-
Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter piezoelektrischer Elemente.
-
Derartige Wandler zählen zum Stand der Technik und werden insbesondere zur Stoßwellenerzeugung aber auch zu anderen Zwecken eingesetzt.
-
Aus
DE 3803275 A1 ist ein solcher elektroakustischer Wandler bekannt, der eine Vielzahl nebeneinander angeordneter piezoelektrischer Elemente zylindrischer Form aufweist, die auf einem kalottenförmigen Träger befestigt und in Kunststoff eingebettet sind. Die elektrische Ansteuerung, d. h. Spannungsbeaufschlagung der piezoelektrischen Elemente erfolgt parallel. Zum Zwecke der Kontaktierung sind die piezoelektrischen Elemente an ihren Stirnseiten kontaktiert.
-
Derartige selbstfokussierende oder auch in andere Konfigurationen aufgebaute Wandler haben sich grundsätzlich bewährt, sind jedoch in der Herstellung vergleichsweise teuer, da die piezoelektrischen Elemente zunächst an ihren Stirnseiten metallisiert, dann kontaktiert und elektrisch leitend miteinander verbunden werden müssen. Diese Tätigkeiten müssen in der Regel manuell erfolgen, die Elemente werden gegebenenfalls noch mit einem isolierenden Kunststoffschlauch umfangsseitig überzogen, um die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen, und dann auf der Wandlerschale als Träger befestigt. Zwar wird das Ganze dann in einer Vergussmasse eingebettet, doch führt zum einen die hohe elektrische Belastung, zum anderen die dadurch bedingte mechanische Auslenkung der Piezoelemente zum einen schon vergleichsweise früh zum Versagen einzelner Elemente, zum anderen nach einer gewissen Betriebszeit zum Leistungsabfall des Wandlers.
-
Aus
DE 10 2009 049 487 A1 zählt es zwar zum Stand der Technik, einen solchen elektroakustischen Wandler quasi selbsttragend, d. h. ohne Trägerschale aufzubauen, dies ändert jedoch nichts an dem grundsätzlich aufwändigen und damit teuren Aufbau der Wandlerkalotte.
-
Aus
DE 69605770 T2 zählt es zum Stand der Technik, Ultraschalldetektoren, wie sie zum Erfassen von Ultraschallwellen in der Medizintechnik Verwendung finden, kapazitiv anzukoppeln.
-
Vor diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektroakustischen Wandler, insbesondere zum Erzeugen akustischer Wellen, typischerweise Stoßwellen, so auszubilden, dass einerseits der Aufbau vereinfacht und andererseits die Effektivität des Wandlers, insbesondere auch was seine Anwendbarkeit angeht, erhöht wird.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen elektroakustischen Wandler mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Der erfindungsgemäße elektroakustische Wandler weist eine Vielzahl nebeneinander angeordneter piezoelektrischer Elemente auf, die zu mindestens an einer Seite eine Elektrode aufweisen, die gegenüber den Elementen elektrisch isoliert ist. Eine solche Anordnung schafft die grundsätzliche Möglichkeit einer kapazitiven Ankopplung, wobei eine zweite Elektrode an geeigneter Stelle vorzusehen ist.
-
Grundgedanke der Erfindung ist es, die piezoelektrischen Elemente des elektroakustischen Wandlers nicht wie beim Stand der Technik durch elektrische Leiter direkt zu kontaktieren, sondern die piezoelektrischen Elemente kapazitiv anzukoppeln. Eine solche Anordnung hat in vielfacher Hinsicht Vorteile. Vorteilhaft kann die Metallisierung der piezoelektrischen Elemente zur Kontaktierung grundsätzlich entfallen. Der erfindungsgemäße Wandler kann wesentlich kostengünstiger hergestellt werden, da nur noch die gemeinsamen Elektroden zu kontaktieren sind, die piezoelektrischen Elemente hingegen selbst nicht. Auch wird die Gefahr, dass an den Seiten der piezoelektrischen Elemente ein Spannungsüberschlag stattfindet, ganz erheblich reduziert, und zwar ohne, dass hier besondere Mittel wie beispielsweise elektrisch isolierende Schrumpfschläuche umfangseitig angebracht werden müssen. Vorteilhaft wird zwischen Elektrode und den piezoelektrischen Elementen eine Isolationsschicht eingezogen, die auf eine hohe kapazitive Kopplung einerseits und eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit andererseits hin ausgelegt werden kann. Hierdurch kann der gesamte Wandler mit höherer Spannung betrieben werden. Eine Polarisierung der piezoelektrischen Elemente ist somit auch in eingebautem Zustand möglich, sodass eine exakte Ausrichtung der piezoelektrischen Elemente beim Einbau nicht mehr erfolgen muss. Es ist also eine Ausrichtung der Elemente zueinander im Hinblick auf ihre Polarisationsrichtung grundsätzlich nicht mehr erforderlich, da sich diese bei Anordnung in einem elektrischen Feld selbsttätig ausrichten, und zwar alle in dergleichen Richtung bezogen auf das Feld. Die piezoelektrischen Elemente können daher gegebenenfalls auch maschinell angeordnet werden, müssen jedenfalls nicht mehr manuell aufwändig mit Leitern verbunden und ausgerichtet werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden zudem die konstruktiven Möglichkeiten erhöht, die Formgebung des Wandlers kann nahezu beliebig sein, ist zumindest in weiten Bereichen an die Erfordernisse des Anwenders anpassbar.
-
Der erfindungsgemäße Wandler weist darüber hinaus gegenüber Wandlern nach dem Stand der Technik ein wesentlich verbessertes dynamisches Verhalten auf, da die mit dem Lötpunkt auf dem piezoelektrischen Element angebrachten Kontaktierungsdrähte entfallen, die sonst im Betrieb wie eine Feder-Masse-Belastung wirken sowie darüber hinaus Induktiv wirken.
-
Vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Wandler mindestens zwei Elektroden auf, zwischen denen die piezoelektrischen Elemente angeordnet sind und die zueinander sowie zu den Elementen elektrisch isoliert sind. Über die beiden Elektroden kann eine kapazitive Ankopplung erfolgen, indem zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld aufgebaut wird, also die Elektroden einen Kondensator bilden. Eine solche Anordnung ist fertigungstechnisch einfach, so können mattenartige Gebilde erzeugt werden, welche eine mittlere Schicht von piezoelektrischen Elementen aufweisen, die über die Matte flächig verteilt sind, die darüber Isolierschichten sowie daran anschließend Elektrodenschichten aufweisen. Diese Elektroden können an praktisch beliebiger Stelle kontaktiert und elektrisch angeschlossen werden.
-
Grundsätzlich nicht erforderlich, aber zweckmäßig ist es, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die piezoelektrischen Elemente gegebenenfalls unter Einschluss einer oder mehrerer Elektroden in eine Vergussmasse einzubetten, um durch die Vergussmasse einen eigenstabilen Wandler zu erzeugen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können einige oder auch alle piezoelektrischen Elemente des Wandlers zumindest einseitig metallisiert und so ausgerichtet sein, dass eine metallisierte Seite zu einer Elektrode gewandt ist. Eine solche Metallisierung dient jedoch nicht der Kontaktierung wie beim Stand der Technik, sondern um das elektrische Feld im Kondensator gezielt positiv zu beeinflussen, also ausschließlich zur Kapazitätssteigerung des Wandlers. Durch eine solche Kapazitätssteigerung wird die Leistung jedes einzelnen piezoelektrischen Elementes erhöht und es kann das zwischen den Elektroden aufgebaute elektrische Feld hierdurch gezielt positiv beeinflusst werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Wandler aus mehreren Lagen übereinander angeordneter piezoelektrischer Elemente gebildet sein, wobei diese Lagen zwischen Elektroden angeordnet sind, also innerhalb eines zwischen den Elektroden erzeugten elektrischen Feldes liegen. Auch bei einer solchen Stockanordnung sind diverse Varianten denkbar, so kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, zwischen den Lagen piezoelektrischer Elemente Elektroden vorzusehen und diese gegenüber den piezoelektrischen Elementen elektrisch zu isolieren, so dass dann eine lagenweise Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld möglich wird oder aber nur endseitig des Stacks Elektroden anzuordnen, oder an geeigneter Stelle dazwischen.
-
Der erfindungsgemäße elektroakustische Wandler weist vorteilhaft geteilte Elektroden auf, so dass einzeln ansteuerbare Zonen entstehen. Dabei können die Teilungen der Elektroden zu beiden Seiten gleich angeordnet sein, so dass sich beispielsweise zwischen zwei jeweils in mehrere Abschnitte geteilte Elektroden, zwischen denen piezoelektrische Elemente angeordnet sind, einzeln ansteuerbare Zonen bilden.
-
Da bei dem erfindungsgemäßen Wandler die piezoelektrischen Elemente nicht wie beim Stand der Technik direkt kontaktiert werden müssen und die Gefahr eines Spannungsdurchschlags an der Seite wesentlich geringer als bei Wandlern nach dem Stand der Technik ist, können die piezoelektrischen Elemente in wesentlich höherer Packungsdichte angeordnet werden. Die Spannungsdurchschlagfestig kann dadurch weiter gezielt erhöht werden, dass zwischen Elektrode und den piezoelektrischen Elementen eine Isolationsschicht, beispielsweise eine isolierende Folie angeordnet wird. Insbesondere ist es möglich, piezoelektrische Elemente unterschiedlicher Form und/oder Größe und/oder Materials nebeneinander anzuordnen. So können beispielsweise bei Anordnung zylinderförmiger piezoelektrischer Elemente die zwischen den Zylindern entstehenden Freiräume durch piezoelektrische zylinderförmige Elemente kleineren Durchmessers gefüllt werden. Auch kann Form und Größe der piezoelektrischen Elemente praktisch frei gewählt werden. Es können beispielsweise piezoelektrische Elemente kleiner Größe vorgesehen werden, die beim Stand der Technik nicht einsetzbar wären, da diese nicht kontaktierbar waren. Das Volumen der piezoelektrischen Elemente kann somit hinsichtlich der Wandlerfunktion optimiert werden. Es können kleine und große piezoelektrische Elemente eingesetzt werden.
-
Da bei dem erfindungsgemäßen Wandler eine Ausrichtung der piezoelektrischen Elemente zueinander grundsätzlich nicht erforderlich ist, können die piezoelektrischen Elemente auch als Schüttgut ausgebildet und ungeordnet in einen Verbund zwischen demgegenüber elektrisch isolierten Elektroden angebracht werden. Eine solche Schüttgutanordnung ist fertigungstechnisch besonders einfach zu realisieren. Eine aufwändige Ausrichtung der piezoelektrischen Elemente bezüglich ihrer Polarisationsrichtung ist nicht erforderlich, da sich diese beim Anlegen eines elektrischen Feldes, d. h. bei Spannungsbeaufschlagung der Elektroden, selbsttätig elektrisch ausrichten, d. h. ihre Lage zueinander dabei nicht verändern. Die piezoelektrischen Elemente können also ohne Ausrichtung zueinander beispielsweise in einer Vergussmasse eingebettet werden, um sie zueinander zu fixieren.
-
Da eine direkte Kontaktierung der piezoelektrischen Elemente bei dem erfindungsgemäßen Wandler nicht vorgesehen ist, kann dieser ohne fertigungstechnisch großen Aufwand in praktisch beliebige Formen gebracht werden. Als Behandlungswandler wird es dabei insbesondere vorteilhaft sein, den Wandler als Planarwandler auszubilden, so dass dieser beispielsweise in einen Behandlungstisch integrierbar ist und durch entsprechende Ansteuerung gegebenenfalls fokussiert wird oder aber, bevorzugt auch in Kalottenform, d. h., dass der Wandler selbstfokussierend ist.
-
Durch den kontaktlosen Aufbau ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Wandlers deutlich vereinfacht. Dabei können unterschiedliche Keramikformen piezoelektrischer Elemente eingesetzt werden, mit unterschiedlichem Resonanzverhalten. Durch kontaktlose kapazitive Energiekopplung können auch komplexe Piezokeramikelementformen mit nicht planen Flächen, wie z. B. Kegelstümpfe, Kugeln, Konusse, in den Aufbau integriert werden. Hierdurch werden völlig neue Möglichkeiten geschaffen, das elektroakustische Übertragungsverhalten des Wandlers zu optimieren. So können z. B. Piezokeramikzylinder unterschiedlicher Abmessungen kombiniert werden, mit sich überlagerten oder separaten Eigenresonanzen oder aber es können die geometriebedingten Eigenresonanzen der einzelnen piezoelektrischen Zylinder durch nicht plane Resonatorbegrenzungen gezielt verbreitert werden, um ein breitbandiges Übertragungsverhalten und somit einen effizienten Wandler mit der Möglichkeit einer elektronisch kontrollierten Schallpulsformung zu erhalten.
-
Vorteilhaft kann dabei bei Einbindung der piezoelektrischen Elemente in ein Vergussmaterial dieses Vergussmaterial mit Grafit oder Nanopartikeln angereichert sein, wodurch die Bewegung der piezoelektrischen Elemente, wie sie bei Feldänderung bestimmungsgemäß gewünscht ist und auftritt, verbessert wird. Durch die Einbindung von Grafit, Grafine oder Nanopartikeln ins Vergussmaterial wird eine positive Beeinflussung der Durchbruchfeldstärke erzielt und das ∊r des Vergussmaterials erhöht.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
-
1 in stark schematisierter, vereinfachter Schnittdarstellung den Aufbau eines Wandlers nach dem Stand der Technik,
-
2 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung nach 1,
-
3 ein elektrisches Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Wandlers nach 2,
-
4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung gemäß 1,
-
5 eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung nach 1,
-
6 eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung nach 1,
-
7 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung nach 1,
-
8 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Wandlers in Darstellung nach 1,
-
9 eine Ausführungsform, bei welcher der Wandler mehrschichtig ausgebildet ist,
-
10 eine weitere Ausführungsform eines mehrschichtigen Aufbaus und
-
11 einen Wandler, der in räumliche Zonen geteilte Ansteuerungsbereiche aufweist.
-
Ein Wandleraufbau, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist anhand von 1 dargestellt. Piezoelektrische Elemente 1 in Form von Piezokeramik zylindrischer Bauform sind nebeneinander auf einem Metallträger 3 als akustisches Backingmaterial angeordnet. Die piezoelektrischen Elemente 1 sind an ihren Stirnseiten, d. h. auf der Ober- und der Unterseite metallisiert, d. h. mit einer Metallschicht 4 versehen, über welche an der Oberseite mittels Lötpunkten ein Banddraht angebracht ist, welcher die Oberseiten aller Elemente 1 elektrisch miteinander verbindet. Die metallisierten Unterseiten sind mittels eines leitfähigen Klebstoffs 7 auf der Innenseite des kalottenförmigen Metallträgers 3 aufgeklebt, der zugleich die elektrische Verbindung der Unterseiten bildet. Die piezoelektrischen Elemente 1 sind in einer Vergussmasse 2 eingebettet, welche elektrisch isolierend ist und den mechanischen Verbund der Elemente 1 untereinander bildet. Angesteuert wird ein solcher Wandler über eine Hochspannungsquelle HV, welche über die Leitungen 8 mit dem Wandler verbunden ist. Insbesondere im Bereich der Seiten 10 der piezoelektrischen Elemente 1 kommt es mit steigender Spannung vermehrt zu Durchschlägen, hier bildet sich dann ein Durchschlagskanal 10, welcher die maximal zulässige Spannung für den Wandler nach oben hin begrenzt.
-
Anhand von 2 ist das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Wandlers dargestellt. Die piezoelektrischen Elemente 1 weisen hier nur beispielhaft die gleiche Form wie die anhand von 1 dargestellten auf, sind jedoch über ihre gesamte Oberfläche in der Vergussmasse 2 eingebettet, die elektrisch isolierend ist, und haben keine metallisierten Oberflächen. An der Ober- und Unterseite der Vergussmasse 2 sind flächige Elektroden 9 angebracht, welche zu den piezoelektrischen Elementen 1 durch die Vergussmasse 2 isoliert sind. Durch die Vergussmasse 2 zwischen einer Elektrode 9 und den piezoelektrischen Elementen 1 ist eine durchgängige Isolationsschicht gebildet, welche die Durchschlagfestigkeit des Wandlers in Richtung quer zu den Elektroden 9 deutlich erhöht. Die Elektroden 9 bilden somit einen Kondensator, in dessen Dielektrikum die piezoelektrischen keramischen Elemente 1 liegen. Diese sind nur durch das elektrische Feld der Elektroden 9 beaufschlagt, weisen also keine Metallisierung an der Oberfläche auf und sind auch nicht elektrisch reitend angebunden. Das elektrische Feld, welches durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 9 gebildet ist, durchdringt die Vergussmasse 2 und die Piezokeramik, wodurch sich diese ausrichtet und damit aktiviert.
-
In 3 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild der Anordnung gemäß 2 dargestellt. C2 stellt dabei die Kapazität eines piezoelektrischen Keramikelementes 1 dar, C1, C3 und C4 die Kapazitäten der Vergussmaterialpfade, also C4 den Vergussmaterialpfad neben den piezoelektrischen Elementen 1 und C1 und C3 jeweils den Vergussmaterialpfad zwischen den piezoelektrischen Elementen 1 und den Elektroden 9.
-
Bei der anhand von 4 dargestellten Ausführungsform sind die piezoelektrischen Elemente 1 auf einem Metallträger 3 aufgeklebt, und zwar ebenfalls mit einem leitfähigen Kleber. Sie sind im Übrigen in der Vergussmasse 2 eingebettet und von einer Elektrode 9 mit Abstand an der Oberseite überdeckt. Wird nun an die Elektrode 9 und den Metallträger 3 eine Spannung angelegt, so werden die piezoelektrischen Elemente 1 auch hier kapazitiv angeregt, da eine direkte Kontaktierung der Elemente 1 mit der Elektrode 9 aufgrund der Isolationswirkung der Vergussmasse 2 nicht erfolgt.
-
Bei der anhand von 5 dargestellten Ausführungsvariante sind die piezoelektrischen Elemente 1 ebenfalls mit Abstand nebeneinander angeordnet und in einer isolierenden Vergussmasse 2 eingebettet, werden jedoch an der Unter- und an der Oberseite jeweils von einer isolierenden und mit einer mit einer metallisch leitenden Schicht 15 versehenen Folie abgedeckt. Diese metallisierenden Schichten 15 der Folien bilden in diesem Fall die Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes mit den darin befindlichen piezoelektrischen Elementen 1. Diese Folien bestehen aus einer hoch isolierenden Schicht und einer metallischen Schicht, wobei die isolierende Schicht zwischen der metallischen Schicht und dem piezoelektrischen Elementen 1 angeordnet ist. Bei der Folie handelt es sich vorzugsweise um eine solche, wie sie zur Herstellung von Folienkondensatoren eingesetzt wird.
-
Bei der anhand von 6 dargestellten Ausführungsvariante liegen die piezoelektrischen Elemente 1, die hier ebenfalls zylinderförmig ausgebildet sind, nicht wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen mit ihren Stirnseiten zu den Elektroden 9 hin gerichtet, sondern um 90° gedreht hierzu. Dabei sind die piezoelektrischen Elemente 1 des in 6 dargestellten Wandlers unterschiedlich groß. Die Freiräume zwischen den im Durchmesser großen piezoelektrischen Elementen 1 sind durch kleinere piezoelektrische Elemente 1a ausgefüllt. Im Übrigen entspricht der Aufbau dem anhand von 2 Vorbeschriebenen, bei dem die Piezokeramiken 1 in einer Vergussmasse 2 eingebettet sind und von Elektroden 9 an zwei Seiten umgeben sind. Alternativ können bei der Ausführungsvariante gemäß 6 z. B. kugelförmige Keramikelemente unterschiedlicher Größe oder Elemente mit nicht planparallelen Oberflächen, wie man sie beim konventionellen Kontaktieren benötigt, eingesetzt werden, um bestimmte Schallwandlungseigenschaften zu erhalten und insbesondere einen hohen Füllgrad zu erreichen.
-
Bei der anhand von 7 dargestellten Ausführungsform, die hinsichtlich der piezoelektrischen Elemente 1, der Vergussmasse 2 und der Elektrodenanordnung 9 der anhand von 2 beschriebenen Anordnung entspricht, sind die Elektroden 9 mit einer dreidimensionalen oder anderweitig hochstrukturierten Oberfläche 11 versehen, wodurch die Oberfläche der Elektroden vergrößert und damit die Kapazität des durch die Elektroden 9 gebildeten Kondensators bei gleichen räumlichen Abmessungen gesteigert wird. Eine solche Strukturierung kann z. B. durch Metallisierung einer hochstrukturierten Oxydschicht erfolgen oder auch in anderer Weise erreicht werden.
-
Bei dem anhand von 8 dargestellten Wandler sind piezoelektrische Elemente 13 eingesetzt, die aus einem elektrostriktiven Material bestehen, welches sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes deformiert. Die Anordnung von Vergussmasse 2 und Elektroden 9 entspricht der anhand von 2 Dargestellten. Das elektrostriktive Material kann beispielhaft Silikon sein und soll verdeutlichen, dass hier auch andere, nichtkeramische elektrostriktive Materialien eingesetzt werden können.
-
Bei der anhand von 9 dargestellten Wandleranordnung sind piezoelektrische Elemente 1 nicht nur nebeneinander sondern auch in Ebenen übereinander angeordnet. Dabei ist zwischen den Lagen eine gegenüber den piezoelektrischen Elementen 1 isolierte Metallfolie angeordnet, sodass sich schaltungstechnisch zwei Kondensatoren ergeben, die, wie in der Anordnung dargestellt, eine gemeinsame Elektrode 9 zwischen den Lagen aufweist, welche vorteilhaft mit Erdpotential belegt werden kann.
-
Anhand von 10 ist ein vierlagiger Aufbau eines Wandlers beispielhaft dargestellt, wobei jede Lage aus flächig nebeneinander angeordneten piezoelektrischen Elementen 1 bzw. anderen piezoelektrorestriktiven Körpern 13 besteht, die in einer Vergussmasse 2 eingebettet sind und die jeweils zu zwei Seiten mit Kondensatorelektroden 9 versehen sind. Auch bei dieser Anordnung können gegebenenfalls die zwischen den Lagen befindlichen Kondensatorelektroden durch eine gemeinsame Kondensatorelektrode ersetzt werden.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach 10 bestehen die einzelnen Lagen jedoch aus Matten von piezoelektrischen Elementen 1, die in einer isolierenden Schicht 2 eingebettet und mit Kondensatorelektroden 9 an der Unter- und Oberseite versehen sind, derartige Matten können quasi kontinuierlich hergestellt und beliebig zugeschnitten werden, da zum elektrischen Anschluss lediglich die Kondensatorelektroden 9 an geeigneter Stelle mit einer elektrischen Leitung zum Steuergerät verbunden werden müssen. Solche Matten können übereinander geklebt oder in anderer geeigneter Weise miteinander verbunden werden, wenn sie als Stock verbaut werden sollen.
-
In 11 ist vereinfacht eine Draufsicht auf eine Lage von nebeneinander angeordneten piezoelektrischen Elementen 1 gezeigt, die in einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 2 eingebettet sind. An der Ober- und Unterseite sind auch hier Elektroden 9 angeordnet, jedoch erstrecken sich diese nicht über die gesamte Lage, sondern sind in Abschnitte unterteilt, welche es ermöglichen, jeweils nur einen Teil der piezoelektrischen Elemente (eine Zone), nämlich den, der unter der Teilelektrode angeordnet ist, anzusteuern. Dabei können elektrische Felder unterschiedlicher Stärke erzeugt werden, um die Intensitätsverteilung der erzeugten Schallwellen gezielt zu beeinflussen. Durch die Ansteuerung der verschiedenen Zonen mit unterschiedlichen Spannungen und Zeitverläufen kann die akustische Signalform gezielt beeinflusst werden. In 11 ist lediglich die an einer Seite in Abschnitte unterteilte Kondensatorelektrode 9 dargestellt, die an der Unterseite Befindliche ist nicht erkennbar. Diese kann je nach Bedarf in gleicher Weise in Abschnitte unterteilt sein oder auch durchgehend sein, wenn beispielsweise an der Unterseite ohnehin stets ein einheitliches gleiches Potential anliegen soll.
-
Bei der in 11 dargestellten Ausführung ist die Kondensatorelektrode 9 in insgesamt sechs Abschnitte, d. h. sechs Einzelelektroden 9 unterteilt, die zum Teil unterschiedliche Formen und Größe haben. Dieses Ausführungsbeispiel soll nur prinzipiell zeigen, wie eine solche Zonenaufteilung mittels der geteilten Kondensatorelektroden 9 aussehen kann. Es versteht sich, dass die Zonen auch andere Formen haben können, beispielsweise konzentrisch ineinanderliegende Ringe oder dergleichen, um bestimmte, z. B. Fokussiereffekte, zu erzeugen. Eine solche zonenweise Aufteilung kann zusätzlich auch mit einer Stackanordnung kombiniert werden, wie sie beispielhaft anhand von 10 erläutert worden ist. Es versteht sich, dass die in Zonen aufgeteilten Einzellagen, die gegebenenfalls zu Stocks übereinander angeordnet sind, auch in beliebigen Raumformen angeordnet werden können, beispielsweise in Kalottenform, um einen selbstfokussierenden Wandler zu erzeugen, oder in Zylinderform.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Piezoelektrische Elemente
- 1a
- Kleine piezoelektrische Elemente
- 2
- Isolierendes Vergussmaterial
- 3
- Metallträger, akustisches Backingmaterial
- 4
- Metallisierung auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen Keramikelementes
- 5
- Gelötete Kontaktierung
- 6
- Bonddraht
- 7
- elektrisch leitfähige Klebeschicht
- 8
- Leitung zum elektrischen Steuergerät
- 9
- Leitende Metallschicht, Kondensatorelektrode
- 10
- Vertikaler Durchschlagskanal an einem Piezoelement
- 11
- Metallisierung mit vergrößerter Oberfläche
- 13
- Piezoelektrorestriktiver Körper
- 15
- Isolationsfolie mit Metallschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3803275 A1 [0003]
- DE 102009049487 A1 [0005]
- DE 69605770 T2 [0006]
