DE102012210522A1

DE102012210522A1 - Damping element for damping of oscillating components, has damping material, which is formed as composite of particles, where particles are coated by layer of hardenable base material such that voids are formed between particles

Info

Publication number: DE102012210522A1
Application number: DE201210210522
Authority: DE
Inventors: Kai von Garnier; Andre Gerlach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-12-24

Abstract

The damping element (540) has a damping material, which is formed as a composite of particles (560). The particles are coated by a layer of hardenable base material (550) such that voids (565) are formed between the particles. The particles are formed as hollow bodies. The particles are made of polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride, high temperature plastic or glass. The base material is made of silicone, adhesive, particularly ultraviolet-hardenable adhesive, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin or vinyl ester resin. Independent claims are included for the following: (1) a sound converter arrangement of a vehicle with a membrane element; and (2) a method for manufacturing a damping element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Für Aufgaben der passiven Schwingungsdämpfung ist es bekannt porige Schäume einzusetzen. Diese Schäume werden in Kontakt mit schwingenden Bauteilen gebracht, nehmen Schwingung auf und setzen diese in Wärme um. Ein Beispiel für derartige Schäume ist der Werkstoff Fermasil^TM A-33-1 / B-33-1 der Firma Sonderhoff. For passive vibration damping purposes, it is known to use porous foams. These foams are brought into contact with vibrating components, absorb vibrations and convert them into heat. An example of such foams is the material Fermasil ^™ A-33-1 / B-33-1 from Sonderhoff.

Wie in der DE 10 2006 011 155 A1 beschrieben ist, kann ein derartiger Silikonschaum für die Schwingungsdämpfung von Ultraschallwandlern verwendet werden, wie sie in Fahrzeugen, beispielsweise bei Park- oder Fahrassistenzsystemen zum Einsatz kommen. Der Schaum besteht aus zwei Komponenten, die gemischt werden und anschließend auf die zu dämpfenden Bauteile gegossen oder dispenst werden. Der anschließend eintretende Aushärtungsvorgang weist im Wesentlichen zwei Teilprozesse auf: Es findet eine Ausgasung statt, die in das zähflüssigen Gemisch Gashohlräume einbringt. Außerdem vernetzt sich das Silikon und bildet so einen Festkörper. Somit entsteht ein schaumartiges Dämpfungselement.Like in the DE 10 2006 011 155 A1 Such a silicone foam can be used for the vibration damping of ultrasonic transducers, as used in vehicles, for example in parking or driving assistance systems. The foam consists of two components, which are mixed and then poured or disperse onto the components to be damped. The subsequently occurring curing process has essentially two sub-processes: there is an outgassing, which introduces gas cavities into the viscous mixture. In addition, the silicone cross-links to form a solid. This creates a foam-like damping element.

Das Problem derartiger Materialien mit Hohlräumen besteht darin, dass die Materialeigenschaften nach dem Aushärten insbesondere in Bezug auf die Dämpfungseigenschaften nur eine ungenügende Konstanz und Vorhersagbarkeit aufweisen. Die oben beschriebenen Prozesse der Bildung der Gashohlräume und der Festkörpervernetzung sind gegenläufig arbeitende Vorgänge. Die Anzahl, Größe und Verteilung der Gashohlräume im fertigen Dämpfungselement sind wesentlich für die Dämpfungseigenschaften. Diese Größen sind jedoch, wie die Erfahrung zeigt, starken Schwankungen unterworfen und mit üblichen Kontrollparametern wie z.B. Temperatur, Dauer der Temperatureinwirkung, Mischungsverhältnis der Komponenten nicht stabil einstellbar. Die entstehenden Dämpfungselemente müssen folgedessen nachbearbeitet werden um die vorgegebenen Dämpfungseigenschaften zu erzielen.The problem with such cavity-type materials is that the material properties after curing, especially with respect to the damping properties, are insufficiently consistent and predictable. The processes of gas cavity formation and solid-state crosslinking described above are counteracting processes. The number, size and distribution of the gas cavities in the finished damping element are essential for the damping properties. However, these variables are, as experience shows, subject to great variations and with usual control parameters, e.g. Temperature, duration of the influence of temperature, mixing ratio of the components not stably adjustable. The resulting damping elements must be subsequently reworked to achieve the predetermined damping properties.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wir erfindungsgemäß ein Dämpfungselement zur Dämpfung von schwingenden Bauteilen vorgeschlagen. Das Dämpfungselement umfasst ein Dämpfungsmaterial, das erfindungsgemäß als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden.It is inventively proposed a damping element for damping oscillating components. The damping element comprises a damping material, which according to the invention is formed as a composite of particles, wherein the particles are coated by a layer of curable base material, for example an adhesive, so that cavities are formed between the particles.

Es werden also durch die Zwischenräume zwischen den Partikeln Hohlräume in dem Dämpfungselement ausgebildet, durch die die Dämpfungseigenschaften bestimmt werden. Unter Dämpfungseigenschaften werden beispielsweise die Frequenzabhängigkeit und Zeitkonstante der Dämpfung verstanden. Die Anzahl, Größe und Verteilung der Hohlräume ist maßgeblich durch die Größe bzw. Größenverteilung und Form der verwendeten Partikel festgelegt. Dies erlaubt, die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements präzise und prozesssicher, also reproduzierbar, einzustellen. Vor allem für den Einsatz des Dämpfungselements in einem Schallwandler ist der Einfluss auf die Dämpfungskonstante und die Resonanzfrequenzen damit vorhersagbar. Eine spätere Anpassung bzw. Nachbearbeitung des Dämpfungselements ist nicht mehr erforderlich.Thus, cavities are formed in the damping element by the spaces between the particles, by which the damping properties are determined. Damping properties are understood as meaning, for example, the frequency dependence and time constant of the damping. The number, size and distribution of the cavities is largely determined by the size or size distribution and shape of the particles used. This makes it possible to adjust the damping properties of the damping element precisely and reliably, ie reproducibly. Especially for the use of the damping element in a transducer, the influence on the damping constant and the resonance frequencies is thus predictable. A subsequent adaptation or reworking of the damping element is no longer necessary.

Bei den auch als Verbundpartikel bezeichneten Partikeln handelt es sich bevorzugt um Partikel, die aus einem Kunststoff wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid oder einem Hochtemperaturkunststoff, wie z.B. Polythersulfon oder Polyamidimid bestehen. The particles, also referred to as composite particles, are preferably particles made of a plastic such as polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride or a high-temperature plastic, such as e.g. Polythersulfone or polyamide imide exist.

Es können auch Mischungen von Füllstoffpartikeln aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Mixtures of filler particles of different materials may also be used.

Um vorteilhafte Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements zu erzielen werden bevorzugt Partikel mit einem mittleren Durchmesser in einem Bereich von 20 bis 500 µm eingesetzt. Es können auch gezielt Partikel unterschiedlicher Größenklassen gemischt werden, um eine gewünschte Verteilung und der Hohlräume in Verbindung mit einer gewünschten Dichte des Dämpfungselements zu erzielen. Bevorzugt weist das Dämpfungselement dabei einen ersten Anteil von Partikeln einer ersten Größenklasse einen zweiten Anteil von Partikeln einer zweiten Größenklasse auf. Es liegt selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung drei oder mehr verschiedene Größenklassen zu verwenden.In order to achieve advantageous damping properties of the damping element particles are preferably used with an average diameter in a range of 20 to 500 microns. It is also possible to selectively mix particles of different size classes in order to achieve a desired distribution and the cavities in conjunction with a desired density of the damping element. In this case, the damping element preferably has a first fraction of particles of a first size class, a second fraction of particles of a second size class. Of course, it is also within the scope of the invention to use three or more different size classes.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der mittlere Durchmesser der Partikel deutlich kleiner als die erwartete Wellenlänge der zu dämpfenden Schwingungswelle und deutlich kleiner als die räumlichen Abmessungen des Dämpfungselements gewählt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass am Dämpfungsvorgang lokal immer mehrere Partikel beteiligt sind und durch die damit verbundenen Mittelungsprozesse die Dämpfungskonstante bei der Frequenz der zu dämpfenden Schwingung einen genau definierten Wert mit einer geringen Schwankungsbreite aufweist.It is advantageous if the average diameter of the particles is chosen to be significantly smaller than the expected wavelength of the vibration wave to be damped and significantly smaller than the spatial dimensions of the damping element. This ensures that the local damping process always involved several particles and the associated averaging processes, the damping constant at the frequency of the vibration to be damped has a well-defined value with a small range of variation.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung können die Partikel als Hohlkörper ausgebildet sein, die beispielsweise eine Wandstärke von ca. 20% ihres Durchmessers aufweisen. Damit wird eine zusätzliche Verbesserung der Dämpfungseigenschaften erzielt, da die Hohlräume innerhalb der Partikel ebenfalls in definierter Weise zur Dämpfung beitragen.In a preferred embodiment of the invention, the particles may be formed as a hollow body, for example, a wall thickness of about 20% of their diameter. Thus, an additional improvement of the damping properties is achieved because the cavities within the particles also contribute in a defined manner to the damping.

Bevorzugt ist zumindest ein Anteil der Partikel kugelförmig oder ellipsoid oder tropfenförmig ausgebildet sind. Alternativ können die Partikel auch eine polyedrische oder unregelmäßige Form aufweisen. Es ist ebenfalls möglich eine Mischung aus unterschiedlich geformten Partikeln zu verwenden. Vor allem bei kugelförmigen, ellipsoiden Partikeln kann die Verteilung, Größe und Form der zwischen den Partikeln gebildeten Hohlräume in vorteilhafter Weise vorhergesagt und eingestellt werden.Preferably, at least a portion of the particles are spherical or ellipsoidal or drop-shaped. Alternatively, the particles may also have a polyhedral or irregular shape. It is also possible to use a mixture of differently shaped particles. Especially with spherical, ellipsoidal particles, the distribution, size and shape of the voids formed between the particles can be advantageously predicted and adjusted.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dämpfungselements werden die Partikel einem härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff wie einem Epoxidharz oder einem Silikon, beigemischt. Dadurch entsteht eine Paste, die in eine entsprechende Form dispenst oder gegossen werden kann. Bei der Form kann es sich auch um das zu dämpfende Bauteil selbst handeln, wobei die Paste direkt an die gewünschte Stelle aufgebracht werden kann. Das Mengenverhältnis zwischen Basismaterial und Partikeln wird derart gewählt, dass das Basismaterial lediglich eine dünne Schicht auf der Oberfläche der Partikel bildet. Nach dem Aushärten des Basismaterials liegt ein erfindungsgemäßes Dämpfungselement vor. Die Größe der Hohlräume in dem Dämpfungselement ist durch die Zwischenräume zwischen den Partikeln und damit durch die Form und Größe der Partikel definiert. Der Anteil und die Verteilung der Gas-Hohlräume ergeben sich durch das Mischungsverhältnis und durch den Mischungsprozess der Füllstoffpartikel in dem Basismaterial.In the production of the damping element according to the invention, the particles are admixed with a curable base material, for example an adhesive such as an epoxy resin or a silicone. This creates a paste that can disperse or cast into an appropriate shape. The mold may also be the component to be damped itself, wherein the paste may be applied directly to the desired location. The quantitative ratio between base material and particles is chosen such that the base material forms only a thin layer on the surface of the particles. After curing of the base material, an inventive damping element is present. The size of the cavities in the damping element is defined by the spaces between the particles and thus by the shape and size of the particles. The proportion and the distribution of the gas cavities are due to the mixing ratio and the mixing process of the filler particles in the base material.

Bei dem Basismaterial kann es sich insbesondere um einen UV-härtbaren Klebstoff handeln, so dass der Aushärtevorgang in vorteilhafter Weise mittels eines UV-Belichtungskopfes durchgeführt werden kann, wodurch sich Startzeitpunkt und Dauer des Härtungsvorgangs steuern lassen.The base material may in particular be a UV-curable adhesive, so that the curing process can advantageously be carried out by means of a UV exposure head, whereby the starting time and duration of the curing process can be controlled.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine Schallwandleranordnung vorgesehen, die ein Dämpfungselement, das wie beschrieben ausgebildet ist, umfasst. Derartige Schallwandleranordnungen werden insbesondere als Ultraschallwandler bei Fahrzeugen zur Messung von Entfernungen eingesetzt, beispielsweise bei Fahrerassistenzsystemen oder Parkassistenzsystemen.According to the invention, a sound transducer arrangement is further provided, which comprises a damping element, which is designed as described. Such sound transducer arrangements are used in particular as ultrasonic transducers in vehicles for measuring distances, for example in driver assistance systems or parking assistance systems.

Eine derartige Schallwandleranordnung umfasst üblicherweise ein Gehäuse (als Resonanzkörper) mit einem Membranelement und ein an dem Membranelement angeordnetes Wandlerelement, beispielsweise ein Piezoelement zur Erzeugung und Detektion von Schallwellen. Da eine derartige Schallwandleranordnung sowohl zum Aussenden las auch zum Empfangen von Schallwellen eingerichtet ist, muss die Membran zwischen Sende- und Empfangsvorgang effektiv und in vorhersehbarer Weise gedämpft werden. Erfindungsgemäß ist dazu mindestens ein Dämpfungselement vorgesehen, das in berührendem Kontakt mit dem Membranelement angeordnet ist und das ein Dämpfungsmaterial umfasst, das als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden. Das Gehäuse der Schallwandleranordnung kann beispielsweise topfartig mit einer als Membran ausgebildeten Bodenfläche und einer umlaufenden Seitenfläche ausgebildet sein, wobei das Wandlerelement bevorzugt auf der Innenfläche der Membran angeordnet ist. Das Dämpfungselement umschließt das Wandlerelement zumindest teilweise.Such a sound transducer arrangement usually comprises a housing (as a resonance body) with a membrane element and a transducer element arranged on the membrane element, for example a piezoelectric element for generating and detecting sound waves. Since such a transducer assembly is set up to both transmit and receive sound waves, the diaphragm must be effectively and predictably attenuated between transmission and reception. According to the invention, at least one damping element is provided for this, which is arranged in touching contact with the membrane element and which comprises a damping material which is formed as a composite of particles, wherein the particles are coated by a layer of curable base material, for example an adhesive, so that cavities are formed between the particles. The housing of the sound transducer arrangement can be designed, for example, like a pot with a bottom surface formed as a membrane and a circumferential side surface, wherein the transducer element is preferably arranged on the inner surface of the membrane. The damping element encloses the transducer element at least partially.

Besonders bevorzugt ist eine Anordnung, bei der das Dämpfungselement den Raum im Inneren des Gehäuses zumindest teilweise ausfüllt. Dabei kann das Dämpfungselement beispielsweise als eine dünne Schicht auf der Membran ausgebildet sein. Particularly preferred is an arrangement in which the damping element at least partially fills the space inside the housing. In this case, the damping element may be formed, for example, as a thin layer on the membrane.

Alternativ ist eine Schallwandleranordnung möglich, bei der das Gehäuse zumindest teilweise in das Dämpfungselement eingebettet ist. Dabei wird eine großflächige Dämpfung der gesamten schwingenden Schallwandleranordnung erzielt. Alternatively, a sound transducer arrangement is possible in which the housing is at least partially embedded in the damping element. In this case, a large-scale damping of the entire oscillating transducer assembly is achieved.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine erfindungsgemäße Schallwandleranordnung nach einer ersten Ausführung der Erfindung. 1 shows a transducer assembly according to the invention according to a first embodiment of the invention.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Schallwandleranordnung nach einer zweiten Ausführung der Erfindung. 2 shows a sound transducer arrangement according to the invention according to a second embodiment of the invention.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Schallwandleranordnung nach einer dritten Ausführung der Erfindung. 3 shows a transducer arrangement according to the invention according to a third embodiment of the invention.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Schallwandleranordnung nach einer vierten Ausführung der Erfindung. 4 shows a transducer arrangement according to the invention according to a fourth embodiment of the invention.

5 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements. 5 schematically shows an enlarged view of a damping element according to the invention.

6 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements mit ellipsoidförmigen Partikeln. 6 schematically shows an enlarged view of a damping element according to the invention with ellipsoidal particles.

Ausführungen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schallwandleranordnung 100 nach einer ersten Ausführung der Erfindung. Die Schallwandleranordnung 100 weist ein Gehäuse 110 auf, das beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das Gehäuse 110 umfasst eine Bodenfläche 140, die als Membran 104 ausgebildet ist, sowie eine umlaufende Seitenfläche 112. Das Gehäuse ist demnach im Wesentlichen topfförmig aufgebaut. Auf der Innenfläche der Membran 104 ist ein Wandlerelement 120, das beispielsweise als piezoelektrisches Element ausgebildet ist, angeordnet bzw. befestigt. Das Wandlerelement 120 ist geeignet, bei entsprechender Anregung durch eine elektronische Ansteuerung (nicht dargestellt) die Membran 104 zu Schwingungen anzuregen, so dass die Membran 104 Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, aussendet. Eingehende Schallwellen können wiederrum Schwingungen der Membran anregen, die in dem Wandlerelement 120 über den piezoelektrischen Effekt Spannungssignale verursachen. Die Schallwandleranordnung 100 kann damit sowohl als Sender als auch als Empfänger für Schallwellen dienen und beispielsweise zur Entfernungsmessung und Objekterkennung in einem Fahrzeug eingesetzt werden, indem Schallwellen ausgesendet und an einem Objekt reflektierte Schallwellen empfangen werden, wobei in bekannter Weise beispielsweise aus der Laufzeit des reflektierten Schallsignals eine Entfernung zu dem Objekt bestimmt werden kann. 1 shows a schematic representation of a sound transducer assembly 100 according to a first embodiment of the invention. The sound transducer arrangement 100 has a housing 110 on, which is made of aluminum, for example. The housing 110 includes a floor surface 140 acting as a membrane 104 is formed, and a circumferential side surface 112 , The housing is therefore essentially cup-shaped. On the inner surface of the membrane 104 is a transducer element 120 , which is formed for example as a piezoelectric element, arranged or fixed. The transducer element 120 is suitable, with appropriate excitation by an electronic control (not shown), the membrane 104 to excite vibrations, so that the membrane 104 Sound waves, in particular ultrasonic waves, emits. Incoming sound waves, in turn, can excite vibrations of the membrane present in the transducer element 120 cause voltage signals via the piezoelectric effect. The sound transducer arrangement 100 Thus, it can serve both as a transmitter and as a receiver for sound waves and be used for example for distance measurement and object recognition in a vehicle by sound waves emitted and reflected sound waves are received on an object, in a known manner, for example, from the duration of the reflected sound signal, a distance to the object can be determined.

Damit die Schwingung der Membran 104 nach einem Sendevorgang möglichst schnell gedämpft wird und die Schallwandleranordnung 100 somit schon kurze Zeit nach dem Senden bereit für das Empfangen von Schallwellen ist, ist ein Dämpfungselement 103 vorgesehen, das das topfartige Gehäuse 110 zu einem Anteil füllt und dabei das Wandlerelement 120 einschließt. Das Dämpfungselement 130 ist erfindungsgemäß aus einem Dämpfungsmaterial ausgebildet, das als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden. Dadurch weist das Dämpfungselement 130 genau definierte Dämpfungseigenschaften auf. So that the vibration of the membrane 104 is damped as quickly as possible after a transmission and the transducer assembly 100 Thus, a short time after sending is ready for receiving sound waves, is a damping element 103 provided that the pot-like housing 110 fills to a proportion while the transducer element 120 includes. The damping element 130 is formed according to the invention from a damping material which is formed as a composite of particles, wherein the particles of a layer of curable base material, such as an adhesive, are coated, so that cavities are formed between the particles. As a result, the damping element 130 precisely defined damping properties.

Das Dämpfungselement 130 wird in das Gehäuse eingebracht, indem zunächst einem Klebstoff, z.B. einem UV-härtenden Klebstoff oder einem Zweikomponenten-Epoxid-Klebstoff, Partikel im Volumenverhältnis von 1–20% beigemengt werden. Die Partikel sind in diesem Beispiel kugelförmig ausgebildet und bestehen aus einem Polymer. Sie weisen beispielsweise einen mittleren Durchmesser von ca. 100 µm auf mit einer Schwankungsbreite im Durchmesser von ca. 12% auf. Es entsteht eine pastöse Masse, die in das topfartige Gehäuse 110 eingefüllt wird. Der Klebstoff bildet dabei eine dünne Schicht auf der Oberfläche der Partikel, dringt aber nicht in die Zwischenräume zwischen den Partikeln ein. Nach dem Aushärten den Klebstoffs liegt das erfindungsgemäße Dämpfungselement 130 vor, dessen Dämpfungseigenschaften im Wesentlichen durch die Verbundartikel, genauergesagt, durch die zwischen den Verbundpartikeln gebildeten Hohlräumen, bestimmt werden. In diesem Beispiel ist die Dicke 138 des Dämpfungselements gering im Vergleich zur Höhe 118 des Gehäuses 110. Beispielsweise kann das Dämpfungselement 130 auch als dünne Schicht ausgebildet sein, die die Membran 104 und das Wandlerelement 130 bedeckt. Dadurch wird erzielt, dass das Dämpfungselement selbst im relevanten Frequenzbereich, in dem die Schallwandleranordnung 100 betrieben wird, keine Resonanz besitzt. Die Dämpfung ist demnach auf alle Schwingungsfrequenzen im Wesentlichen gleichmäßig verteilt.The damping element 130 is introduced into the housing by first an adhesive, such as a UV-curing adhesive or a two-component epoxy adhesive, particles in the volume ratio of 1-20% are added. The particles are spherically shaped in this example and consist of a polymer. They have, for example, a mean diameter of about 100 .mu.m with a fluctuation width in the diameter of about 12%. The result is a pasty mass, which in the pot-like housing 110 is filled. The adhesive forms a thin layer on the surface of the particles, but does not penetrate into the spaces between the particles. After curing the adhesive is the damping element according to the invention 130 whose damping properties are essentially determined by the composite articles, more specifically, by the voids formed between the composite particles. In this example, the thickness is 138 the damping element low compared to the height 118 of the housing 110 , For example, the damping element 130 also be formed as a thin layer, which is the membrane 104 and the transducer element 130 covered. It is thereby achieved that the damping element itself in the relevant frequency range in which the sound transducer assembly 100 is operated, has no resonance. The damping is thus distributed substantially uniformly to all vibration frequencies.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung 200. Die Schallwandleranordnung 200 weist ein Gehäuse 110 auf, das dem in 1 gezeigten Gehäuse entspricht. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Beispiel ist ein Dämpfungselement 230 vorgesehen, das erfindungsgemäß als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden. Das Dämpfungselement 230 füllt das Gehäuse 110 in diesem Beispiel vollständig aus. Damit wird eine insgesamt sehr hohe Dämpfung erzielt. In dem in 2 dargestellten Fall, dass ein großes Volumen des Dämpfungselements 230 vorgesehen ist, können in den Dämpfungselement 230 Resonanzen auftreten. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, das Dämpfungselement 230 mit einem Dämpfungsmaterial mit Verbundpartikeln unterschiedlicher Größenklassen zu vorzusehen, so dass zwischen den Verbundpartikeln Hohlräume unterschiedlicher Größe und/oder Form entstehen. Damit kann eine breitbandige Dämpfung erzielt werden. Denkbar ist auch, durch eine geeignete Wahl der Größenklassen, gezielt verschiedene Resonanzen einzustellen, um gezielt bestimmte Frequenzen zu dämpfen. 2 shows an alternative embodiment of a transducer arrangement according to the invention 200 , The sound transducer arrangement 200 has a housing 110 on that in the 1 shown housing corresponds. Identical parts are provided with the same reference numerals. In this example is a damping element 230 provided according to the invention as a composite of particles, wherein the particles of a layer of curable base material, such as an adhesive, are coated so that cavities are formed between the particles. The damping element 230 fills the case 110 completely off in this example. This results in an overall very high attenuation. In the in 2 illustrated case that a large volume of the damping element 230 is provided, in the damping element 230 Resonances occur. It is particularly advantageous, the damping element 230 to provide with a damping material with composite particles of different size classes, so that arise between the composite particles voids of different sizes and / or shape. Thus, a broadband attenuation can be achieved. It is also conceivable, by a suitable choice of the size classes, to selectively set different resonances in order to attenuate specifically certain frequencies.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung 300. Die Schallwandleranordnung 300 weist ein Gehäuse 110 auf, das dem in 1 gezeigten Gehäuse entspricht. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Beispiel ist ein Dämpfungselement 330 vorgesehen, das erfindungsgemäß als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden. Das Dämpfungselement 330 ist hierbei nicht in Berührkontakt mit der Membran 104 angeordnet, sondern bedeckt lediglich die freiliegende Oberfläche des Wandlerelements 120. Das Dämpfungselement 330 umschließt als das Wandlerelement 120 nur teilweise. Diese Ausführung ist besonders für Anwendungen geeignet, in denen die Dämpfung lokal begrenzt wirksam sein soll und das Dämpfungsvermögen dieses begrenzten Volumens ausreichend ist. 3 shows an alternative embodiment of a transducer arrangement according to the invention 300 , The sound transducer arrangement 300 has a housing 110 on that in the 1 shown housing corresponds. Identical parts are provided with the same reference numerals. In this example is a damping element 330 provided, which is formed according to the invention as a composite of particles, wherein the particles of a layer of curable base material, such as an adhesive, are coated, so that cavities are formed between the particles. The damping element 330 is not in touch contact with the membrane 104 but covers only the exposed surface of the transducer element 120 , The damping element 330 encloses as the transducer element 120 only partially. This embodiment is particularly suitable for applications in which the damping should be locally effective and the damping capacity of this limited volume is sufficient.

4 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung 400. Die Schallwandleranordnung 400 weist ein Gehäuse 110 auf, das dem in 1 gezeigten Gehäuse entspricht. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Beispiel ist ein Dämpfungselement 430 vorgesehen, das erfindungsgemäß als Verbund von Partikeln ausgebildet ist, wobei die Partikel von einer Schicht aus härtbaren Basismaterial, beispielsweise einem Klebstoff, überzogen sind, so dass zwischen den Partikeln Hohlräume ausgebildet werden. Die Schallwandleranordnung ist in diesem Beispiel derart ausgebildet, dass das Gehäuse 110 in ein Dämpfungselement 430 eingebettet ist, so dass sowohl das Innere des Gehäuses 110, als auch das die umlaufende Seitenfläche 112 umgebende Volumen mit Dämpfungsmaterial ausgefüllt ist. Lediglich die nach außen weisende Stirnfläche 142 der Membran 104 ist frei von Dämpfungsmaterial, so dass Schallwellen in diese Richtung ungedämpft abgestrahlt werden. 4 shows an alternative embodiment of a transducer arrangement according to the invention 400 , The sound transducer arrangement 400 has a housing 110 on that in the 1 shown housing corresponds. Identical parts are provided with the same reference numerals. In this example is a damping element 430 provided, which is formed according to the invention as a composite of particles, wherein the particles of a layer of curable base material, such as an adhesive, are coated, so that cavities are formed between the particles. The sound transducer assembly is formed in this example such that the housing 110 in a damping element 430 is embedded, so that both the interior of the case 110 , as well as the surrounding side surface 112 surrounding volume is filled with damping material. Only the outwardly facing end face 142 the membrane 104 is free of damping material, so that sound waves are radiated unattenuated in this direction.

Durch diese Anordnung wird eine besonders effektive Dämpfung der Schallwandleranordnung 400 erzielt. Wie bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben, müssen aufgrund des großen Volumens des Dämpfungselements 430, im Dämpfungselement 430 auftretende Resonanzen berücksichtigt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, das Dämpfungselement 430 mit einem Dämpfungsmaterial mit Verbundpartikeln unterschiedlicher Größenklassen zu vorzusehen, um gezielt bestimmte Frequenzen zu dämpfen.By this arrangement, a particularly effective damping of the sound transducer assembly 400 achieved. As already related to 2 described, due to the large volume of the damping element 430 , in the damping element 430 occurring resonances are taken into account. It is particularly advantageous, the damping element 430 provided with a damping material with composite particles of different size classes in order to attenuate specifically certain frequencies.

5 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfungselements 540. Das Dämpfungselement 540 umfasst ein ausgehärtetes Basismaterial 550, beispielsweise einen Klebstoff, der beispielsweise Epoxydharze, Polyesterharze, Polyurethanharz, Vinylesterharz, Polymere und/oder Co-Polymere aufweist, und der als dünne Schicht auf der Oberfläche von kugelförmig ausgebildeten Partikeln 560 vorliegt. Die Partikel 560 gehören in diesem Beispiel einer einzigen Größenklasse an. Das bedeutet dass der mittlere Durchmesser der Füllstoffpartikel 560 innerhalb einer gewissen statistischen Schwankungsbreite übereinstimmt. Die Schwankungsbreite ist durch den Herstellungsprozess der Partikel bedingt. In den Zwischenräumen 565 zwischen den Partikeln ist kein Klebstoffmaterial 550 vorhanden, die Zwischenräume 565 bilden also Hohlräume aus, wodurch das Material vorteilhafte Dämpfungseigenschaften aufweist. Da Form, Größe und räumliche Verteilung der Zwischenräume 565 durch die Form und Größe der Partikel 560 bestimmt werden, sind die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 540 reproduzierbar und prozesssicher eingestellt. Die räumlichen Abmessungen der Zwischenräume 565 liegen in derselben Größenordnung wie der Durchmesser der Partikel 560. Die Partikel 560 haben in diesem Beispiel einen mittleren Durchmesser von ca. 100 µm. Damit sind die Partikel 560 und somit auch die Zwischenräume 565 wesentlich kleiner als die üblichen Wellenlängen der zu dämpfenden Schwingung. Dadurch wird sichergestellt, dass an einem Dämpfungsvorgang lokal immer mehrere Zwischenräume 565 beteiligt sind. 5 schematically shows an enlarged section of a damping element designed according to the invention 540 , The damping element 540 includes a cured base material 550 For example, an adhesive comprising for example epoxy resins, polyester resins, polyurethane resin, vinyl ester resin, polymers and / or co-polymers, and as a thin layer on the surface of spherically shaped particles 560 is present. The particles 560 belong to a single size class in this example. This means that the mean diameter of the filler particles 560 within a certain statistical range. The fluctuation range is due to the manufacturing process of the particles. In the intervals 565 there is no adhesive material between the particles 550 available, the spaces between 565 So form cavities, whereby the material has advantageous damping properties. Because shape, size and spatial distribution of spaces 565 by the shape and size of the particles 560 are determined, the damping properties of the damping element 540 adjusted reproducibly and reliably. The spatial dimensions of the spaces 565 are of the same order of magnitude as the diameter of the particles 560 , The particles 560 have in this example a mean diameter of about 100 microns. This is the particles 560 and thus also the gaps 565 much smaller than the usual wavelengths of the vibration to be damped. This ensures that at a damping process locally always more spaces 565 involved.

In 6 ist schematisch ein vergrößerter Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Dämpfungselements 640 dargestellt. Im Unterschied zu der in 5 dargestellten Ausführung sind die Partikel 660 sind als Ellipsoide ausgebildet. Auf der Oberfläche eines jeden Partikels 660 ist auch hier eine dünne Schicht eines Klebstoffes 650 vorhanden durch den die Partikel 660 aneinander haften und einen Verbund ausbilden. In den Zwischenräumen 665 ist kein Klebstoff vorhanden, so dass durch die Zwischenräume 665 in regelmäßigen Abständen Hohlräume ausgebildet sind, die die Dämpfungseigenschaften des Dämpfungselements 640 bestimmen.In 6 schematically is an enlarged section of a damping element according to the invention 640 shown. Unlike the in 5 illustrated embodiment are the particles 660 are designed as ellipsoids. On the surface of each particle 660 Here is a thin layer of an adhesive 650 present through which the particles 660 adhere to each other and form a bond. In the intervals 665 There is no glue, so through the gaps 665 cavities are formed at regular intervals, the damping properties of the damping element 640 determine.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006011155 A1 [0002]

Claims

Damping element ( 130 . 230 . 330 . 430 . 540 . 640 ) for damping oscillating components ( 110 ), wherein the damping element ( 130 . 230 . 330 . 430 . 540 . 640 ) comprises a damping material, characterized in that the damping material as a composite of particles ( 560 . 660 ), wherein the particles of a layer of curable base material ( 550 . 650 ) are coated so that between the particles cavities ( 565 . 665 ) be formed.

Damping element according to claim 1, characterized in that the particles are formed as hollow bodies.

Damping element according to one of claims 1 or 2, characterized in that the particles ( 560 . 660 ) comprise at least one of the following materials: polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride, high temperature plastic, glass.

Damping element according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least a proportion of the particles ( 560 . 660 ) are spherical or ellipsoidal or drop-shaped.

Damping element according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least a portion of the particles have a polyhedral or irregular shape.

Damping element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the particles ( 560 . 660 ) have a mean diameter in a range of 20 to 500 μm.

Damping element according to one of claims 1 to 6, characterized in that a first portion of the particles is assigned to a first size class and a second portion of the particles is assigned to a second size class.

Damping element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the base material ( 550 . 650 ) comprises at least one of the following materials: silicone, adhesive, in particular UV-curable adhesive, epoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, vinyl ester resin.

Sound transducer arrangement ( 100 . 200 . 300 . 400 ), in particular for a vehicle, comprising - a housing ( 110 ) with a membrane element ( 104 ), - one on the membrane element ( 104 ) arranged transducer element ( 120 ), for the generation and detection of sound waves, - at least one damping element ( 130 . 230 . 330 . 430 . 540 . 640 ) according to any one of claims 1 to 9, which is in contact with the membrane element ( 104 ) and / or the transducer element ( 120 ) is arranged.

Sound transducer arrangement according to claim 9, characterized in that the housing ( 102 ) pot-like with a membrane ( 104 ) trained floor space ( 140 ) and a circumferential side surface ( 112 ), wherein the transducer element ( 120 ) on the inner surface of the membrane ( 104 ) is arranged and the damping element ( 130 . 230 . 330 . 430 ) the transducer element ( 120 ) at least partially encloses.

Sound transducer arrangement according to claim 9, characterized in that the damping element ( 130 . 230 . 430 ) is arranged such that it occupies the space inside the housing ( 110 ) at least partially.

Sound transducer arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that the housing ( 110 ) at least partially into the damping element ( 430 ) is embedded.

Method for producing a damping element ( 130 . 230 . 330 . 430 . 540 . 640 ) according to one of claims 1 to 8, comprising the following process steps: - mixing of particles ( 560 . 660 ) with a curable base material ( 550 . 650 ), whereby a paste is formed, wherein the base material ( 550 . 650 ) a layer on the surface of the particles ( 560 . 660 ), - filling or dispensing the paste into a mold, - curing the paste, wherein the layer on the surface of the particles ( 560 . 660 ), without the spaces ( 565 . 665 ) between the particles ( 560 . 660 ) completely fill.

The method of claim 13, wherein the base material ( 550 . 650 ) is formed as a UV-curable adhesive and the curing is carried out by means of a UV exposure head.