrodes, for example by applying the piezoelectric layer to one of the electrodes, and attaching the other electrode after the application. Alternatively, the electrodes are attached to both sides (or on the same side) of a piezoelectric layer.

Nachdem die Elektroden an der piezoelektrischen Schicht vorgesehen sind, wird die piezoelektrische Schicht polarisiert. Es wird eine Polarisierungsspannung an die Elektroden angelegt. Dadurch wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt. Dieses wirkt sich auf das piezoelektrische Material zwischen den Elektroden aus und führt zu einer elektrischen Polarisierungsremanenz in der piezoelektrischen Schicht. Die Polarisierungsremanenz kann als verbleibende Polarisation des Materials angesehen und entspricht einem inneren elektrischen Feld. Wenn nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung keine Spannung an der piezoelektrischen Schicht anliegt, so verbleibt die Kristallstruktur der piezoelektrische Schicht in elektrostatischer Sicht geordnet. Eine elektrische Anregung nach dem Polarisieren (d.h. im üblichen Betrieb als akustischer Wandler) erzeugt dann eine Verformung gemäß der Ordnung bzw. Richtung, die von der Polarisierungsremanenz erzeugt wurde. Eine Anregung betrifft lediglich den späteren Betrieb als Wandler und erzeugt keine dauerhafte Veränderung der piezoelektrischen Schicht, während die Polarisierung einen Teil des Herstellungsprozesses darstellt und die piezoelektrische Schicht dauerhaft (durch Strukturierung) ändert. Eine Polarisierungsspannung wird nicht während dem üblichen Betrieb angelegt, vielmehr wird eine Anregungsspannung während dem üblichen Betrieb verwendet, die deutlich geringer als die Polarisierungsspannung ist.After the electrodes are provided on the piezoelectric layer, the piezoelectric layer is polarized. A polarization voltage is applied to the electrodes. This creates an electric field between the electrodes. This affects the piezoelectric material between the electrodes and leads to an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer. The polarization remanence can be viewed as the remaining polarization of the material and corresponds to an internal electric field. If no voltage is applied to the piezoelectric layer after the polarization voltage has been applied, the crystal structure of the piezoelectric layer remains ordered from an electrostatic point of view. An electrical excitation after polarization (i.e. in normal operation as an acoustic transducer) then generates a deformation according to the order or direction that was generated by the polarization remanence. An excitation only concerns the later operation as a transducer and does not produce any permanent change in the piezoelectric layer, while the polarization is part of the manufacturing process and changes the piezoelectric layer permanently (through structuring). A polarization voltage is not applied during normal operation; rather, an excitation voltage is used during normal operation which is significantly lower than the polarization voltage.

Erfindungsgemäß ist während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in einer Lücke zwischen den elektrischen Elektroden ein Feststoff eingebracht, der elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Der Feststoff verhindert somit einen Spannungsüberschlag zwischen den Elektroden und ermöglicht eine höhere Polarisierungsspannung. Die Lücke erstreckt sich zwischen einander zugewandten Rändern der (flächigen) Elektroden. Die Lücke kann sich am Seitenrand der piezoelektrischen Schicht erstrecken, wenn beispielsweise die Elektroden von der piezoelektrischen Schicht getrennt sind, oder kann sich auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht erstrecken, wenn zumindest Abschnitte beider Elektroden auf der gleichen Seite der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind. Der Feststoff erstreckt sich entlang des gesamten Längsverlaufs der Lücke bzw. erstreckt sich vollumfänglich, wenn die Lücke die Form einer geschlossenen Linie (bspw. ein Kreis) aufweist. Der Feststoff wird vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung in die Lücke gebracht. Der Feststoff schließt vorzugsweise vollumfänglich mit einer Bodenseite der Lücke ab, d.h. wird vollständig mit der piezoelektrischen Schicht in Kontakt gebracht. Während dem gesamten Anlegen der Polarisierungsspannung befindet sich der Feststoff in der Lücke.According to the invention, while the polarization voltage is being applied, a solid is introduced into a gap between the electrical electrodes, which solid has electrically insulating properties. The solid thus prevents a voltage flashover between the electrodes and enables a higher polarization voltage. The gap extends between the mutually facing edges of the (flat) electrodes. The gap can extend on the side edge of the piezoelectric layer if, for example, the electrodes are separated from the piezoelectric layer, or can extend on one side of the piezoelectric layer if at least portions of both electrodes are arranged on the same side of the piezoelectric layer. The solid extends along the entire length of the gap or extends over its entire circumference if the gap has the shape of a closed line (for example a circle). The solid is brought into the gap before the polarization voltage is applied. The solid preferably closes off completely with a bottom side of the gap, i.e. is brought into full contact with the piezoelectric layer. The solid is in the gap during the entire application of the polarization voltage.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante verbleibt der Feststoff auch nach dem Beenden der Herstellung in der Lücke. Der Feststoff wird somit während der Herstellung nicht aus der Lücke entfernt. Mit anderen Worten verbleibt der Feststoff während des Betriebs des Wandlers in der Lücke. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Feststoff als ein mechanisches bzw. akustisches Dämpfungselement ausgebildet, das während der Herstellung (und vor dem Polarisieren) auf der piezoelektrischen Schicht befestigt wird. Das Befestigen wird vorgesehen durch Kleben oder durch Verfestigen bzw. Aushärten von Materialien oder von Material, das den Feststoff (insbesondere das Dämpfungselement) bildet. Das Verfestigen wird bevorzugt unterstützt durch Wärme (beispielsweise Temperaturen von ca. 100 °C) oder durch andere Energiezufuhr (bsp. UV-Licht). Das Verfestigen sieht vor, dass eine chemische Reaktion innerhalb des Materials oder zwischen den Materialien stattfindet, beispielsweise eine Polymerisation, wobei auch physikalische Effekte zur Verfestigung führen können, beispielsweise Aushärten durch Entzug von Lösungsmittel. Als Material wird vorzugsweise Fermasilschaum verwendet, der temperaturunterstützt verfestigt wird. Das verwendete Material (insbesondere Dämpfungsmaterial zur akustischen Dämpfung) wird hierbei verbacken, insbesondere mit einer Fläche innerhalb der Lücke oder auch zusätzlich mit den Elektroden, dem Piezoelement und/oder einer anderen Komponenten oder Fläche des Piezoelements oder einer Halterung hiervon. Daher wird das Polarisieren nach dem Kleben oder Schweißen ausgeführt, so dass Beeinträchtigungen des Materials der piezoelektrischen Schicht durch den Befestigungsschritt keinen Einfluss auf die Polarisierungsremanenz haben, da diese erst nach dem Befestigen erzeugt wird. Als Feststoff wird vorzugsweise elastischer Schaumstoff aufgebracht. Der Schaumstoff umfasst ein geschäumtes Elastomer, einen geschäumtes Kunststoff oder geschäumtes Silikon. Der Schaumstoff kann in Form einer Bahn auf die piezoelektrische Schicht aufgebracht werden, vorzugsweise in einer vorgeschnittenen Form, die der Form des Wandlers (bzw. der Form der Elektroden und einem Innenraum der Halterung) entspricht.According to a first embodiment variant, the solid remains in the gap even after production has ended. The solid is thus not removed from the gap during manufacture. In other words, the solid remains in the gap during the operation of the converter. According to this embodiment, the solid is designed as a mechanical or acoustic damping element which is attached to the piezoelectric layer during manufacture (and before polarization). The fastening is provided by gluing or by solidifying or hardening of materials or of material that forms the solid (in particular the damping element). The solidification is preferably supported by heat (e.g. temperatures of approx. 100 ° C) or by other sources of energy (e.g. UV light). The solidification provides that a chemical reaction takes place within the material or between the materials, for example a polymerisation, whereby physical effects can also lead to solidification, for example hardening by removing solvent. The material used is preferably Fermasil foam, which is solidified with the aid of temperature. The material used (in particular damping material for acoustic damping) is baked, in particular with an area within the gap or also additionally with the electrodes, the piezo element and / or another component or surface of the piezo element or a holder thereof. The polarization is therefore carried out after the gluing or welding, so that impairments of the material of the piezoelectric layer by the fastening step have no influence on the polarization remanence, since this is only generated after the fastening. Elastic foam is preferably applied as the solid. The foam includes a foamed elastomer, a foamed plastic or a foamed silicone. The foam can be applied to the piezoelectric layer in the form of a web, preferably in a pre-cut form that corresponds to the shape of the transducer (or the shape of the electrodes and an interior space of the holder).

In einer speziellen Ausführungsform erstreckt sich der isolierende Feststoff nicht über die gesamte Länge (d.h. entlang der Elektrodenkanten) der Lücke, sondern nur abschnittsweise über die Lücke zwischen den Elektroden. Insbesondere erstreckt sich der Feststoff an Längsabschnitten der Lücke, an denen aufgrund der Geometrie der Elektroden an der Lücke eine höhere elektrische Feldstärke bei der Polarisierung herrscht, als in anderen Längsabschnitten der Lücke. Dies ist der Fall bei Elektrodenkonfigurationen, bei denen die Lücke Längsabschnitte aufweist, die enger sind als andere Längsabschnitte der Lücke. Ein Längsabschnitt der Lücke kann wegen Layoutvorgaben, beispielsweise aufgrund eines anzubringenden Anschlusses, gegenüber einem anderen Abschnitt mit geringerer Breite ausgestaltet sein. Die erfindungsmäßigen Vorzüge entfalten sich auch, wenn der isolierende Feststoff in den Abschnitten der Lücke aufgebracht werden, in denen besonders hohe Polarisierungsfeldstärken auftreten, d.h. elektrische Feldstärken, die um ein Mindestmass größer sind als elektrische Feldstärken an anderen Abschnitten der Lücke. Die erfindungsmäßigen Vorzüge entfalten sich ferner ebenso, wenn der isolierende Feststoff als sehr schmale Dichtlippe (d.h. schmaler als die Lücke) ausgeführt ist und aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften eine besonders hohe Dichtigkeit erzielt und so die Durchschlagsfeldstärke heraufsetzt. Insbesondere kann sich der Feststoff (d.h. die Dichtlippe) nur über einen Querabschnitt der Lücke erstrecken und nicht über die gesamte Breite der Lücke, da hierdurch ebenso eine Unterbrechung eines Überschlags bewirkt wird.In a special embodiment, the insulating solid does not extend over the entire length (i.e. along the electrode edges) of the gap, but only in sections over the gap between the electrodes. In particular, the solid extends along longitudinal sections of the gap where, due to the geometry of the electrodes at the gap, there is a higher electric field strength during polarization than in other longitudinal sections of the gap. This is the case with electrode configurations in which the gap has longitudinal sections that are narrower than other longitudinal sections of the gap. A longitudinal section of the gap can be designed with a smaller width compared to another section because of layout specifications, for example because of a connection to be attached. The advantages according to the invention also unfold when the insulating solid is applied in the sections of the gap in which particularly high polarization field strengths occur, i.e. electrical field strengths that are at least a minimum greater than electrical field strengths at other sections of the gap. The advantages according to the invention also unfold when the insulating solid is designed as a very narrow sealing lip (i.e. narrower than the gap) and, due to its mechanical properties, achieves a particularly high level of tightness and thus increases the breakdown field strength. In particular, the solid (i.e. the sealing lip) can only extend over a transverse section of the gap and not over the entire width of the gap, since this also causes an interruption of a rollover.

Vorzugsweise wird die piezoelektrische Schicht auf eine Membran aufgebracht. Der Feststoff wird nach dem Aufbringen der piezoelektrischen Schicht auf die Membran auf die Seite der piezoelektrischen Schicht aufgebracht, die der Membran entgegengesetzt ist.The piezoelectric layer is preferably applied to a membrane. After the piezoelectric layer has been applied to the membrane, the solid is applied to the side of the piezoelectric layer that is opposite to the membrane.

Als Feststoff kann ein Abschnitt eines (Schaum-)Körpers in die Lücke eingebracht werden, indem der Körper zumindest auf einem Abschnitt der Elektroden sowie an der Lücke auf dem Wandler befestigt wird. Der Körper kann von einer flexiblen Schicht mit konstanter Dicke vorgesehen werden, deren Form der Form des Wandlers entspricht. Somit kann der Feststoff kann nicht nur in die Lücke eingebracht werden, sondern es kann auch zumindest ein Elektrodenabschnitt mit weiterem Feststoff bedeckt werden.A section of a (foam) body can be introduced into the gap as a solid by attaching the body to at least one section of the electrodes and to the gap on the transducer. The body can be provided by a flexible sheet of constant thickness, the shape of which corresponds to the shape of the transducer. Thus, not only can the solid be introduced into the gap, but at least one electrode section can also be covered with further solid.

Dadurch kann eine gezielte akustische Dämmungsschicht zur Reduktion von Nachschwingungen während des Betriebs eine weitere Funktion während der Herstellung ausführen, nämlich die Unterdrückung von Spannungsüberschlägen, um höhere Polarisationsspannungen zu ermöglichen. Dadurch wird eine höhere Empfindlichkeit des Wandlers erreicht und der erfindungsgemäß hergestellte Wandler kann mit einer geringeren Spannung betrieben werden. Außerdem wird durch das Aufbringen des Feststoffs vor dem Polarisieren ermöglicht, dass die Eigenschaften des angebrachten Feststoffs während dem Polarisieren berücksichtigt werden.As a result, a targeted acoustic insulation layer to reduce post-oscillation during operation can perform a further function during production, namely the suppression of voltage flashovers in order to enable higher polarization voltages. This achieves a higher sensitivity of the converter and the converter produced according to the invention can be operated with a lower voltage. In addition, applying the solid prior to polarization enables the properties of the applied solid to be taken into account during polarization.

Vorzugsweise kann vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung die piezoelektrische Schicht (gegebenenfalls mit den daran angeordneten Elektroden) in einer Halterung des Wandlers dauerhaft befestigt werden. Die piezoelektrische Schicht kann auf einer Membran befestigt werden, bevor die piezoelektrische Schicht mittels der Membran an der Halterung befestigt wird. Die piezoelektrische Schicht kann ferner unmittelbar an der Halterung befestigt werden, wobei die piezoelektrische Schicht beim Befestigen an der Halterung bereits mit Elektroden ausgestattet ist. Insbesondere kann der Feststoff an der Halterung befestigt werden, bevor die piezoelektrische Schicht direkt oder indirekt mit der Halterung verbunden wird. Die Befestigung der piezoelektrische Schicht in der Halterung wird vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, beispielsweise durch Einschieben der der piezoelektrische Schicht in die Halterung oder durch eine Schnappverbindung der Halterung, in die die piezoelektrische Schicht eingebracht wird.Before the polarization voltage is applied, the piezoelectric layer (optionally with the electrodes arranged thereon) can preferably be permanently attached in a holder of the transducer. The piezoelectric layer can be attached to a membrane before the piezoelectric layer is attached to the holder by means of the membrane. The piezoelectric layer can also be attached directly to the holder, the piezoelectric layer already being equipped with electrodes when it is attached to the holder. In particular, the solid can be attached to the holder before the piezoelectric layer is connected directly or indirectly to the holder. The fastening of the piezoelectric layer in the holder is preferably provided by a form-fitting connection, for example by pushing the piezoelectric layer into the holder or by a snap connection of the holder into which the piezoelectric layer is introduced.

Erfindungsgemäß wird der Feststoff noch während der Herstellung aus der Lücke entfernt. Der Feststoff wird nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung entfernt, d.h. nachdem das Anlegen (und somit das Polarisieren) beendet ist. Der Feststoff trennt während dem Anlegen der Polarisierungsspannung die Elektroden elektrisch, d.h. verhindert einen Spannungsüberschlag durch die Durchschlagsfestigkeit des Feststoffs. Der in die Lücke eingebrachte und später entfernte Feststoff ist ein elastischer und/oder plastischer Feststoff mit einer höheren Verformbarkeit als die piezoelektrische Schicht. Ferner kann die Verformbarkeit des Feststoffs höher als die der Membran sein, die die piezoelektrische Schicht trägt. Dadurch passt sich die Form des Feststoffs (bzw. eines Kontaktabschnitts des Feststoffs) an die Form des Wandlers in der Lücke an. Der Feststoff wird in die Lücke gedrückt, um dadurch durchgehend entlang der Lücke die beiden Elektroden für Spannungsdurchschläge zu trennen. In einer spezifischen Ausführungsform wird der Feststoff nur in die Abschnitte der Lücke gedrückt, an denen eine besonders hohe Feldstärke (aufgrund der Elektrodengeometrie an der Lücke) zu erwarten ist. Die Form des Feststoffs passt sich zumindest teilweise der Form der Elektroden und/oder der Form der Lücke.According to the invention, the solid is removed from the gap during production. The solid is removed after the polarization voltage has been applied, ie after the application (and thus the polarization) has ended. The solid separates the electrodes electrically while the polarization voltage is applied, ie prevents flashover due to the dielectric strength of the solid. The solid introduced into the gap and later removed is an elastic and / or plastic solid with a higher deformability than the piezoelectric layer. Furthermore, the deformability of the solid can be higher than that of the membrane that carries the piezoelectric layer. As a result, the shape of the solid (or a contact section of the solid) adapts to the shape of the transducer in the gap. The solid is pressed into the gap in order to separate the two electrodes for voltage breakdowns continuously along the gap. In a specific embodiment, the solid is only pressed into those sections of the gap where a particularly high field strength (due to the electrode geometry at the gap) is to be expected. The shape of the solid at least partially adapts to the shape of the electrodes and / or the shape of the gap.

In einer spezifischen Ausführungsform der zweiten Ausführungsvariante wird ein Kontaktrahmen einer Druckglocke in die Lücke eingebracht, wobei der Kontaktrahmen den Feststoff bildet. Der Kontaktrahmen (und somit der Feststoff) wird auf die Lücke aufgepresst. Die Druckglocke wird mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt, insbesondere mit getrockneter Luft, während der Kontaktrahmen der Druckglocke auf die Lücke gepresst wird. Vorzugsweise wird hierbei ein Unterdruck des Gases in der Druckglocke erzeugt, um unter anderem einen Saugeffekt zwischen Glocke und Elektroden zu erreichen. Vor dem Anlegen der Polarisierungsspannung wird das Gas mit Unterdruck der Druckglocke vorgesehen. Die Druckglocke wird nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung (d.h. nach dem Ende des Anlegens der Polarisationsspannung) entfernt.In a specific embodiment of the second variant, a contact frame of a pressure bell is introduced into the gap, the contact frame forming the solid. The contact frame (and thus the solid) is pressed onto the gap. The bell jar is filled with an electrically insulating gas, in particular with dried air, while the contact frame of the bell jar is pressed onto the gap. In this case, a negative pressure of the gas is preferably generated in the pressure bell in order to achieve, among other things, a suction effect between bell and electrodes. Before the polarization voltage is applied, the gas is provided with negative pressure in the bell jar. The bell jar is removed after the polarization voltage has been applied (i.e. after the polarization voltage has been applied).

In einer spezifischen Ausführungsform wird die Polarisierungsspannung angelegt über mindestens einen Leiter, der durch eine Wand der Druckglocke hindurch führt. Der mindestens eine Leiter wird in Kontakt mit mindestens einer der Elektroden gebracht, beispielsweise durch Andrücken eines Leiterkontakts mit der mindestens einen Elektrode, um die Polarisierungsspannung an die Elektroden anzulegen. Wenn beispielsweise nur ein einziger Leiter durch die Wand der Druckglocke hindurch führt, so wird ein Leiterkontakt am Ende des Leiters durch das Anpressen der Glocke (insbesondere aufgrund des Vakuumdrucks) in Kontakt mit einer der Elektroden gebracht. Die andere Elektrode lässt sich in diesem Fall von außen kontaktieren. Grundsätzlich kann die Druckglocke einen weiteren Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) aufweisen, der gleichzeitig mit dem erstgenannten Leiterkontakt beim Aufdrücken der Druckglocke mit der anderen Elektrode verbunden wird. Der weitere Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) kann sich innerhalb der Druckglocke befinden, wobei dann auch die weitere Elektrode durch die Druckglocke hindurch (d.h. durch die Wand der Druckglocke) mit Spannung versorgt wird. Der weitere Leiterkontakt (und zugehörigen Leiter) kann sich auch außerhalb der Druckglocke befinden, wobei dann die weitere Elektrode durch eine Verbindung außerhalb der Glocke mit Spannung versorgt wird. Wenn daher beide Leiterkontakte zweier Leiter an der Druckglocke befestigt sind, dann kann durch einen einzigen Schritt des Aufbringens der Druckglocke der Feststoff in die Lücke temporär eingebracht werden und beide Elektroden können mit einer Spannungsquelle zum Anlegen der Polarisierungsspannung verbunden werden. Hierbei wird an den Leiterkontakten die Polarisierungsspannung angelegt. Mindestens einer der Leiterkontakte ist in der Druckglocke angeordnet. Durch diese Vorgehensweise kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.In a specific embodiment, the polarization voltage is applied via at least one conductor which leads through a wall of the bell jar. The at least one conductor is brought into contact with at least one of the electrodes, for example by pressing a conductor contact with the at least one electrode, in order to apply the polarization voltage to the electrodes. If, for example, only a single conductor leads through the wall of the pressure bell, a conductor contact at the end of the conductor is brought into contact with one of the electrodes by pressing the bell (in particular due to the vacuum pressure). In this case, the other electrode can be contacted from the outside. In principle, the bell jar can have a further conductor contact (and associated conductor), which is simultaneously connected to the first-mentioned conductive contact when the bell jar is pressed onto the other electrode. The further conductor contact (and associated conductor) can be located within the pressure bell, in which case the further electrode is also supplied with voltage through the pressure bell (i.e. through the wall of the pressure bell). The further conductor contact (and associated conductor) can also be located outside the pressure bell, in which case the further electrode is supplied with voltage through a connection outside the bell. If, therefore, both conductor contacts of two conductors are attached to the bell jar, the solid can be temporarily introduced into the gap by a single step of applying the bell jar and both electrodes can be connected to a voltage source for applying the polarization voltage. The polarization voltage is applied to the conductor contacts. At least one of the conductor contacts is arranged in the pressure bell. This procedure can simplify the manufacturing process.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern umfasst gemäß einem zweiten Aspekt, dass mindestens eine piezoelektrische Schicht mit elektrischen Elektroden vorgesehen wird. Hierbei wird die piezoelektrische Schicht durch Anlegen einer Polarisierungsspannung an die elektrischen Elektroden polarisiert, um in der piezoelektrischen Schicht eine elektrische Polarisierungsremanenz zu erzeugen. Diese Schritte entsprechen dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt sieht ferner (abweichend von dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt) vor, dass während dem Anlegen der Polarisierungsspannung in der Lücke zwischen den elektrischen Elektroden Gas eingebracht ist, dessen elektrisch isolierenden Eigenschaften verstärkt sind. Um die isolierenden Eigenschaften zu verstärken, wird als eine erste Maßnahme eine Strömung des Gases in der Lücke vorgesehen. Die Strömung des Gases (die die Orientierung vorsieht) in oder an der Lücke führt zu einer Orientierung der Teilchen. Diese Orientierung ist in ihrer Wirkung vergleichbar mit einer Orientierung, die durch ein Kristallgitter eines Feststoffs vorgesehen wird. Die Strömung verwirbelt die Ionen, welche sich aufgrund des elektrischen Feldes der der Polarisierungsspannung bilden, oder transportiert diese von der Lücke weg (oder beides). Durch den Strömungsimpuls der Gasteilchen ergibt sich ein zusätzlicher Effekt, mit dem sich eine selbstverstärkende Ionisierung (die zu einem lonenkanal führen kann) unterdrücken lässt. Der Strömungsimpuls ist in seiner Wirkung vergleichbar mit innermolekularen Kräften innerhalb eines Feststoffs, die einer Ionisierung entgegenwirken. Als weitere Maßnahme (neben der Führung des Gases in einer Strömung) kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Gas mit Überdruck vorgesehen ist. Durch die höhere Teilchendichte bei Überdruck ergibt sich eine kürzere freie Weglänge ionisierter Teilchen, so dass nur eine geringe Energie beim Stoß übertragen werden kann. Dies ist in der Wirkung vergleichbar mit einer geringen elektrischen Feldstärke pro Teilchen in einem Kristallgitter, wenn das Kristallgitter eine hohe Dichte vorsieht. Beide Maßnahmen können kombiniert oder alternativ ausgeführt werden.The method according to the invention for producing piezoelectric acoustic transducers includes, according to a second aspect, that at least one piezoelectric layer with electrical electrodes is provided. In this case, the piezoelectric layer is polarized by applying a polarization voltage to the electrical electrodes in order to produce an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer. These steps correspond to the method according to the first aspect. The method according to the second aspect further provides (in a departure from the method according to the invention according to the first aspect) that gas is introduced into the gap between the electrical electrodes during the application of the polarization voltage, the electrically insulating properties of which are enhanced. In order to increase the insulating properties, a flow of the gas in the gap is provided as a first measure. The flow of the gas (which provides the orientation) in or at the gap leads to an orientation of the particles. The effect of this orientation is comparable to an orientation that is provided by a crystal lattice of a solid. The flow swirls the ions, which form due to the electrical field of the polarization voltage, or transports them away from the gap (or both). The flow pulse of the gas particles results in an additional effect with which self-reinforcing ionization (which can lead to an ion channel) can be suppressed. The effect of the flow impulse is comparable to intramolecular forces within a solid, which counteract ionization. As a further measure (in addition to the Guiding the gas in a flow) can be provided according to the invention that the gas is provided with excess pressure. The higher particle density at overpressure results in a shorter free path of ionized particles, so that only a small amount of energy can be transmitted during the impact. The effect of this is comparable to a low electric field strength per particle in a crystal lattice if the crystal lattice provides a high density. Both measures can be combined or carried out alternatively.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Strömung in der Lücke erzeugt wird, wobei die Strömung das Gas über die Lücke hinweg transportiert und von derjenigen Elektrode weg führt, die das positive Potential der Polarisierungsspannung darstellt. Auf diese Weise können negative Ionen, die bei Einwirkung eines elektrischen Feldes auf das Gas, beispielsweise auf Luftkomponenten (insbesondere O2, N2, CO2) entstehen können, davon abgehalten werden, auf direktem Weg zu der positiven Elektrode zu gelangen, wodurch ein lonenstrom und damit auch ein Spannungsdurchbruch vermieden wird. Insbesondere wirkt die Strömung der Kraft des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden entgegen, die auf die negativen Ionen wirkt. One embodiment of the method according to the invention provides that the flow is generated in the gap, the flow transporting the gas over the gap and leading it away from that electrode which represents the positive potential of the polarization voltage. In this way, negative ions, which can arise when an electric field acts on the gas, for example on air components (in particular O 2 , N 2 , CO 2 ), can be prevented from reaching the positive electrode directly, whereby a ion current and thus also a voltage breakdown is avoided. In particular, the flow counteracts the force of the electric field between the electrodes, which acts on the negative ions.

Als Gas, das mit Überdruck vorgesehen wird, oder das als Strömung vorgesehen wird, kann insbesondere ein getrocknetes Gas (bzw. eine Gasmischung) verwendet werden. Das Gas (bzw. die Gasmischung) kann (getrocknete) Luft, Kohlendioxid, Stickstoff oder eine Mischung hiervon umfassen, oder kann im Wesentlichen aus einer Komponenten oder einer Mischung von mindestens zwei Komponenten bestehen. Getrocknete Luft weist einen Wasseranteil von weniger als 10%, 1%, 0,1 % oder 0,001 % im Vergleich zu Luft unter Normalbedingungen auf.A dried gas (or a gas mixture) can in particular be used as the gas that is provided with excess pressure or that is provided as a flow. The gas (or the gas mixture) can comprise (dried) air, carbon dioxide, nitrogen or a mixture thereof, or can consist essentially of one component or a mixture of at least two components. Dried air has a water content of less than 10%, 1%, 0.1% or 0.001% compared to air under normal conditions.

Wenn das Gas mit Überdruck vorgesehen ist, dann beträgt der Überdruck vorzugsweise mehr als 2, 5, 10, 15 oder 20 bar, beispielsweise ca. 16 bar. Insbesondere bei 16 bar ergibt sich eine Durchschlagfestigkeit von 20 kV/mm, d.h. eine Durchschlagfestigkeit, die größer als die von bislang verwendetem Silikonöl und die auch diejenige zahlreicher elektrischer Isolatoren in Feststoffform übersteigt. Beispielsweise bei einem Druck von 3 bar liegt die Durchschlagfestigkeit von Druckluft (trocken) bereits über der von SF6, das jedoch bei weitem kostenaufwändiger zu beschaffen ist als Druckluft, und ferner zu zusätzlichen Kontaminations- und Resourcenproblemen führt. Das Verfahren kann ferner die Trocknung von Luft umfassen. Luft wird mittels Kondensation oder Absorption in einer hygroskopischen Flüssigkeit, mittels Absorption in einem porösen, hygroskopischen Feststoff oder mittels anderer bekannter Trocknungsverfahren getrocknet.If the gas is provided with overpressure, then the overpressure is preferably more than 2, 5, 10, 15 or 20 bar, for example approx. 16 bar. In particular at 16 bar, the result is a dielectric strength of 20 kV / mm, ie a dielectric strength that is greater than that of silicone oil previously used and that also exceeds that of numerous electrical insulators in solid form. For example, at a pressure of 3 bar, the dielectric strength of compressed air (dry) is already higher than that of SF 6 , which, however, is far more expensive to procure than compressed air and also leads to additional contamination and resource problems. The method can further comprise drying air. Air is dried by means of condensation or absorption in a hygroscopic liquid, by means of absorption in a porous, hygroscopic solid or by means of other known drying methods.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern vorgesehen, die zur Verwendung als Wandler in Ultraschall-Abstandssensoren für Kraftfahrzeuge geeignet sind. Derartige Ultraschall-Abstandssensoren eignen sich aufgrund Ihrer Abstrahlfläche, Abstrahlleistung und Spannungsempfindlichkeit für die Anwendung beispielsweise in einem Einparkassistenzsystem oder einem anderen kraftfahrzeuggestützten Assistenzsystem mit einer Reichweite von mindestens einigen Metern.The method according to the invention is intended for the production of piezoelectric acoustic transducers which are suitable for use as transducers in ultrasonic distance sensors for motor vehicles. Such ultrasonic distance sensors are suitable due to their radiating surface, radiating power and voltage sensitivity for use, for example, in a parking assistance system or another vehicle-based assistance system with a range of at least a few meters.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen piezoelektrischen akustischen Wandler hergestellt oder herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren. Da erfindungsgemäß ein Isolator verwendet, der am Ende des Verfahrens vollständig entfernt wird oder der als dort verbleibender Feststoff ausgebildet ist, weist der erfindungsgemäße piezoelektrische Wandler keine Flüssigkeitsverunreinigungen oder Reinigungsrückstände am Elektrodenbereich auf. Eine weitere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Wandler ist es, dass dieser eine höhere Empfindlichkeit aufgrund der höheren Polarisationsspannung (d.h. durch die höhere Polarisationsremamenz) aufweist.According to a further aspect, the invention relates to a piezoelectric acoustic transducer produced or producible by the method according to the invention. Since, according to the invention, an insulator is used which is completely removed at the end of the method or which is designed as a solid remaining there, the piezoelectric transducer according to the invention has no liquid contamination or cleaning residues on the electrode area. Another property of the transducer according to the invention is that it has a higher sensitivity due to the higher polarization voltage (i.e. due to the higher polarization remainder).

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt einen Wandler und Komponenten zu dessen Herstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 shows a converter and components for its production to explain a first embodiment of the method according to the invention;
  • 2 zeigt einen Wandler und Komponenten zu dessen Herstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 2 shows a transducer and components for its production to explain a second embodiment of the method according to the invention;
  • 3 zeigt einen Wandler und Komponenten zu dessen Herstellung zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 3 shows a converter and components for its production to explain a third embodiment of the method according to the invention; and
  • 4 zeigt einen Wandler und Komponenten zu dessen Herstellung zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4th shows a converter and components for its production to explain a fourth embodiment of the method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die 1-4 zeigen Mechanismen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die 1-3 Mechanismen zeigen, die geeignet sind, Gas und/oder Feststoff entfernbar in die Lücke einzubringen. In der 4 ist hingegen eine Ausführungsform dargestellt, in der ein Feststoff in der Lücke verbleiben kann. Darüber hinaus zeigt 1 ferner als Alternative einen Mechanismus, der zum Einbringen von Gas in die Lücke eingerichtet ist.The 1-4 show mechanisms for carrying out the method according to the invention, the 1-3 Show mechanisms which are suitable for introducing gas and / or solid removably into the gap. In the 4th however, an embodiment is shown in which a solid can remain in the gap. It also shows 1 also as an alternative, a mechanism which is arranged to introduce gas into the gap.

In der 1 ist ein Wandler mit einer piezoelektrischen Schicht 10 dargestellt, der eine erste Elektrode 12 sowie eine zweite Elektrode 14 umfasst. Da sich die erste Elektrode 12 nicht nur an einer Unterseite, sondern auch an Seitenflächen und einem äußeren Randabschnitt einer Oberseite der piezoelektrischen Schicht erstreckt, befindet sich die zweite Elektrode 14 auf der gleichen Seite wie ein Teil der ersten Elektrode. Zwischen den Elektroden befindet sich eine Lücke 20, die zum Beispiel kreisförmig auf der Oberseite der piezoelektrischen Schicht 10 verlaufen kann und die einander gegenüberliegende Kanten der ersten Elektrode 12 und der zweiten Elektrode 14 mit einem gleichmäßigen Abstand trennt.In the 1 is a transducer with a piezoelectric layer 10 shown, of a first electrode 12 and a second electrode 14th includes. Since the first electrode 12 The second electrode is located not only on an underside, but also on side surfaces and an outer edge section of an upper side of the piezoelectric layer 14th on the same side as part of the first electrode. There is a gap between the electrodes 20th for example circular on top of the piezoelectric layer 10 can run and the opposite edges of the first electrode 12 and the second electrode 14th separates with an even distance.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Feststoff 30 in Form einer Trennlippe eingebracht, die sich zu der piezoelektrischen Schicht 10 hin erstreckt. Als Trennlippe wird hier allgemein ein Kontaktrahmen bezeichnet, der in die Lücke eingebracht wird. Merkmale der Trennlippe sind daher als Merkmale des Kontaktrahmens zu betrachten.A solid is used to carry out the process according to the invention 30th introduced in the form of a separating lip, which becomes the piezoelectric layer 10 extends towards. A contact frame that is introduced into the gap is generally referred to here as a separating lip. Features of the separating lip are therefore to be regarded as features of the contact frame.

Insbesondere erstreckt sich in der in 1 dargestellten Ausführungsform die Trennlippe über die gesamte Höhe der Lücke. Die Trennlippe ist einteilig mit einem Trennkörper 32 verbunden, so dass die Trennlippe durch Bewegung des Trennkörpers bewegt werden kann, insbesondere um die Trennlippe vollständig einzupressen und einen Presskontakt mit der piezoelektrischen Schicht innerhalb der Lücke herzustellen. Der Feststoff 30, der die Trennlippe bildet, ist (wie auch der Trennkörper 32) aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Material hergestellt, so dass der Presskontakt der Trennlippe innerhalb der Lücke 20 keinen Gasionenkanal zulässt, um einen Spannungsüberschlag zu verhindern.In particular, in 1 illustrated embodiment, the separating lip over the entire height of the gap. The separating lip is in one piece with a separating body 32 connected, so that the separating lip can be moved by moving the separating body, in particular in order to press in the separating lip completely and to produce a press contact with the piezoelectric layer within the gap. The solid 30th that forms the separating lip (as is the separating body 32 ) made of an elastic and electrically insulating material, so that the press contact of the separating lip is within the gap 20th does not allow a gas ion channel in order to prevent voltage flashover.

Der Trennkörper umfasst ferner zwei elektrische Zuführungen 40, 42, wobei eine der Zuführungen 40 sich durch die Wand des Trennkörpers 32 hindurch in einen Hohlraum erstreckt, der sich innerhalb der vollumfänglich verlaufenden Trennlippe befindet. Die Zuleitung 40 umfasst einen elektrischen Kontakt 40', der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die zweite Elektrode 14 aufgedrückt wird. Vorzugsweise ist die Zuleitung und somit auch der Kontakt 40' federnd gelagert, um einen dauerhaften Kontakt zum Übertragen der Polarisierungsspannung zu ermöglichen. Die Zuführung 42 befindet sich außerhalb des Hohlraums, der von dem Trennkörper 32 gebildet wird, und kontaktiert die erste Elektrode 12. Dadurch kann zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 12, 14 die Polarisierungsspannung angelegt werden, während sich der Trennkörper 32 und insbesondere die Trennlippe 30 innerhalb der Lücke 20 befindet. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Zuführung 42 und auch der zugehörige Kontakt 42' zur Kontaktierung der ersten Elektrode 12 mit der Lippe 30 (vorzugsweise über den Trennkörper 32) verbunden sind. Da die Zuleitung 40 sowie der Kontakt 40' mit dem Trennkörper 32 verbunden sind, lässt sich durch eine einzige Relativbewegung zwischen Wandler 10, 12, 14 einerseits und Polarisationsvorrichtung 30-42' andererseits der gewünschte elektrische Kontakt an den Kontakten 40', 42' erzeugen, und gleichzeitig die Trennlippe 30 in die Lücke 20 einbringen.The separating body also comprises two electrical leads 40 , 42 , being one of the feeders 40 through the wall of the separator 32 extends through into a cavity which is located within the fully extending separating lip. The supply line 40 includes an electrical contact 40 ' , the for performing the method according to the invention on the second electrode 14th is pressed. The feed line and thus also the contact are preferred 40 ' resiliently mounted to enable permanent contact to transfer the polarization voltage. The feed 42 is outside the cavity created by the separator 32 is formed and contacts the first electrode 12 . This allows between the first and the second electrode 12 , 14th the polarization voltage can be applied while the separator is moving 32 and especially the parting lip 30th inside the gap 20th is located. A preferred embodiment provides that the feed 42 and also the associated contact 42 ' for contacting the first electrode 12 with the lip 30th (preferably via the separator 32 ) are connected. As the lead 40 as well as the contact 40 ' with the separator 32 connected can be achieved by a single relative movement between transducers 10 , 12 , 14th one hand and polarizing device 30-42 ' on the other hand, the desired electrical contact at the contacts 40 ' , 42 ' generate, and at the same time the separating lip 30th into the gap 20th bring in.

Eine Alternative des in 1 dargestellten Mechanismus umfasst ferner eine Gasdurchführung 50 durch die Wand des Trennkörpers 32, um in den Innenraum Gas einzubringen. Der Innenraum wird von dem umlaufenden Trennkörper gebildet, wobei der Innenraum ferner von dem Wandler 10-14 abgeschlossen wird. Durch die Gaszuleitung 50 wird Isolationsgas in den Innenraum und somit auch an die Lücke 20 transportiert. In diesem Verfahrensschritt steht der Innenraum innerhalb des Trennkörpers 32, der von der Trennlippe 30 und der piezoelektrischen Schicht 10 vollständig abgeschlossen wird, vorzugsweise unter Überdruck. Durch den Überdruck werden die isolierenden Eigenschaften des Isolationsgases gegenüber einem Normaldruck verbessert. Entgegen der in 1 dargestellten Ausführungsform kontaktiert der Feststoff die erste Elektrode außerhalb der Lücke 20, so dass in der Lücke 20 das Gas des Innenraums vorgesehen ist. Das Gas wird durch die Gaszuleitung 50 hindurch gepumpt, um im Innenraum einen Überdruck zu erzeugen. Der Trennkörper 32 und insbesondere die Trennlippe 30 wird mit einer Kraft auf den Wandler gepresst, die für eine fluiddichte Abdichtung des Innenraums ausreicht, auch wenn durch die Zuleitung 50 Überdruck in den Innenraum eingebracht wird.An alternative to the in 1 The mechanism shown further comprises a gas feedthrough 50 through the wall of the separator 32 to bring gas into the interior. The interior space is formed by the surrounding separating body, the interior space also being formed by the transducer 10-14 is completed. Through the gas supply line 50 insulation gas gets into the interior and thus also to the gap 20th transported. In this process step, the interior is located within the separating body 32 that of the separating lip 30th and the piezoelectric layer 10 is completely closed, preferably under positive pressure. The overpressure improves the insulating properties of the insulating gas compared to normal pressure. Contrary to the in 1 In the illustrated embodiment, the solid contacts the first electrode outside the gap 20th so that in the gap 20th the gas of the interior is provided. The gas is through the gas supply line 50 pumped through to generate an overpressure in the interior. The separator 32 and especially the parting lip 30th is pressed onto the transducer with a force that is sufficient for a fluid-tight seal of the interior, even if through the supply line 50 Overpressure is introduced into the interior.

In einer weiteren Alternative kann mittels Zuleitung 50 ein Unterdruck erzeugt werden, so dass aufgrund des herrschenden Differenzdrucks der isolierende Festkörper in die Lücke 20 gedrückt (gezogen) wird. Mittels Unterdruck lässt sich somit eine besonders gute Abdichtung durch den Festkörper 32 erzielen, der aufgrund des Unterdrucks besonders wirksam in die Lücke 20 gepresst wird, während sich mittels Überdruck die Überschlagsfestigkeit eines Gases (insbesondere von Luft) in der Lücke 20 wirksam erhöhen lässt. Über- bzw. Unterdruck können somit zur Unterstützung der Isolation der Lücke als äquivalente Maßnahmen eingesetzt werden, wobei sich die einzelnen Wirkmechanismen wie vorangehend beschrieben unterscheiden.In a further alternative, by means of a supply line 50 a negative pressure can be generated, so that the insulating solid body enters the gap due to the prevailing differential pressure 20th is pressed (pulled). A particularly good seal through the solid body can thus be achieved by means of negative pressure 32 achieve, which is particularly effective in the gap due to the negative pressure 20th is pressed while the flashover strength of a gas (especially air) in the gap is increased by means of overpressure 20th can effectively increase. Overpressure or underpressure can thus be used as equivalent measures to support the isolation of the gap, the individual mechanisms of action differing as described above.

In der 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, wobei der Wandler eine piezoelektrische Schicht 110, eine erste Elektrode 112 und eine zweite Elektrode 114 umfasst. Im Gegensatz zu der 1 sind die beiden Elektroden 112 und 114 durch die piezoelektrische Schicht 110 getrennt und sind auf den beiden entgegengesetzten Seiten der Schicht angeordnet. Somit bleibt die Seitenfläche frei, im Gegensatz zu der Seitenfläche des Wandlers von 1. Die Lücke 120 erstreckt sich somit an der Seitenfläche zwischen den Elektroden über die Dicke der piezoelektrischen Schicht. In der 2 wird der Feststoff 130 von Isolationsinnenflächen eines Trennkörpers 132 gebildet, der halbseitig geschlossen ist. Der Trennkörper 132 ist an dem offenen Ende durch die piezoelektrische Schicht 110 und die Elektroden 112, 114 abgeschlossen. Um die Isolationsinnenflächen 130 auf die Lücke 120 zu pressen, sind Führungen 160 vorgesehen, die zu beiden Seiten des offenen Endes des Trennkörpers 132 in der Höhe der Isolationsinnenflächen außerhalb des Trennkörpers vorgesehen sind. Die Führungen weisen eine schräge Pressfläche auf. Eine komplementäre Pressfläche liegt an der Außenseite des Trennkörpers 132 an dem offenen Ende vor, so dass bei einer Relativbewegung zwischen der Führung 160 und dem Trennkörper 132 dieser an dem offenen Ende an die Seitenfläche der piezoelektrischen Schicht 110 gepresst wird. Dadurch wird die Isolationsinnenfläche auf die Lücke 120 gepresst.In the 2 Another embodiment is shown, wherein the transducer is a piezoelectric layer 110 , a first electrode 112 and a second electrode 114 includes. In contrast to the 1 are the two electrodes 112 and 114 through the piezoelectric layer 110 separated and are on the two opposite sides of the Layer arranged. Thus the side face remains free, in contrast to the side face of the transducer of 1 . The gap 120 thus extends on the side surface between the electrodes over the thickness of the piezoelectric layer. In the 2 becomes the solid 130 of insulating inner surfaces of a separator 132 formed, which is closed on one side. The separator 132 is at the open end through the piezoelectric layer 110 and the electrodes 112 , 114 completed. Around the inner insulation surfaces 130 on the gap 120 to press are guides 160 provided on both sides of the open end of the separator 132 are provided at the level of the insulation inner surfaces outside the separating body. The guides have an inclined pressing surface. A complementary pressing surface lies on the outside of the separating body 132 at the open end, so that when there is a relative movement between the guide 160 and the separator 132 this at the open end to the side surface of the piezoelectric layer 110 is pressed. This will put the inner insulation surface on the gap 120 pressed.

Der Trennkörper umfasst eine (radial) nach innen gerichtete Ausstülpung 144, die vorzugsweise vollumfänglich verläuft. Die Ausstülpung 144 ist an dem offenen Ende des Trennkörpers 132 vorgesehen, jedoch von dem offenen Ende zur Innenseite des Trennkörpers hin versetzt. Die Ausstülpung 144 umfasst an der zum offenen Ende hin gewandten Seite der Ausstülpung 144 einen Kontakt 140, um damit die zweite Elektrode 114 zu kontaktieren. Die zweite Elektrode 114 ist zum Inneren des Trennkörpers 132 hin ausgerichtet. Der Kontakt 140 ist mit einer elektrischen Zuleitung 142 verbunden, die in 2 symbolisch dargestellt ist und die durch die Wand des Trennkörpers 132 hindurch verläuft. Als Alternative kann der Trennkörper eine Zuleitung 142' umfassen, die mittig durch die Wand des Trennkörpers 132 hindurch tritt und die mit einem Kontakt 140' verbunden ist, der auf die Elektrode 114 drückt.The separating body comprises a (radially) inwardly directed protuberance 144 , which preferably runs in full. The protuberance 144 is at the open end of the separator 132 provided, but offset from the open end to the inside of the separating body. The protuberance 144 comprises on the side of the protuberance facing the open end 144 a contact 140 to make the second electrode 114 to contact. The second electrode 114 is to the interior of the separator 132 aligned towards. The contact 140 is with an electrical lead 142 connected that in 2 is represented symbolically and by the wall of the separator 132 runs through it. As an alternative, the separating body can be a supply line 142 ' include centered through the wall of the separator 132 passes through and those with a contact 140 ' connected to the electrode 114 presses.

Der Trennkörper 132 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material hergestellt, so dass die Durchführung 142' federnd gelagert ist. In gleicher Weise ist die Ausstülpung 144 elastisch, so dass der Kontakt 140 ebenso federnd gelagert ist und mit einer Federkraft beaufschlagt auf die zweite Elektrode 114 drückt.The separator 132 is preferably made of an elastic material so that the implementation 142 ' is resiliently mounted. The protuberance is in the same way 144 elastic so that the contact 140 is also resiliently mounted and acted upon by a spring force on the second electrode 114 presses.

Um die erste Elektrode 112 zu kontaktieren, wird ein weiterer Kontakt 146 vorgesehen, der über eine Zuleitung 148 die Polarisierungsspannung an die erste Elektrode 112 liefert.Around the first electrode 112 to contact becomes another contact 146 provided via a feed line 148 the polarization voltage on the first electrode 112 supplies.

In der 3 ist ein Mechanismus dargestellt, mit dem sich eine Elektrodenkonfiguration wie in 1 dargestellt mit Spannung versorgen lässt, ohne dass eine Durchführung durch einen Trennkörper 232 hindurch vorgesehen werden muss. In 3 ist eine piezoelektrische Schicht 210 mit einer ersten Elektrode 212 und einer zweiten Elektrode 214 dargestellt. Die Elektrodenkonfiguration entspricht der Konfiguration von 1. Die erste Elektrode 212 erstreckt sich auch seitlich und an einem Außenrand der Oberseite der piezoelektrischen Schicht 210, auf der auch die zweite Elektrode 214 angeordnet ist. Die Lücke 220 erstreckt sich somit auf einer Oberseite der piezoelektrischen Schicht 210, im Gegensatz zu der am Seitenrand gelegenen Lücke 120 der 2. Der Trennkörper 232 umfasst eine umlaufende Trennlippe 230, die aus dem Feststoff ausgebildet ist, der erfindungsgemäß in der Lücke 220 eingebracht ist, während die Polarisierungsspannung angelegt ist. Der Trennkörper 232 umfasst eine zentrale Ausnehmung 234, die sich innerhalb der Trennlippe 230 befindet. Die Trennlippe 230 und der Trennkörper 232 umgreifen die Ausnehmung 234 vollständig. Durch die Ausnehmung 234 erstreckt sich zur Kontaktierung der zweiten Elektrode 214 eine Zuleitung 240, die einen Kontakt 240' aufweist. Dieser wird auf die zweite Elektrode 214 aufgedrückt. Gleichzeitig wird an der Gegenseite mittels eines Kontakts 242' einer Zuleitung 242 ein Potenzial an die erste Elektrode 212 angelegt. Währenddessen befindet sich die Trennlippe 230 vollumfänglich innerhalb der Lücke 220 und trennt die erste Elektrode von der zweiten Elektrode.In the 3 shows a mechanism by which an electrode configuration as in 1 can be supplied with voltage without a bushing through a separator 232 must be provided through. In 3 is a piezoelectric layer 210 with a first electrode 212 and a second electrode 214 shown. The electrode configuration corresponds to the configuration of 1 . The first electrode 212 also extends laterally and at an outer edge of the top of the piezoelectric layer 210 on which also the second electrode 214 is arranged. The gap 220 thus extends on an upper side of the piezoelectric layer 210 , in contrast to the gap on the margin 120 the 2 . The separator 232 includes a circumferential separating lip 230 , which is formed from the solid, according to the invention in the gap 220 is introduced while the polarization voltage is applied. The separator 232 includes a central recess 234 that are located inside the partition lip 230 is located. The separating lip 230 and the separator 232 encompass the recess 234 Completely. Through the recess 234 extends to contact the second electrode 214 a feed line 240 having a contact 240 ' having. This will be on the second electrode 214 pressed on. At the same time, a contact is made on the opposite side 242 ' a supply line 242 a potential to the first electrode 212 created. Meanwhile, the separating lip is located 230 fully within the gap 220 and separates the first electrode from the second electrode.

Die in 3 dargestellte Ausführungsform des Trennkörpers 132 (und der Trennlippe 230) ist aus einem elastischen, elektrisch isolierenden Material hergestellt, so dass die piezoelektrische Schicht 210 (zusammen mit den Elektroden 212, 214) zu der Trennlippe 220 hingeschoben werden kann. Dadurch werden die Trennlippe 230 und der Trennkörper 232 nach oben ausgelenkt. Es ergibt sich eine Federkraft, mit der die Trennlippe 230 in die Lücke 220 gepresst wird. Ferner kann die lichte Weite des Trennkörpers 232 in der Höhe der piezoelektrischen Schicht 210 geringfügig geringer sein als der Außenquerschnitt der piezoelektrischen Schicht. Dadurch ergeben sich Reibungskräfte bzw. ein Presssitz an der Seitenfläche der piezoelektrischen Schicht 210 bzw. an der Seitenfläche der ersten Elektrode 212, wodurch die piezoelektrische Schicht 210 arretiert wird.In the 3 illustrated embodiment of the separating body 132 (and the separating lip 230 ) is made of an elastic, electrically insulating material, so that the piezoelectric layer 210 (together with the electrodes 212 , 214 ) to the separating lip 220 can be pushed. This will create the separating lip 230 and the separator 232 deflected upwards. There is a spring force with which the separating lip 230 into the gap 220 is pressed. Furthermore, the clear width of the separating body 232 at the level of the piezoelectric layer 210 be slightly smaller than the outer cross section of the piezoelectric layer. This results in frictional forces or a press fit on the side surface of the piezoelectric layer 210 or on the side surface of the first electrode 212 , making the piezoelectric layer 210 is locked.

In den 1-3 sind Mechanismen dargestellt, bei denen der Feststoff bzw. das Gas nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung wieder aus der Lücke 20, 120, 220 entfernt wird. Im Gegensatz hierzu zeigt die 4 eine Ausführungsform, bei der ein Feststoff innerhalb der Lücke 320 verbleibt.In the 1-3 Mechanisms are shown in which the solid or gas emerges from the gap again after the polarization voltage has been applied 20th , 120 , 220 Will get removed. In contrast, the 4th an embodiment in which a solid is within the gap 320 remains.

In der 4 ist ein piezoelektrischer Wandler mit einem Gehäuse 370 dargestellt, in dem sich eine piezoelektrische Schicht 310 mit einer ersten Elektrode 312 und einer zweiten Elektrode 314 befindet. Die erste Elektrode 312 erstreckt sich auf einer ersten Seite der piezoelektrischen Schicht 310, entlang den Seitenrändern der piezoelektrischen Schicht 310 sowie auf den Seitenrändern der gegenüberliegenden Seite, auf der sich auch die zweite Elektrode 314 befindet. Diese asymmetrische Elektrodenkonfiguration, bei der sich die Lücke zwischen der ersten und der zweiten Elektrode auf einer Oberseite der piezoelektrischen Schicht befindet, ist ebenso in den 1 und 3 dargestellt. Die gegenüberliegenden Kanten der ersten Elektrode 312 und der zweiten Elektrode 314 sind von einer Lücke 320 getrennt, die mit einem Feststoff 330 gefüllt ist. Der Feststoff 330 ist ein elektrisch isolierender Schaumkörper, der ebenso gezielt zur akustischen Dämpfung des piezoelektrischen Elements verwendet wird. Durch die Dämpfung wird die Nachschwingzeit nach dem Anregen des piezoelektrischen Elements verkürzt. Der Feststoff 330 ist Teil eines größeren Trennkörpers 332 und ist mit diesem einteilig ausgeführt. Der Feststoff 330 wird von einem Abschnitt des Trennkörpers 332 gebildet, der sich in der Lücke 320 über die gesamte Breite der Lücke erstreckt. Der Trennkörper 332 erstreckt sich ferner innerhalb des Gehäuses 370 auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht 310. Der Trennkörper 332 ist vorzugsweise ein akustisch dämpfender Schaum und bildet in akustischer Hinsicht ein Dämpfungselement. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die piezoelektrische Schicht über die erste Elektrode 312 mittels einer Klebeschicht 380 mit einer Membran 390 verbunden, die einteilig mit Gehäuse 370 ausgeführt ist. Die Membran 390 ist als eine Membranschicht ausgeführt. Membran 390 und Gehäuse 370 bilden eine Einheit und sehen ein erstes (geschlossenes) Ende eines Hohlkörpers vor, in dem sich die piezoelektrische Schicht mit den Elektroden 312, 314 befindet. Der Feststoff 330 ist vorzugsweise ein Silikonschaumstoff wie Fermasilschaum. Der Trennkörper 332 sieht nicht nur den Abschnitt 330 vor, der in der Lücke 320 vorgesehen ist, sondern sieht einen weiteren, größeren Abschnitt vor, der sich innerhalb des gesamten inneren Querschnitts des Gehäuses 370 erstreckt. Dadurch sind die piezoelektrische Schicht 310 und die Elektroden 312, 314 seitlich von dem Gehäuse 370 sowie zwischen der Membran 390 und dem Trennkörper 332 vollständig eingeschlossen.In the 4th is a piezoelectric transducer with a housing 370 shown, in which there is a piezoelectric layer 310 with a first electrode 312 and a second electrode 314 is located. The first electrode 312 extends on a first side of the piezoelectric layer 310 , along the side edges of the piezoelectric layer 310 as well as on the side edges of the opposite side, on which the second electrode is also located 314 is located. This asymmetrical electrode configuration, in which the gap between the first and second electrodes is on a top side of the piezoelectric layer, is also shown in FIGS 1 and 3 shown. The opposite edges of the first electrode 312 and the second electrode 314 are of a loophole 320 separated that with a solid 330 is filled. The solid 330 is an electrically insulating foam body, which is also used specifically for acoustic damping of the piezoelectric element. The damping reduces the post-oscillation time after the piezoelectric element has been excited. The solid 330 is part of a larger separator 332 and is made in one piece with this. The solid 330 is from a section of the separator 332 formed who is in the gap 320 extends across the entire width of the gap. The separator 332 also extends within the housing 370 on one side of the piezoelectric layer 310 . The separator 332 is preferably an acoustically damping foam and forms a damping element from an acoustic point of view. On the opposite side is the piezoelectric layer over the first electrode 312 by means of an adhesive layer 380 with a membrane 390 connected in one piece with housing 370 is executed. The membrane 390 is designed as a membrane layer. membrane 390 and housing 370 form a unit and provide a first (closed) end of a hollow body in which the piezoelectric layer with the electrodes is located 312 , 314 is located. The solid 330 is preferably a silicone foam such as Fermasil foam. The separator 332 doesn't just see the section 330 before that in the void 320 is provided, but provides a further, larger section, which extends within the entire inner cross-section of the housing 370 extends. This creates the piezoelectric layer 310 and the electrodes 312 , 314 side of the housing 370 as well as between the membrane 390 and the separator 332 completely enclosed.

Durch den Trennkörper 332 hindurch erstrecken sich zwei Anschlüsse 340, 342, die elektrisch mit der ersten Elektrode 312 und der zweiten Elektrode 314 verbunden sind. Die Verbindung ist in der 4 lediglich schematisch dargestellt und kann insbesondere eine Lötverbindung mittels verlöteten oder (mittels thermokompressivem Schweissen) verschweißtem Kabels (oder auch ein Steck- oder Druckfederkontakt) sein.Through the separator 332 two connections extend through it 340 , 342 that are electrically connected to the first electrode 312 and the second electrode 314 are connected. The connection is in the 4th shown only schematically and can in particular be a soldered connection by means of soldered or (by means of thermocompressive welding) welded cable (or also a plug-in or compression spring contact).

Erfindungsgemäß wird die unpolarisierte piezoelektrische Schicht 310 so vorgesehen, wie es in 1 dargestellt ist. Gemäß 1 ist die unpolarisierte piezoelektrische Schicht 310 innerhalb des Gehäuses 370 angeordnet, auf die Membran 390 aufgeklebt und durch den Trennkörper 332 abgedeckt. Der Trennkörper 332 erstreckt sich hierbei abschnittsweise auch in der Lücke 320. Erst nach dieser Anordnung wird die piezoelektrische Schicht durch Anlegen der Polarisierungsspannung an die Elektroden 312, 314 über die Zuleitungen 340, 342 polarisiert. Die Zuleitungen 340, 342 erstrecken sich hierbei durch den Trennkörper 332 hindurch, wobei der Trennkörper 332 auch die Lücke 320 ausfüllt. Nach beendeter Polarisierung ist die Vorrichtung vollständig einsatzbereit und kann an einem Kraftfahrzeug montiert werden. Unmittelbar nach dem Polarisieren kann über die Zuleitungen 340, 342 die piezoelektrische Schicht 310 angeregt werden, indem eine entsprechende Anregungsspannung angelegt wird. Die Anregungsspannung ist die deutlich geringer als die Polarisierungsspannung.According to the invention, the unpolarized piezoelectric layer 310 provided as it is in 1 is shown. According to 1 is the unpolarized piezoelectric layer 310 inside the case 370 arranged on the membrane 390 glued on and through the separator 332 covered. The separator 332 extends here in sections also in the gap 320 . Only after this arrangement is the piezoelectric layer applied to the electrodes by applying the polarization voltage 312 , 314 via the supply lines 340 , 342 polarized. The supply lines 340 , 342 extend through the separating body 332 through it, the separating body 332 also the gap 320 fills out. After the polarization has ended, the device is completely ready for use and can be mounted on a motor vehicle. Immediately after polarizing, the leads can be used 340 , 342 the piezoelectric layer 310 can be excited by applying a corresponding excitation voltage. The excitation voltage is significantly lower than the polarization voltage.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern, mit den Schritten: Vorsehen mindestens einer piezoelektrischen Schicht (10) mit Elektroden (12, 14); Polarisieren der piezoelektrischen Schicht (10) durch Anlegen einer Polarisierungsspannung an die Elektroden (12, 14), um in der piezoelektrischen Schicht (10) eine elektrische Polarisierungsremanenz zu erzeugen, wobei während des Anlegens der Polarisierungsspannung in einer Lücke (20) zwischen den Elektroden (10, 12) ein Feststoff (30) eingebracht ist, der elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, wobei der Feststoff (30) während der Herstellung aus der Lücke (20) entfernt wird, nachdem die Polarisierungsspannung angelegt wurde, und der Feststoff (30) während des Anlegens der Polarisierungsspannung die Elektroden (12, 14) elektrisch trennt, wobei der Feststoff (30) ein elastischer und/oder plastischer Feststoff (30) mit einer höheren Verformbarkeit als die piezoelektrische Schicht (10) oder als eine Membran ist, die die piezoelektrische Schicht (10) trägt, und der Feststoff (30) in die Lücke (20) gedrückt wird, wobei sich die Form des Feststoffs (30) sich zumindest teilweise der Form der Elektroden (12, 14) und/oder der Lücke (20) anpasst.Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers, comprising the steps: Providing at least one piezoelectric layer (10) with electrodes (12, 14); Polarizing the piezoelectric layer (10) by applying a polarization voltage to the electrodes (12, 14) in order to generate an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer (10), wherein during the application of the polarization voltage in a gap (20) between the electrodes ( 10, 12) a solid (30) is introduced which has electrically insulating properties, the solid (30) being removed from the gap (20) during manufacture after the polarization voltage has been applied, and the solid (30) during the Applying the polarization voltage electrically separates the electrodes (12, 14), the solid (30) being an elastic and / or plastic solid (30) with a higher deformability than the piezoelectric layer (10) or as a membrane that forms the piezoelectric layer (10) carries, and the solid (30) is pressed into the gap (20), wherein the shape of the solid (30) is at least partially the Adjusts the shape of the electrodes (12, 14) and / or the gap (20). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in der Lücke eingebrachte Feststoff (30) ein Kontaktrahmen einer Druckglocke (32) ist, wobei der Kontaktrahmen während dem Polarisieren auf die Lücke (20) aufgepresst ist und die Druckglocke (32) mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt ist, wobei während dem Anlegen der Polarisierungsspannung das Gas mit Unterdruck in der Druckglocke (32) vorgesehen wird und nach dem Anlegen der Polarisierungsspannung die Druckglocke (32) entfernt wird.Procedure according to Claim 1 wherein the solid (30) introduced into the gap is a contact frame of a pressure bell (32), the contact frame being pressed onto the gap (20) during polarization and the pressure bell (32) being filled with an electrically insulating gas, with during When the polarization voltage is applied, the gas is provided with negative pressure in the bell jar (32) and the bell jar (32) is removed after the polarizing voltage has been applied. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Polarisierungsspannung angelegt wird über mindestens einen Leiter (40), der durch eine Wand der Druckglocke (32) hindurch führt, wobei der mindestens eine Leiter (40) in Kontakt mit mindestens einer der Elektroden (12; 14) gebracht wird, um die Polarisierungsspannung an die Elektroden (12, 14) anzulegen.Procedure according to Claim 2 , wherein the polarization voltage is applied over at least a conductor (40) which leads through a wall of the bell jar (32), the at least one conductor (40) being brought into contact with at least one of the electrodes (12; 14) in order to apply the polarization voltage to the electrodes (12, 14). Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen akustischen Wandlern, mit den Schritten: Vorsehen mindestens einer piezoelektrischen Schicht (10) mit Elektroden (12, 14); Polarisieren der piezoelektrischen Schicht (10) durch Anlegen einer Polarisierungsspannung an die elektrischen Elektroden (12, 14), um in der piezoelektrischen Schicht eine elektrische Polarisierungsremanenz zu erzeugen, wobei während des Anlegens der Polarisierungsspannung in einer Lücke (20) zwischen den elektrischen Elektroden (12, 14) Gas eingebracht ist, dessen elektrisch isolierende Eigenschaften verstärkt sind, indem eine Strömung des Gases an der Lücke (20) erzeugt wird, die Ionen, welche sich aufgrund des elektrischen Feldes der Polarisierungsspannung bilden, verwirbelt oder von der Lücke weg transportiert, oder indem das Gas mit Überdruck vorgesehen ist, oder durch beide Maßnahmen.Method of manufacturing piezoelectric acoustic transducers, comprising the steps: Providing at least one piezoelectric layer (10) with electrodes (12, 14); Polarizing the piezoelectric layer (10) by applying a polarization voltage to the electrical electrodes (12, 14) in order to generate an electrical polarization remanence in the piezoelectric layer, wherein during the application of the polarization voltage in a gap (20) between the electrical electrodes (12 14) gas is introduced, the electrically insulating properties of which are enhanced by generating a flow of the gas at the gap (20) which swirls or transports the ions, which are formed due to the electric field of the polarization voltage, away from the gap, or by providing the gas with overpressure, or by both measures. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Strömung in der Lücke (20) erzeugt wird und die Strömung das Gas über die Lücke (20) hinweg transportiert und von derjenigen Elektrode (12; 14) weg führt, die das positive Potential der Polarisierungsspannung darstellt.Procedure according to Claim 4 , the flow being generated in the gap (20) and the flow transporting the gas across the gap (20) and leading it away from that electrode (12; 14) which represents the positive potential of the polarization voltage. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Gas getrocknete Luft, Kohlendioxid, Stickstoff oder eine Mischung hiervon umfasst oder im Wesentlichen aus Luft, Kohlendioxid, Stickstoff oder einer Mischung hiervon besteht.Procedure according to Claim 4 or 5 wherein the gas comprises dried air, carbon dioxide, nitrogen or a mixture thereof or consists essentially of air, carbon dioxide, nitrogen or a mixture thereof.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19820208A1 (en) * 1997-12-18 1999-07-01 Fraunhofer Ges Forschung Piezoelectric transducer
DE19860001A1 (en) * 1998-12-23 2000-07-06 Siemens Ag Piezoelectric component, especially for controlling an internal combustion engine injection valve, has electrically insulating material-containing interspaces between its piezoceramic layers
EP1911530A1 (en) * 2006-10-09 2008-04-16 Baumer Electric AG Ultrasound converter with acoustic impedance adjustment

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2068355B (en) 1979-12-26 1983-09-01 Okazaki K Method of manufacturing interconnected porous ceramics

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19820208A1 (en) * 1997-12-18 1999-07-01 Fraunhofer Ges Forschung Piezoelectric transducer
DE19860001A1 (en) * 1998-12-23 2000-07-06 Siemens Ag Piezoelectric component, especially for controlling an internal combustion engine injection valve, has electrically insulating material-containing interspaces between its piezoceramic layers
EP1911530A1 (en) * 2006-10-09 2008-04-16 Baumer Electric AG Ultrasound converter with acoustic impedance adjustment

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