DE102012108254A1 - Ultraschall-Wandler und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschall-Wandlers - Google Patents

Ultraschall-Wandler und Verfahren zur Herstellung eines Ultraschall-Wandlers Download PDF

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Abstract

Ultraschall-Wandler (1), umfassend ein Gehäuse (2) und ein Piezo-Element (5), wobei das Piezo-Element (5) in einem Hohlraum (4) des Gehäuses eingesetzt ist, wobei im Gehäuse (2) ein Abdeckmittel (8) angeordnet ist, welches den Hohlraum (4) abdeckt und wobei zwischen dem Abdeckmittel (8) und dem Piezo-Element (5) ein Feder-Element (6) angeordnet ist, welche das Piezo-Element (5) mit einer Federkraft beaufschlagt, wobei dass das Abdeckmittel (8) mehrere das Abdeckmittel (8) durchkontaktierende Leiterbahnen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Wandler, wobei der Ultraschallwandler ein Gehäuse und ein Piezo-Element umfasst, das in einem Hohlraum des Gehäuses eingesetzt ist. Der Hohlraum wird von einem im Gehäuse angeordneten Abdeckmittel abgedeckt. Zwischen dem Abdeckmittel und dem Piezo-Element ist eine Feder angeordnet, welche das Piezo-Element mit einer Federkraft beaufschlagt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbau eines Ultraschall-Wandlers und eine Baugruppe zum Einbau in das Gehäuse eines Ultraschall-Wandlers.
  • Derartige Ultraschall-Wandler werden für eine Vielzahl von Messungen eingesetzt. Der zur Messung genutzte Ultraschall wird erzeugt, indem ein piezoelektrisches Element durch Spannungsänderung zu Schwingungen angeregt wird. Der so erzeugte Ultraschall wird direkt oder nach einer Reflexion an einer Grenzfläche von einem Empfänger aufgenommen. Der Empfänger wandelt die auf ihn einwirkenden Ultraschall-Signale wieder in eine Spannungsänderung um. Das Ultraschall-Wandler der eingangs genannten Art ist gleichfalls als Empfänger geeignet, so dass er sowohl als Erzeuger wie auch als Empfänger von Ultraschall-Signalen eingesetzt werden kann. Verwendung finden derartige Ultraschall-Wandler beispielsweise als Druck- oder Füllstandssensoren. Bewährt haben sie sich insbesondere als Sensoren für Durchflussmesser.
  • Mit einem Ultraschall-Durchflussmesser lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit eines durch die Leitung strömenden Mediums ohne großen Aufwand bestimmen. Zur Messung können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, eine häufig genutzte Methode ist die Laufzeitdifferenzmessung der vom Ultraschall-Wandler ausgesendeten Ultraschall-Signale. Aus den gewonnenen Messergebnissen lässt sich dann mit hoher Präzision der Massen- bzw. Volumendurchfluss in der Leitung berechnen.
  • Ein besonderer Vorteil von Ultraschall-Durchflussmesser ist, dass sie nicht zwingend in die zu bemessende Leitung eingebaut werden müssen, sondern auch als sogenannte Clamp-on-Messgeräte eingesetzt werden können. In vielen Fällen reicht es zur Messung vollkommen aus, die Ultraschall-Wandler außen an der Leitung zu befestigen. Die nicht-invasive Messung bietet den Vorteil, dass auf eine für das Einsetzen des Sensors erforderliche Öffnung der Leitung verzichtet werden kann. Dichtigkeitsprobleme treten hier erst gar nicht auf. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Clamp-on-Messgeräte keine Störung im Rohrquerschnitt erzeugen und somit keine Gefahr besteht, durch eine vom Sensor hervorgerufene lokale Strömungsveränderungen das Messergebnis zu verfälschen
  • Die ohne großen Aufwand zu montierenden Clamp-On-Durchflussmesser eignen sich über die stationäre Verwendung hinaus auch für den mobilen Einsatz an wechselnden Messorten. Dafür muss er lediglich auf den jeweiligen Leitungsquerschnitt und das für die Wandung des Rohres verwendete Material kalibriert werden.
  • Ein Ultraschall-Wandler besteht im Wesentlichen aus einem Piezo-Element, dass in einem Hohlraum eingesetzt ist, der im Gehäuse des Ultraschall-Wandlers ausgebildet ist. Das in den Hohlraum eingesetzte Piezo-Element wird mit Federkraft von innen gegen diese Außenwand des Gehäuses gedrückt. Zum übrigen Gehäuse hin ist Hohlraum mit einem Abdeckmittel verschlossen, üblicherweise wird er durch eine einfache Scheibe abgedeckt.
  • Ein solches Abdeckmittel ist erforderlich, da der Innenraum des Ultraschallwandlers nach der Montage des Piezo-Elements in den allermeisten Fällen aus Sicherheitsgründen mit einer Vergusskapselung versehen wird. Die den Hohlraum abdeckende Scheibe soll verhindern, dass beim Vergießen des Ultraschall-Wandlers die flüssige Vergussmasse in den Hohlraum eindringt und die Wirkung des Federelements außer Kraft gesetzt. Zusätzlich kann die Scheibe als Widerlager für die das Piezo-Element an die Gehäuse-Innenwand drückende Feder genutzt werden.
  • Zwar weist ein Ultraschall-Wandler nur einige wenige Bauteile auf, der Zusammenbau dieser Teile ist hingegen relativ aufwändig. Bevor das Gehäuse vergossen werden kann, muss das Piezo-Element erst einmal nach Außen kontaktiert werden. Dies erfolgt über im Gehäuse geführte Kabel, welche das Piezo-Element mit den an der Rückseite des Gehäuses vorgesehenen Anschlüssen des Ultraschall-Wandlers verbinden. In der den Hohlraum abdeckenden Scheibe ist eine Öffnung vorgesehen, durch welche die Kabel gefädelt werden müssen, um sie aus dem Hohlraum zu führen. Das dem Piezo-Element entgegengesetzte Ende der Kabelverbindung wird am Gehäuse mit der externen Schnittstelle des Ultraschall-Wandlers, also dessen Anschluss, verlötet. Zusätzlich ist fast immer eine Impedanzanpassung erforderlich. Sie wird durch das Zwischenschalten einer Induktivität erreicht.
  • Nach erfolgter Verkabelung muss der Hohlraum gegenüber dem Rest des Gehäuses abgedichtet werden. Eine lediglich auf dem Hohlraum liegende Scheibe würde ihn nicht vollständig verschließen, ein Eindringen der Vergussmasse in den Hohlraum wäre auf diese Weise nicht sicher auszuschließen. Um die Dichtigkeit des Hohlraums möglichst einfach gewährleisten zu können, wird die Scheibe am Gehäuse verklebt. Hierzu wird die Scheibe in der gewünschte Lage über dem Hohlraum positioniert und dort fixiert, beispielsweise mit einem Splint. Anschließend wird sie entlang des Gehäuses mit einem Klebemittel versehen, welches nach dem Aushärten die Scheibe mit dem Gehäuse verbindet und den Hohlraum abdichtet. Ebenfalls verklebt und damit abgedichtet wird die in der Scheibe vorhandene Öffnung mit der durch sie hindurchgeführten Verkabelung.
  • Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen Ultraschall-Wandler zu schaffen, dessen Fertigung im Vergleich mit dem Ultraschall-Wandlern der eingangs genannten Art einfacher vonstatten geht. Des Weiteren wird eine vorfertigbare Baugruppe vorgeschlagen, mit der ein Ultraschall-Wandler auf schnelle und einfache Weise zusammengebaut werden kann. Zudem wird ein den Zusammenbau eines Ultraschall-Wandlers vereinfachendes Verfahren vorgeschlagen.
  • Die jeweiligen Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den dazugehörigen Unteransprüchen.
  • Der Ultraschall-Wandler weist in seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung mehrere das Abdeckmittel durchkontaktierende Leiterbahnen, respektive elektrische Leiter auf. Jeweils eine der Leiterbahnen verbindet eine Kontaktfläche, die auf der dem Piezo-Element zugewandten Seite des Abdeckmittels angeordnet ist, mit einer Kontaktfläche an der abgewandten Seite des Abdeckmittels. Das Abdeckmittel ist damit quasi als eine Art Leiterplatte respektive Platine ausgebildet. An dem Abdeckmittel wird an der dem Hohlraum zugewandten Seite das Piezo-Element und an der dem Hohlraum entgegengesetzten Seite die am Gehäuse angeordnete externe Schnittstelle des Ultraschall-Wandlers angeschlossen. Hierdurch kann auf die bisher für die Kontaktierung des Piezo-Elements erforderliche Durchfädeln von Kabeln durch die Öffnung im Abdeckmittel verzichtet werden. Gleichzeitig entfällt auch das ansonsten notwendige Verschließen dieser Öffnung vor dem Verguss des Ultraschall-Wandlers.
  • Die das Piezo-Element mit der externen Schnittstelle verbindenden Kabel müssen somit nicht mehr durch eine Öffnung geführt werden, stattdessen werden zwei separate Kabel jeweils mit dem Abdeckmittel kontaktiert. Ein erstes Kabel verbindet das Piezo-Element mit dem Abdeckmittel, das zweite Kabel das Abdeckmittel mit der externen Schnittstelle des Ultraschall-Wandlers. Das erste und das zweite Kabel werden wiederum durch das Abdeckmittel miteinander verbunden. Das Abdeckmittel ist somit ein Teil einer elektrischen Verbindung, welche das Piezo-Element mit den am Gehäuse angeordneten externen Schnittstellen des Ultraschallwandlers kontaktiert.
  • Ein ganz besonderer Vorteil dieser Lösung ist es, dass sie ermöglicht, Elemente des Ultraschall-Wandlers vor dem Einbau in das Wandler-Gehäuse als Baugruppe vorab zusammen zu montieren. Die erfindungsgemäße vorfertigbare Baugruppe weist ein Abdeckmittel zum Verschließen eines zur Aufnahme eines Piezo-Element vorgesehenen Hohlraumes des Ultraschall-Wandlers auf, wobei das Abdeckmittel elektrische Leiter umfasst, welche das Abdeckmittel durchkontaktieren und wobei die Baugruppe ein Piezo-Element aufweist, welches mit den elektrischen Leitern verbunden ist und wobei zwischen dem Piezo-Element und dem Abdeckmittel ein Feder-Element angeordnet ist. Diese Baugruppe wird vorzugsweise schon außerhalb des Ultraschall-Wandlers zusammengebaut, da so ein Zugang von allen Seiten leicht möglich ist. Insbesondere sind das Piezo-Element und das Abdeckmittel auf diese Weise leicht zugänglich und können ohne Behinderung miteinander verbunden werden. Die vorgefertigte Baugruppe muss dann nur noch mit der externen Schnittstelle des Ultraschall-Wandlers verbunden werden. Die hierfür vorgesehenen Kontaktstellen des Abdeckmittels sind selbst nach der Positionierung der Baugruppe noch leicht zugänglich. Der Zusammenbau des Ultraschall-Wandlers wird hierdurch deutlich vereinfacht.
  • Vorzugsweise sind zumindest die an der dem Piezo-Element abgewandten Seite des Abdeckmittels angeordnete Kontaktstellen der Leiterbahnen als Lötflächen ausgebildet. Die Ausbildung der Kontaktstellen als Lötflächen, sogenannte Lötpads, erleichtert zusätzlich das Kontaktieren der Kabel und beschleunigen somit den Zusammenbau des Ultraschall-Wandlers noch mehr.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Abdeckmittel zumindest ein elektrisches bzw. elektronisches Bauelement. Dies ermöglicht es, ein solches Bauelement in der Verbindung von Piezo-Element und externer Schnittstelle des Ultraschall-Wandlers vorzusehen, ohne dass es erst aufwendig in die Verbindung zwischengeschaltet werden muss. Das Bauelement kann schon im Vorfeld der Montage mit der Leiterbahn des Abdeckmittels verbunden werden, beim Zusammenbau des Ultraschall-Wandlers sind so außer den Kontaktierungen des ersten und des zweiten Kabels keine zusätzlichen Anschlüsse erforderlich.
  • Vorzugsweise umfasst das Abdeckmittel zumindest eine Induktivität zur Impedanzanpassung des Piezo-Elements. Eine Impedanzanpassung ist wie beschrieben regelmäßig erforderlich. Ist die Platine bereits mit der in die Leiterbahn eingefügten Induktivität bestückt, kann auf die ansonsten während der Kontaktierung durchzuführende freihändige Verdrahtung der Spule verzichtet werden.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Abdeckmittel ein aktives elektronisches Bauelement umfasst, beispielsweise eine Sensorerkennung, die das im Ultraschall-Wandler verwendete Piezo-Element ausliest.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Ultraschall-Wandler ein Abdeckmittel auf, das in dem Wandler-Gehäuse mittels eines Bajonettverschlusses gehalten wird. Ein wesentlicher Grundgedanke dieses Aspekts der Erfindung ist es, die Verbindung zwischen Abdeckmittel und Wandler-Gehäuse selbsthaltend auszubilden. Die dazu vorgeschlagene Steck-Dreh-Verbindung ermöglicht auf an sich bekannte Weise eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile.
  • Das Abdeckmittel wird mit dem Verschließen des Bajonett-Verschlusses in der gewünschten, den Hohlraum abdeckenden Position fixiert. Das zwischen Abdeckmittel und Piezo-Element angeordnete Feder-Element unterstützt dabei das Abdichten des Hohlraums zusätzlich. Die von dem Feder-Element auf das Piezo-Element ausgeübte Federkraft drückt in Gegenrichtung das Abdeckmittel gegen den gehäuseseitigen Teil des Bajonett-Verschlusses und dichtet den Hohlraum ab. Die so erreichte formschlüssige Verbindung ermöglicht, auf den bisher erforderliche zusätzlichen Arbeitsschritt der Verklebung des Abdeckmittels am Gehäuse zu verzichten. Damit muss das Abdeckmittel damit auch nicht mehr in Position gehalten werden, wie es bisher zum Verkleben erforderlich war. Der Zusammenbau des Ultraschall-Wandlers wird so wesentlich erleichtert.
  • Die konkrete Ausgestaltung des Bajonett-Prinzips, also wie das Abdeckmittel in das Gehäuse eingesetzt wird und mittels einer Verdrehung zwischen Abdeckmittel und Wandler-Gehäuse in eine Position bewegt wird, in der es formschlüssig am Gehäuse gehalten wird, kann ohne besondere Schwierigkeiten an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
  • Vorzugsweise umfasst der Bajonettverschluss einen Gewindegang. Der Gewindegang ermöglicht durch das Verdrehen ein Gegeneinanderführen des gehäuseseitigen Teil und des abdeckmittelseitigen Teils des Bajonettverschluss bis zur vollständigen Anlage. Die beiden Verschlussteile werden somit beim Verdrehen entlang des Gewindegangs gegeneinander gepresst, wodurch die Abdichtung des Hohlraums weiter verbessert wird.
  • Beim Zusammenbau wird das Piezo-Element und das Abdeckmittel miteinander verbunden. Das Piezo-Element wird durch das Feder-Element sozusagen vorgespannt. Die Baugruppe wird dann mittels des Bajonett-Verschlusses am Gehäuse des Ultraschall-Wandlers befestigt, wobei das Piezo-Element von dem Feder-Element gegen die Innenseite des Gehäuses gedrückt wird. Nach dem Schließen des Bajonettverschlusses ist das Piezo-Element an der vorgesehenen Position, gleichzeitig ist der Hohlraum dicht verschlossen. Vor dem abschließenden Vergießen müssen nur noch die Kontakte an der dem Hohlraum abgewandten Seite der Platine mit den elektrischen oder elektronischen Schnittstellen des Ultraschall-Wandlers verbunden werden. Dannt ist das Piezo-Element über die das Abdeckmittel durchkontaktierenden Leiterbahnen mit den am Gehäuse angeordneten Anschlüssen des Ultraschallwandlers verbunden.
  • Als alternative Befestigungsart wird das Abdeckmittel mit dem Gehäuse verschweißt, insbesondere per Ultraschallschweißen. Diese Befestigungsform per Stoffschluss dichtet den Hohlraum besonders gut ab.
  • Ganz grundsätzlich kann die Befestigungsart des Abdeckmittels auch losgelöst von der Ausbildung des Abdeckmittels mit es durchkontaktierende Leiterbahnen betrachtet werden. Die beschriebenen Vorteile der Befestigungsarten Bajonettverschluss oder Ultraschallschweißen lassen sich auch unabhängig von der Ausbildung des Abdeckmittels als Platine realisieren. Die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Ansprüche 1 und 11 sind somit hierfür nicht zwingend erforderlich.
  • Im weiteren werden zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
  • 1: Eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten Ultraschall-Wandlers mit einer Abdeckplatte in Form einer Platine und
  • 2: Eine schematische Darstellung eines Ultraschall-Wandlers mit einer Abdeckplatte in Form einer Platine, die mittels eines Bajonett-Verschlusses im Gehäuse gehalten wird.
  • Der von 1 gezeigte Ultraschall-Wandler 1 weist ein Gehäuse 2 und einen an dem Gehäuse 2 befestigten Anschluss 3 für eine hier nicht gezeigte Kabelverbindung zum Anschluss des Ultraschall-Wandlers 1 an ein Steuergerät auf. In dem in teilgeöffneter Darstellung gezeigten Gehäuse 2 ist in einem Hohlraum 4 ein Piezo-Element 5 angeordnet. Das Piezo-Element 5 wird von einer Feder 6 beaufschlagt, die es gegen eine Wandung 7 des Hohlraums 4 drückt. Das dem Piezo-Element 5 entgegengesetzte Ende der Feder 6 liegt an einem den Hohlraum 4 abdeckenden Abdeckmittel 8 an. Das Abdeckmittel ist durch hier nicht gezeigte Haltemittel am Gehäuse 2 befestigt und dichtet den Hohlraum gegen das Eindringen von Vergussmasse ab.
  • Das Abdeckmittel 8 weist es durchkontaktierende Leiterbahnen auf und ist damit platinenartig ausgebildet. An der dem Hohlraum 4 zugewandten Seite des Abdeckmittels 8 sind Leiterbahnen über Kabel 9 mit dem Piezo-Element 5 verbunden. Dabei durchlaufen die Kabel 9 die in Form einer Spiralfeder ausgebildete Feder 6. Das Abdeckmittel 8, die Feder 6 und das über die Kabel 9 mit dem Abdeckmittel 8 verbundene Piezo-Element 5 bilden eine Baugruppe. Die Baugruppe kann außerhalb des Gehäuses 2 vorgefertigt werden und nach ihrem Zusammenbau in das Wandler-Gehäuse 2 eingesetzt werden.
  • Aufgrund der Leiterbahnen benötigt das Abdeckmittel 8 keine Öffnung für das Piezo-Element 5 nach außen kontaktierende Kabel. Es ist in sich geschlossen ausgebildet. Seine dem Hohlraum 4 abgewandte Fläche 10 weist somit keine Durchbrüche auf, durch die Vergussmasse in den Hohlraum 4 eindringen könnte. An der Fläche 10 sind Lötpads vorgesehen, über die Kabel 11 mit den das Piezo-Element 5 durchkontaktierenden Leiterbahnen verbunden sind. Die Kabel 11 verlaufen durch das Gehäuse 2 bis zum Anschluss 3, über den das Piezo-Element 5 an ein Steuergerät angeschlossen werden kann.
  • Die 2 zeigt einen weiteren teilgeöffneten Ultraschall-Wandler 1, bei dem das Haltemittel des Abdeckmittels 8 ein Bajonett-Verschluss 12 ist. Das kreisförmig ausgebildete Abdeckmittel 8 weist an seinem Umfang zwei vorstehende Zapfen auf, die in Schlitze 13 eingesetzt werden, die zueinander um 180 Grad versetzt an einer ebenfalls kreisförmig ausgebildeten Öffnung des Gehäuses 2 über dem Hohlraum 4 angeordnet sind. An die Schlitze 13 schließt ein dazu quer ausgebildeter Seitenschlitz an, in dem die Zapfen durch Verdrehen des Abdeckmittels 8 eingeschoben werden. Die im Querschlitz aufgenommene, hier gestrichelt dargestellten Zapfen 14 hinterschneiden den Längsschlitz 13 und sichern so das Abdeckmittel 8 in seiner Position über dem Hohlraum 4, so dass es den Hohlraum gegen in das Gehäuse eingegebene Vergussmasse abdichten kann. Die Kabel 11 sind mit ausreichend Spiel ausgestattet, so dass sie das Verdrehen des Abdeckmittels 8 nicht behindern.

Claims (15)

  1. Ultraschall-Wandler (1), umfassend ein Gehäuse (2) und ein Piezo-Element (5), wobei das Piezo-Element (5) in einem Hohlraum (4) des Gehäuses eingesetzt ist, wobei im Gehäuse (2) ein Abdeckmittel (8) angeordnet ist, welches den Hohlraum (4) abdeckt und wobei zwischen dem Abdeckmittel (8) und dem Piezo-Element (5) ein Feder-Element (6) angeordnet ist, welche das Piezo-Element (5) mit einer Federkraft beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) mehrere das Abdeckmittel (8) durchkontaktierende Leiterbahnen aufweist.
  2. Ultraschall-Wandler nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Piezo-Element (5) abgewandten Seite des Abdeckmittels (8) angeordnete Kontaktstellen der durchkontaktierenden Leiterbahnen als Lötflächen ausgebildet sind.
  3. Ultraschall-Wandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) zumindest ein elektrisches Bauelement umfasst.
  4. Ultraschall-Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) zumindest eine Induktivität zur Impedanzanpassung des Piezo-Elements (5) umfasst.
  5. Ultraschall-Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) eine Sensorerkennung umfasst.
  6. Ultraschall-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) in dem Gehäuse (2) mittels eines Bajonettverschlusses (12) gehalten wird.
  7. Ultraschall-Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bajonettverschluss (12) einen Gewindegang aufweist.
  8. Ultraschall-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) mit dem Gehäuse (2) verschweißt ist.
  9. Baugruppe zum Einsetzen in das Gehäuse eines Ultraschall-Wandlers (1), insbesondere einens Ultraschall-Wandlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe ein Abdeckmittel (8) zum Verschließen eines zur Aufnahme eines Piezo-Element (5) vorgesehenen Hohlraumes (4) des Ultraschall-Wandlers (1) aufweist, wobei das Abdeckmittel (8) elektrische Leiter umfasst, welche das Abdeckmittel (8) durchkontaktieren und wobei die Baugruppe ein Piezo-Element (5) aufweist, welches mit den elektrischen Leitern verbunden ist und wobei zwischen dem Piezo-Element (5) und dem Abdeckmittel (8) ein Feder-Element (6) angeordnet ist.
  10. Baugruppe nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) zumindest ein elektrisches Bauelement umfasst.
  11. Verfahren zum Zusammenbau eines Ultraschall-Wandlers (1), insbesondere eines Ultraschall-Wandlers gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in dem Gehäuse (2) des Ultraschall-Wandlers (1) ein Hohlraum (4) angeordnet ist, in den ein Piezo-Element (5) eingesetzt wird und wobei der Hohlraum (4) nach dem Einsetzen mit einem Abdeckmittel (8) verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo-Element (5) mit Leiterbahnen verbunden wird, welche das Abdeckmittel (8) durchkontaktieren.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8), das Feder-Element (6) und das mit dem Abdeckmittel (8) verbundene Piezo-Element (5) als Baugruppe in das Gehäuse eingesetzt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) in das Gehäuse (2) eingesetzt wird und mittels einer Drehbewegung in eine Position bewegt wird, in der es formschlüssig am Gehäuse gehalten wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung entlang eines Gewindegangs erfolgt, so dass das Abdeckmittel (8) und das Gehäuse (2) beim Verdrehen gegeneinander gepresst werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmittel (8) in das Gehäuse (2) eingesetzt wird und mittels Ultraschallschweißen mit dem Gehäuse (2) verbunden wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010375A1 (de) * 2014-07-12 2016-01-14 Diehl Metering Gmbh Ultraschallwandleranordnung sowie Ultraschallwasserzähler
EP4063818A1 (de) * 2021-03-22 2022-09-28 Kistler Holding AG Piezoelektrischer aufnehmer
DE102022210971A1 (de) 2022-10-18 2024-04-18 Mib Gmbh Messtechnik Und Industrieberatung Ultraschallmessanordnung

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017086949A1 (en) 2015-11-18 2017-05-26 Halliburton Energy Services, Inc. Dual-sensor tool optical data processing through master sensor standardization
US10408039B2 (en) 2016-01-04 2019-09-10 Halliburton Energy Services, Inc. Connecting a transducer to a cable without physically severing the cable
DE102016101154B4 (de) * 2016-01-22 2024-03-14 Krohne Ag Ultraschallwandler
CN106321043A (zh) * 2016-10-17 2017-01-11 广汉市思科信达科技有限公司 一种旋转式超声换能器
CN108802424A (zh) * 2018-08-21 2018-11-13 苏州源源机械设备有限公司 一种明渠流速传感器装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746831A (en) * 1985-03-27 1988-05-24 Kaijo Denki Co., Ltd. Ultrasonic transreceiver
WO1999010110A1 (en) * 1997-08-22 1999-03-04 Danfoss A/S Ultrasonic transducer
EP1840530A2 (de) * 2006-03-30 2007-10-03 Krohne AG Ultraschalldurchflussmessgerät
EP2076062A1 (de) * 2006-10-20 2009-07-01 Murata Manufacturing Co. Ltd. Ultraschallsensor
WO2011141167A2 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Hydrometer Gmbh Ultraschallwandleranordnung sowie ultraschall-durchflussmesser

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0749914Y2 (ja) * 1986-01-29 1995-11-13 株式会社村田製作所 超音波トランスデユ−サ
GB9120580D0 (en) * 1991-09-27 1991-11-06 Federal Ind Ind Group Inc Acoustic transducer
WO1997006761A1 (en) 1995-08-16 1997-02-27 Cornell Research Foundation, Inc. Axillary dressing
US5834877A (en) * 1995-08-28 1998-11-10 Accuweb, Inc. Ultrasonic transducer units for web detection and the like
JP3533941B2 (ja) 1998-05-08 2004-06-07 松下電器産業株式会社 超音波流量計測装置
US6904921B2 (en) * 2001-04-23 2005-06-14 Product Systems Incorporated Indium or tin bonded megasonic transducer systems
JP3611796B2 (ja) 2001-02-28 2005-01-19 松下電器産業株式会社 超音波送受波器、超音波送受波器の製造方法及び超音波流量計
AT6059U1 (de) * 2002-06-18 2003-03-25 Avl List Gmbh Messzelle zur durchführung von messungen an flüssigen oder gasförmigen proben
US7307373B2 (en) * 2005-08-12 2007-12-11 Daniel Measurement And Control, Inc. Transducer assembly for an ultrasonic fluid meter
US7607347B2 (en) 2006-03-07 2009-10-27 Gems Sensors, Inc. Fluid level detector
JP5397051B2 (ja) 2009-07-03 2014-01-22 パナソニック株式会社 超音波送受波器およびこれを用いた超音波流量計
WO2012113401A1 (en) * 2011-02-23 2012-08-30 Miitors Aps Ultrasonic flow meter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746831A (en) * 1985-03-27 1988-05-24 Kaijo Denki Co., Ltd. Ultrasonic transreceiver
WO1999010110A1 (en) * 1997-08-22 1999-03-04 Danfoss A/S Ultrasonic transducer
EP1840530A2 (de) * 2006-03-30 2007-10-03 Krohne AG Ultraschalldurchflussmessgerät
EP2076062A1 (de) * 2006-10-20 2009-07-01 Murata Manufacturing Co. Ltd. Ultraschallsensor
WO2011141167A2 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Hydrometer Gmbh Ultraschallwandleranordnung sowie ultraschall-durchflussmesser

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010375A1 (de) * 2014-07-12 2016-01-14 Diehl Metering Gmbh Ultraschallwandleranordnung sowie Ultraschallwasserzähler
US10458824B2 (en) 2014-07-12 2019-10-29 Diehl Metering Gmbh Ultrasonic transducer arrangement and ultrasonic water meter
DE102014010375B4 (de) * 2014-07-12 2021-06-17 Diehl Metering Gmbh Ultraschallwandleranordnung sowie Ultraschallwasserzähler
EP4063818A1 (de) * 2021-03-22 2022-09-28 Kistler Holding AG Piezoelektrischer aufnehmer
DE102022210971A1 (de) 2022-10-18 2024-04-18 Mib Gmbh Messtechnik Und Industrieberatung Ultraschallmessanordnung

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