DE102013213493A1

DE102013213493A1 - Schallwandleranordnung

Info

Publication number: DE102013213493A1
Application number: DE102013213493.2A
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerlach; Andre Gerlach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-15
Also published as: EP3020038A1; CN105359208B; EP3020038B1; CN105359208A; WO2015003842A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung (10) mit einem Gehäuse (14), in dem ein oder mehrere Wandlerelement(e) (12) angeordnet sind, wobei der Zwischenraum (16) zwischen dem Gehäuse (14) und dem Wandlerelement (12) oder bei mehreren Wandlerelementen (12) der Zwischenraum (16) zwischen aufeinanderfolgenden Wandlerelementen (12) mit einem Kunststoff abgedichtet ist, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm2 aufweist. Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug ausgerüstet mit der Schallwandleranordnung (10) und ein Verfahren zur Herstellung der Schallwandleranordnung (10).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung mit einem Gehäuse, in dem ein oder mehrere Wandlerelement(e) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug ausgerüstet mit einer derartigen Schallwandleranordnung sowie eine Verfahren zum Herstellen einer derartigen Schallwandleranordnung.
Ultraschallwandler werden in Fahrzeugen im Rahmen von Fahrassistenzsystemen eingesetzt, um etwa während des Einparkens die Umgebung des Fahrzeuges zu überwachen. Dazu werden zum Beispiel 4 bis 6 Ultraschallwandler im Heck- und/oder Frontstoßfänger des Fahrzeuges integriert. Um die Ortsauflösung solcher Systeme zu verbessern, kommen neben einzeln ausgeführten Ultraschallwandlern auch Ultraschallwandler-Arrays mit mehreren Einzelwandlern zum Einsatz.
Derartige Ultraschallwandler sind hohen Umweltbelastungen, wie Steinschlag, Temperaturveränderungen oder Witterungsbedingungen, ausgesetzt, die die Funktionalität beeinträchtigen und schlimmsten Falls zu irreparablen Schäden führen können. Daher werden die Wandlerelemente der Ultraschallwandler üblicherweise mit einer separaten Dichtung in einem Gehäuse angeordnet. Um die Schwingungseigenschaften nicht zu beeinflussen, werden zusätzlich Entkopplungselemente vorgesehen. Neben den funktionalen Aspekten sollen durch die Dichtung auch die optischen Eigenschaften der Oberfläche solcher Ultraschallwandler nicht negativ beeinflusst werden. Für Ultraschallwandler mit einem einzigen Wandlerelement sind unterschiedliche Lösungen zur Abdichtung bekannt.
Aus WO 2008 025 608 A2 ist ein Gehäuse zum Aufnehmen eines Membrantopfs bekannt, das einen Füllwerkstoff für eine schwingungsgedämpfte und dichte formschlüssige Verbindung des Membrantopfs und des Entkopplungsbauteils mit dem Gehäuse vorsieht. Hierbei füllt das Entkopplungsbauteil den Spalt zwischen einem Rand einer Öffnung des Gehäuses und dem Membrantopf abdichtend aus.
DE 10 2009 022 187 A1 beschreibt einen Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Piezokeramik zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen in einem Membrantopf. Dabei ist das gesamte Gehäuse mitsamt dem Membrantopf mit einem Granulat ausgefüllt und mit einem Deckel dicht verschlossen.
Die DE 101 25 272 A1 beschreibt einen Ultraschallsensor mit einer Membran, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Zwischen Membran und Gehäuse ist weiterhin ein dichtend wirkender Entkopplungsring vorgesehen.
Bei Ultraschallwandler-Arrays, die einen Verbund aus Einzelwandlern darstellen, ergeben sich weitere Schwierigkeiten in der Abdichtung, da nicht mehr alle Einzelwandler von einem Gehäuse oder sonstigen Bauelementen umschlossen sind. Weiterhin sollen Abdichtungskonzepte für Ultraschallarrays die oben genannten funktionalen und optischen Anforderungen erfüllen. Daher besteht ein anhaltendes Interesse daran, Abdichtungskonzepte für Einzelwandler und Ultraschallwandler-Arrays bereitzustellen, die eine hohe Dichtheit aufweisen und gleichzeitigen den funktionalen und optischen Anforderungen entsprechen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schallwandleranordnung mit einem Gehäuse vorgeschlagen, in dem ein oder mehrere Wandlerelement(e) angeordnet sind, wobei ein Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Wandlerelement oder bei mehreren Wandlerelementen ein Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Wandlerelementen mit einem Kunststoff gefüllt ist, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweist.
Durch die Verwendung eines Kunststoffes mit einem geringen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² wird eine Abdichtung der Schallwandleranordnung ermöglicht, die zum einen dichtend wirkt und zum anderen die Schwingungseigenschaften des Systems minimal beeinflusst. So ist die Kopplung zwischen den einzelnen Elementen, also den Wandlerelementen und dem Gehäuse, gering. Zusätzlich führt ein derartiger Kunststoff zu einer geringen Dämpfung. Damit ergeben sich geringe Empfindlichkeitsänderungen, welche sich unmittelbar auf die erzielbare Reichweite auswirken. Die erfindungsgemäße Schallwandleranordnung ermöglicht somit, eine robuste und stabile Abdichtung der Schallwandleranordnung ohne zusätzliche Entkopplungselemente. Weiterhin ist eine derartige Schallwandleranordnung einfach und kostengünstig in der Herstellung. Damit ergeben sich weitere Vorteile, wie Großserientauglichkeit und hohe Prozesssicherheit.
Eine Schallwandleranordnung bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang eine Anordnung, die Schallwellen empfängt und/oder aussendet. Dazu umfasst die Schallwandleranordnung wenigstens ein Wandlerelement, das beispielweise als Biegeschwinger oder Dickenschwinger ausgestaltet sein kann. Bevorzugt ist das Wandlerelement geeignet Ultraschallwellen mit einer Frequenz im Bereich von 16 kHz bis 1 MHz, besonders bevorzugt im Bereich 30–150 kHz, etwa 50 kHz zu empfangen und/oder zu senden.
Umfasst die Schallwandleranordnung mehrere Wandlerelemente spricht man auch von einem Schallwandlerarray. Dabei sind mehrere Wandlerelemente in einem Gehäuse angeordnet, wobei die schallempfindliche Seite der Wandlerelemente zur Umgebung ausgerichtet ist und somit die schallempfindliche Seite des Schallwandlerarrays bildet. Weiterhin können die einzelnen Wandlerelemente als Biegeschwinger oder als Dickenschwinger ausgestaltet sein. Auch können Biegeschwinger und Dickenschwinger in einem Schallwandlerarray kombiniert sein.
Biegeschwinger umfassen beispielsweise eine Membran, an die ein Piezoelement angrenzt, um Schwingungen der Membran über mechanische Verformung des Piezoelements in elektrische Signale, etwa eine Spannung, und umgekehrt elektrische Signale, etwa eine Spannung, über mechanische Verformung des Piezoelements in Schwingungen der Membran umzuwandeln. Zusätzlich oder alternativ zur Membran kann der Biegeschwinger ein Biegewandlerelement umfassen. Dabei kann das Biegewandlerelement U-förmig mit einer schallwirksamen Seite und beidseitig daran angrenzende Befestigungsseiten ausgebildet sein. An einer der Seiten des Biegewandlerelements, bevorzugt auf der inneren, nicht dem Schallfeld zugewandten Seite, kann weiterhin das Piezoelement angeordnet sein, um Schwingungen der Membran und/oder des Biegewandlerelements über mechanische Verformung des Piezoelements in elektrische Signale, etwa eine Spannung, umzuwandeln und umgekehrt. Dickenschwinger umfassen zum Beispiel einen Frontkörper und einen Rückkörper, zwischen denen ein Piezoelement angeordnet ist, um Schwingungen über den Frontkörper in Form von mechanischen Verformungen auf das Piezoelement zu übertragen und in elektrische Signale, etwa eine Spannung, umzuwandeln und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Wandlerelemente in dem Gehäuse angeordnet, um ein Schallwandlerarray auszubilden. Dabei kann der Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Wandlerelementen und/oder der Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem darauffolgenden Wandlerelement mit einem Kunststoff gefüllt sein, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweist. In einer derartigen Anordnung sind die Wandlerelemente vorzugsweise vollumfänglich von dem Kunststoff umschlossen, um die einzelnen Komponenten des Schallwandlerarrays voneinander zu entkoppeln.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenraum mit einem Kunststoff gefüllt, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm², bevorzugt < 5 N/mm² und besonders bevorzugt zwischen 0,25 und 2,5 N/mm² aufweist. Durch das Füllen der Zwischenräume zwischen Gehäuse und Wandlerelement und/oder einzelnen Wandlerelementen mit einem derartigen Kunststoff, entstehen Stege zwischen den einzelnen Komponenten, also dem Gehäuse und/oder den Wandlerelementen, die die Funktionalität nicht beeinträchtigen und gleichzeitig für die notwendige Dichtheit sorgen. Als Kunststoff kann zum Beispiel ein Polymer, wie Epoxidharz, Polyester oder ein Elastomer, wie Naturkautschuk, silikonbasierte Elastomere oder Siliconkautschuk sowie Mischungen hieraus eingesetzt werden.
Um die Haftfestigkeit zwischen dem Kunststoff und den Dichtflächen der Wandlerelemente und/oder des Gehäuses zu erhöhen, kann die Oberfläche des Gehäuses und/oder die Oberfläche des Wandlerelements zumindest teilweise oberflächenbehandelt, insbesondere aufgeraut oder aktiviert sein. Vorzugsweise sind zumindest die Dichtflächen des Gehäuses und/oder des Wandlerelements aufgeraut. Dies kann beispielsweise durch Plasmabehandlung, Beizen oder Sandstrahlen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Kunststoff in dem Zwischenraum derart eingebracht, dass sich ein Steg ausbildet, der bündig mit der schallempfindlichen Seite des Wandlerelements abschließt. Dadurch wird die Oberflächenwelligkeit reduziert, um die optischen Eigenschaften der Schallwandleranordnung zu verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Kunststoff in dem Zwischenraum derart eingebracht, dass sich ein Steg ausbildet, der einen Vorsprung auf der schallempfindlichen Seite des Wandlerelements bildet. Damit bedeckt der Steg mit dem Vorsprung einen Teil der schallempfindlichen Oberfläche des Wandlerelements. Um Funktionsbeeinträchtigungen zu vermeiden, nimmt der Vorsprung des Steges vorzugsweise eine Fläche nicht mehr als 1/6, besonders bevorzugt nicht mehr als 1/10 der schallempfindlichen Oberfläche des Wandlerelements ein.
Weiterhin kann der Steg in Längsrichtung größer als die Dicke einer Komponente des Wandlerelements sein, um die Justage des Wandlerelements zu erleichtern. Beispielsweise kann die Länge des Steges bei einem Biegeschwinger größer sein als die Dicke der Membran, damit das an die Membran angrenzende Piezoelement leicht justierbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind das Gehäuse und der Steg zwischen Gehäuse und dem darauffolgenden Wandlerelement einteilig oder zweiteilig ausgestaltet. So kann das Gehäuse ein separates Teil bilden, wobei der Zwischenraum zwischen Gehäuse und darauffolgendem Wandlerelement mit dem Kunststoff gefüllt ist. So kann der Kunststoff in den Zwischenraum gespritzt oder gegossen werden. In dieser Ausführungsform eignet sich insbesondere ein Elastomer als Kunststoff. Weiterhin können das Gehäuse und der Steg zur Abdichtung aus einem Kunststoff, insbesondere einem Epoxidharz, einteilig ausgebildet sein. Hierbei kann der Steg und das Gehäuse durch Spritzpressen ausgebildet werden. Diese Ausführung ermöglicht es, das Gehäuse und die Stege in einem Arbeitsschritt zu fertigen. Zusätzlich wird die Anzahl der Dichtflächen in dieser Ausführungsform reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf der schallempfindlichen Seite der Schallwandleranordnung eine Folie angeordnet. Hierbei kann die Folie die schallempfindliche Seite der Schallwandleranordnung ganz oder teilweise bedecken. Die Folie kann eine Dicke von 10 bis 500 µm, bevorzugt von 20 bis 250 µm und besonders bevorzugt von 25 bis 150 µm aufweisen. Vorzugsweise ist die Folie undurchlässig für Feuchtigkeit, etwa Wasser, und wirkt damit ebenfalls abdichtend. Dazu eigenen sich zum Beispiel Folien aus Metall oder Kunststoff, wie Polyethylenimin (PEI), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyimid (PI). Auch ein Verbund mit mehreren Folienschichten ist denkbar. Durch die Folie wird zum einen die Dichtwirkung und zum anderen die chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, wie Öle, Kraftstoffe, Säuren, Laugen, Bremsflüssigkeit, Salzwasser, Cola oder Kaltreiniger, verbessert. Auch das Auftragen von Lack wird dadurch vereinfacht, da die optischen Eigenschaften des Lacks nicht durch Materialunterschiede im Untergrund verschlechtert werden.
Die Folie kann weiterhin auf die schallempfindliche Seite der Schallwandleranordnung aufgeklebt, aufgeschweißt oder aufgesiegelt sein. Vorzugsweise ist die Folie aufgeklebt, um Oberflächenwelligkeiten der schallempfindlichen Seite mit Hilfe des Klebers auszugleichen und gleichzeitig eine dichte Verbindung herzustellen. Als Kleber eignet sich insbesondere ein Epoxidharz. Der Kleber kann zum Beispiel aufgespritzt, auflaminiert oder im Siebdruckverfahren aufgebracht werden. Besonders bevorzugt wird die Verwendung einer Folie auf der der Kleber vorab aufgebracht wurde.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Steg auf der schallempfindlichen Seite der Schallwandleranordnung eine Krümmung aufweisen. Eine derartige Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn keine Folie auf die schallempfindliche Seite der Schallwandleranordnung aufgebracht wird. Denn durch die bewusst betonte Krümmung wird der sichtbare Oberflächenfluss unterbrochen und die Oberflächenwelligkeit erscheint hierdurch nicht sichtbar.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Fahrzeug vorgeschlagen, das mit der vorstehend beschriebenen Schallwandleranordnung ausgerüstet ist.
Weiterhin erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen der Schallwandleranordnung vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:

a) Bereitstellen von Komponenten für ein oder mehrere Wandlerelement(e);
b) Anordnen mindestens einer Komponente des Wandlerelements; und
c) Ausbilden der Schallwandleranordnung, wobei Zwischenräume zwischen Komponenten oder zwischen einer Komponente und einem Gehäuse mit einem Kunststoff gefüllt werden, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweist.

Das Verfahren dient vorzugsweise zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Schallwandleranordnung. Dementsprechend gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der Schallwandleranordnung beschrieben sind, auch für das Verfahren und umgekehrt.
Eine Komponente bezeichnet Bauteile, die zum Ausbilden des Wandlerelements dienen. Komponenten eines Biegewandlers sind beispielsweise die Membran, das Piezoelement oder das Biegewandlerelement. Komponenten eines Dickenschwingers sind zum Beispiel der Frontkörper, der Rückkörper oder das Piezoelement.
So können einzelne Komponenten, wie die Membran eines Biegeschwingers oder der Frontkörper eines Dickenschwingers, in einem Array angeordnet werden, und die Zwischenräume anschließend gefüllt. In diesem Fall wird das Wandlerelement nach dem Füllen der Zwischenräume fertiggestellt. Alternativ können auch fertiggestellte Wandlerelemente in einem Array angeordnet werden und anschließend die Zwischenräume gefüllt werden. Die Anordnung der Komponenten oder der Wandlerelemente kann auf einer Referenzplatte erfolgen, auf der die Zwischenräume gefüllt werden und damit die Schallwandleranordnung ausgebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden Komponenten für mehrere Wandlerelemente und ein vorgefertigtes Gehäuse angeordnet. Anschließend werden die Zwischenräume zwischen den angeordneten Komponenten sowie zwischen dem Gehäuse und der darauffolgenden Komponenten mit einem Kunststoff gefüllt, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm², bevorzugt < 5 N/mm² und besonders bevorzugt 2 N/mm² aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Komponenten für mehrere Wandlerelemente angeordnet und anschließend in einem Arbeitsschritt das Gehäuse ausgebildet und die Zwischenräume zwischen den Komponenten gefüllt. Dazu wird ein Kunststoff mit einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm², bevorzugt < 5 N/mm², beispielsweise Epoxidharz oder Siliconkautschuk verwendet
In einer Ausführungsform erfolgt das Füllen der Zwischenräume durch Spritzen, Spritzpressen oder Gießen des Kunststoffes. Durch das Füllen der Zwischenräume werden Stege ausgebildet, die auf der schallempfindlichen Seite bündig mit der Komponente abschließen oder die einen Vorsprung bilden, der die Komponente auf der schallempfindlichen Seite zumindest teilweise überdeckt. In Längsrichtung können die Stege derart ausgebildet werden, dass deren Länge größer ist als die Dicke der Komponenten, etwa der Membran. In einer weiteren Ausführungsform wird auf die schallempfindliche Seite der Schallwandleranordnung eine Folie aufgebracht, bevorzugt aufgeklebt. Zum Ausbilden der Schallwandleranordnung kann beispielsweise ein Thermokompressionverfahren zum Einsatz kommen, wobei die Stege und der Kleber für die Folie mit dem restlichen Verbund unter Druck und Temperatur ausgehärtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Schallwandlerarrays mit mehreren Biegeschwingern als Wandlerelemente, das gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet ist,
2 eine weitere Ausführungsform eines Schallwandlerarrays mit mehreren Biegeschwingern als Wandlerelemente, das gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet ist.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines Schallwandlerarrays 10 mit mehreren Biegeschwingern 12 als Wandlerelemente, wobei das Schallwandlerarray 10 gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet ist.
Das Schallwandlerarray 10 umfasst beispielhaft drei Biegeschwinger 12, die in einem Gehäuse 14 angeordnet sind. Das Gehäuse 14 kann beispielsweise ein Kunststoffgehäuse sein. Insbesondere kann das Gehäuse auf Basis eines Polymers, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polycarbonate (PC) Polystyrol (PS) oder glasfaserverstärkten Kunststoffe gespritzt sein. Die Biegeschwinger 12 umfassen ein Biegewandlerelement 16, das beispielhaft U-förmig ausgestaltet ist. Dabei weist das Biegewandlerelement 16 eine schallwirksame Fläche 22 und zwei Seitenwände 24. Das Biegewandlerelement 16 kann beispielsweise aus einem Metall, einem Kunststoff oder einer Keramik gefertigt sein. Oberhalb der schallempfindlichen Fläche 22 des Biegewandlerelements 16 ist ein Piezoelement 18 angeordnet. Das Piezoelement 10 kann dabei angeklebt oder angeschweißt sein. Oberhalb des Piezoelements 18 ist weiterhin eine Membran 20 angeordnet.
1 zeigt einen Schnitt eines Schallwandlerarray 10, in dem die Biegeschwinger 12 so in Reihe nebeneinander angeordnet sind, dass die schallempfindlichen Flächen der Biegeschwinger 12 nach außen, d.h. zur Umgebung 26, hin ausgerichtet sind. Diese Flächen bilden die schallempfindliche Fläche 32 des Schallwandlerarrays 10. Bei der Verwendung des Schallwandlerarrays 10 im Fahrzeug ist die schallempfindliche Fläche 32 die sichtbare Fläche. Zur Verdeutlichung der Anordnung zeigt der Ausschnitt 28 eine Draufsicht des Schallwandlerarrays 10 mit den beispielhaft dargestellten Biegeschwingern 12.
Zwischen den Biegeschwingern 12 und zwischen den Biegeschwingern 12 und dem Gehäuse 14 ist jeweils ein Zwischenraum 16 angeordnet. Diese Zwischenräume 16 sind mit einem Elastomer, etwa einem heißhärtenden Elastomer, wie Polyurthan-Elastomer, Naturkautschuk, silikonbasierte Elastomere oder Siliconkautschuk, oder Mischungen hieraus, gefüllt. So sind zwischen den Biegeschwingern 12 und zwischen dem Gehäuse 14 und dem darauffolgenden Biegeschwinger 12 Elastomerstege 17 ausgebildet, die das Schallwandlerarray 10 abdichten. Damit wird eine stabile und robuste Abdichtung realisiert, die das Schallwandlerarray 10 insbesondere vor Umwelteinflüsse, wie dem Eintritt von Flüssigkeit und Schäden durch Steinschlag, Schüttelbelastungen oder Temperaturveränderungen, schützt. Zusätzlich werden durch diese Art der Abdichtung die Funktionalität und insbesondere die Schwingungseigenschaften des Schallwandlerarrays 10 minimal beeinflusst.
Die Elastomerstege 17 sind, in der in 1 gezeigten Ausführungsform, länger als die Dicke der Membran 20. Dadurch ergibt sich unterhalb der Membran 20 oder auf der Seite der Membran 20, die von der schallempfindlichen Seite 32 des Schallwandlerarrays 10 weg weist, ein Raum, in den jeweils die Piezoelement 18 für die einzelnen Biegeschwinger 12 eingebracht werden können. Dies erleichtert beim nachträglichen Einbringen der Piezoelemente 16, deren längsseitige Justage, da ein Verkippen oder ein Versatz relativ zur Membran 20 vermieden werden kann.
Das Elastomer ist vorzugsweise so gewählt, dass das Elastizitätsmodul < 10 N/mm², bevorzugt < 5 N/mm² und besonders bevorzugt < 2,5 N/mm² beträgt. Dadurch wird die Kopplung zwischen den Biegeschwingern 12 und die Schwingungsdämpfung des Schallwandlerarrays 10 minimiert. Insbesondere die geringe Dämpfung wirkt sich dabei unmittelbar auf die erzielbare Reichweite des Schallwandlerarrays 10 aus und führt zu einer Erhöhung der Reichweite. Zusätzlich wird durch das Elastomer mit geringem Elastizitätsmodul die Haftfestigkeit zum Biegeschwinger 12 und zum Gehäuse 14 auch unter Thermoschockbedingungen gewährleistet. So wird erreicht, dass die Spannungen an den Dichtflächen 30 unter den Haftfestigkeitswerten des Elastomers liegen und Abriss an den Dichtflächen 30 vermieden werden kann.
Die Zwischenräume 16 können auf unterschiedliche Weisen mit dem Elastomer gefüllt werden. Beispielsweise eignen sich Spritzgussverfahren (englisch: injection moulding) oder Vergussverfahren, bei denen ein Gießharz auf Elastomer-Basis in die Zwischenräume 16 gegossen wird. Als Elastomer kann ein Naturkautschuk, ein Polyurethan-Elastomer, ein silikonbasiertes Elastomer, wie Silikonkautschuk oder eine Mischung hieraus zum Einsatz kommen. Neben den genannten Elastomeren sind auch weitere dem Fachmann bekannte Elastomere einsetzbar, die ein Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweisen.
Um die Haftfestigkeit weiter zu erhöhen, können die Biegewandlerelemente 16 und das Gehäuse 14 weiterhin oberflächenbehandelt sein. Beispielsweise können die Oberflächen durch eine Plasmabehandlung oder Beizen aufgeraut oder aktiviert werden, um eine bessere Haftfestigkeit der zu verbindenden Komponenten zu ermöglichen.
Auf der schallempfindlichen Seite 32 des Schallwandlerarrays 10 – also der Seite des Schallwandlerarrays 10, die zur Umgebung 26 ausgerichtet ist – ist weiterhin eine Folie 34 angeordnet. Die Folie 34 ist mit einem Kleber 36, etwa einem Epoxidharz, aufgeklebt. Weiterhin kann die Folie 34 eine Dicke von 10 bis 500 µm und bevorzugt von 20 bis 250 µm aufweisen. Vorzugsweise ist die Folie 34 ebenfalls dicht gegenüber Feuchtigkeit, wie Wasser, ausgestaltet. Dazu eigenen sich zum Beispiel Folien aus Polyethylenimin (PEI), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyimid. Polyimidfolien sind beispielsweise unter dem Namen Kapton^® erhältlich.
2 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines Schallwandlerarrays 10 mit mehreren Biegeschwinger 12 als Wandlerelemente, wobei das Schallwandlerarray 10 gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet ist.
Der Aufbau des Schallwandlerarrays 10 gemäß 2 entspricht im Wesentlichen dem der 1. Im Unterschied zu 1 ist jedoch die Abdichtung zwischen den einzelnen Biegeschwingern 12 und zwischen den Biegeschwingern 12 und dem Gehäuse 14 durch Stege 38 mit einem Vorsprung 40 ausgebildet. So enden die Stege 38 nicht bündig mit der Membran 20 der Biegeschwinger 12, sondern bilden an den Dichtflächen 30 zwischen den Stegen 38 und den Membranen 20 jeweils einen Vorsprung 40. Der Vorsprung 40 erstreckt sich dabei oberhalb der Membran 20 über eine Fläche, die < 1/6, bevorzugt < 1/10 der Fläche der Membran 20 einnehmen kann. Um die Sichtbarkeit der Oberflächenwelligkeit zu vermindern, weisen die Stege 38 auf der schallempfindlichen Seite 32, die im verbauten Zustand im Fahrzeug sichtbar ist, eine Krümmung 39 auf.
Weiterhin können in dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, das Gehäuse 14 und die Stege 38 aus demselben Material gefertigt sein. Beispielsweise kann das Gehäuse 14 und der Steg 38 zum darauffolgenden Biegeschwinger durch Spritzpressen ausgebildet werden. Somit kann eine Dichtfläche 30 zwischen dem Gehäuse 14 und dem darauffolgenden Biegeschwinger 12 vermieden werden. Als Material für das Gehäuse 14 und die Stege 38 eignet sich zum Beispiel Epoxidharz oder Elastomere wie Naturkautschuk, Polyurethan-Elastomer, silikonbasiertes Elastomer oder Silikonkautschuk. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft ein Material zu wählen, das ein geringes Elastizitätsmodul < 10 N/mm², bevorzugt < 5 N/mm² aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die hierbei beschriebenen Beispiele oder die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl weiterer Variationen denkbar, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. Insbesondere ist es denkbar, die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen zu kombinieren. So kann das Schallwandlerarray 10 gemäß 2 ebenfalls mit einer Folie 34 versehen werden, die auf der schallempfindlichen Seite 32 des Schallwandlerarrays 10 angebracht ist. Weiterhin ist es möglich die gezeigten Konzepte zur Abdichtung in Einzelwandlern einzusetzen. Auch ein Einsatz mit Dickenschwingern statt Biegeschwingern 12 als Wandlerelemente ist möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008025608 A2 [0004]
DE 102009022187 A1 [0005]
DE 10125272 A1 [0006]

Claims

Schallwandleranordnung (10) mit einem Gehäuse (14), in dem ein oder mehrere Wandlerelement(e) (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (16) zwischen dem Gehäuse (14) und dem Wandlerelement (12) oder bei mehreren Wandlerelementen (12) der Zwischenraum (16) zwischen aufeinanderfolgenden Wandlerelementen (12) mit einem Kunststoff gefüllt ist, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweist.
Schallwandleranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Epoxidharz, ein Elastomer oder eine Kombination hieraus enthält.
Schallwandleranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gehäuses (14) und/oder die Oberfläche des Wandlerelements (12) zumindest teilweise oberflächenbehandelt, insbesondere aufgeraut, ist.
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff in den Zwischenraum (16) derart eingebracht ist, dass sich ein Steg (17, 38) ausbildet, der bündig mit der schallempfindlichen Seite (32) des Wandlerelements (12) abschließt oder der einen Vorsprung (40) auf der schallempfindlichen Seite (32) des Wandlerelements (12) bildet.
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (17, 38) in Längsrichtung größer ist als die Dicke einer Komponente (20) des Wandlerelements (12).
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) und der Steg (17) zwischen dem Gehäuse (14) und dem darauffolgenden Wandlerelement (12) einteilig oder zweiteilig ausgestaltet ist.
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der schallempfindlichen Seite (32) der Schallwandleranordnung (10) eine Folie (34) angeordnet ist.
Schallwandleranordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (34) auf die schallempfindliche Seite (32) der Schallwandleranordnung (10) aufgeklebt, aufgeschweißt, auflaminiert oder aufgesiegelt ist.
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (12) als Biegeschwinger oder als Dickenschwinger ausgestaltet ist.
Schallwandleranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (17, 38) auf der schallempfindlichen Seite (32) der Schallwandleranordnung (10) eine Krümmung (39) aufweist.
Fahrzeug ausgerüstet mit einer Schallwandleranordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zum Herstellen einer Schallwandleranordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen von Komponenten (16, 18, 20) für ein oder mehrere Wandlerelement(e) (12); b) Anordnen mindestens einer Komponente (16, 18, 20) eines Wandlerelements (12); und c) Ausbilden der Schallwandleranordnung (10), wobei Zwischenräume (16) zwischen Komponenten (16, 18, 20) oder zwischen einer Komponente (16, 18, 20) und einem Gehäuse (14) mit einem Kunststoff gefüllt werden, der einen Elastizitätsmodul < 10 N/mm² aufweist.