Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischer Sensor zum Aussenden und Empfangen von akustischen Signalen und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sensors.The present invention relates to an acoustic sensor for emitting and receiving acoustic signals and to a method of manufacturing such a sensor.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist ein akustischer Sensor zum Aussenden und Empfangen von akustischen Signalen, der eine Membran und einen als Piezokeramikschicht ausgebildeten und an der Membran befestigten Elektro-Akustik-Wandler umfasst, bekannt. Dabei kann der Elektro-Akustik-Wandler von seiner der Membran zugewandten Seite mit Dämpfstoff befüllt sein. Ferner kann der Elektro-Akustik-Wandler über wenigstens einen langen und dünnen Draht elektrisch kontaktiert werden, der auf seiner der Membran abgewandten Seite angelötet und mit wenigstens einem Kontaktträger verbunden ist. From the prior art, an acoustic sensor for emitting and receiving acoustic signals comprising a membrane and a piezoelectric ceramic layer and attached to the membrane mounted electro-acoustic transducer is known. In this case, the electro-acoustic transducer can be filled with damping material from its side facing the membrane. Further, the electro-acoustic transducer can be electrically contacted via at least one long and thin wire, which is soldered on its side facing away from the membrane and connected to at least one contact carrier.
Aus dem Dokument DE 10 2012 201 884 A1 ist ein akustischer Sensor zum Aussenden und Empfangen von akustischen Signalen bekannt, der eine Membran und einen als Piezoelement ausgebildeten und mit der Membran mechanisch verbundenen Elektro-Akustik-Wandler umfasst. Dabei kann zwischen der Membran und dem Elektro-Akustik-Wandler mindestens ein Hohlraum oder eine Folie vorhanden sein.From the document DE 10 2012 201 884 A1 an acoustic sensor for emitting and receiving acoustic signals is known, which comprises a membrane and a piezoelectric element and mechanically connected to the membrane connected to the electro-acoustic transducer. In this case, at least one cavity or a film may be present between the membrane and the electroacoustic transducer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein akustischer Sensor zum Aussenden und Empfangen von akustischen Signalen bereitgestellt, der eine Membran mit einer schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche und einen Elektro-Akustik-Wandler umfasst. Der Elektro-Akustik-Wandler weist eine direkt an der Membran befestigte erste Fläche auf. Dabei ist an einer der Membran abgewandten zweiten Fläche des Elektro-Akustik-Wandlers wenigstens ein Dämpfelement befestigt. Das wenigstens eine Dämpfelement ist jeweils aus einem Dämpfstoff mit einem gegenüber einem Elastizitätsmodul der Membran kleineren Elastizitätsmodul ausgebildet.According to the invention, there is provided an acoustic sensor for emitting and receiving acoustic signals comprising a membrane having a sound radiating and receiving surface and an electro-acoustic transducer. The electro-acoustic transducer has a directly attached to the membrane first surface. At least one damping element is attached to a second surface of the electro-acoustic transducer facing away from the membrane. The at least one damping element is in each case formed from a damping material with a smaller modulus of elasticity than a modulus of elasticity of the membrane.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Sensor ist das wenigstens eine Dämpfelement an der zweiten Fläche des Elektro-Akustik-Wandlers bevorzugt durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise durch Kleben oder Laminieren, befestigt.In the sensor according to the invention, the at least one damping element on the second surface of the electro-acoustic transducer is preferably fixed by a cohesive connection, such as by gluing or laminating.
Bei einem zuvor beschriebenen Sensor ist der Elastizitätsmodul des wenigstens einen Dämpfelements bevorzugt deutlich geringer als der Elastizitätsmodul der Membran.In a previously described sensor, the modulus of elasticity of the at least one damping element is preferably significantly lower than the elastic modulus of the membrane.
Bei einem zuvor beschriebenen Sensor weist der Dämpfstoff des wenigstens einen Dämpfelements bevorzugt einen nicht vernachlässigbaren Verlustfaktor auf. In a previously described sensor, the damping material of the at least one damping element preferably has a non-negligible loss factor.
Bei einem zuvor beschriebenen Sensor wird als Dämpfstoff des wenigstens einen Dämpfelements bevorzugt Gummi verwendet. In a previously described sensor, rubber is preferably used as the damping material of the at least one damping element.
Bei einem zuvor beschriebenen Sensor umfasst der Elektro-Akustik-Wandler bevorzugt ein Piezokeramikelement oder ein Elektret. In a previously described sensor, the electro-acoustic transducer preferably comprises a piezoceramic element or an electret.
Gemäß einer bevorzugten ersten Weiterbildung der Erfindung umfasst das wenigstens eine Dämpfelement eines zuvor beschriebenen Sensors mehrere Dämpfelemente, die auf voneinander beabstandeten Flächenabschnitten der zweiten Fläche des Elektro-Akustik-Wandlers angeordnet sind.According to a preferred first development of the invention, the at least one damping element of a previously described sensor comprises a plurality of damping elements, which are arranged on spaced-apart surface portions of the second surface of the electro-acoustic transducer.
Durch Befestigen des wenigstens einen Dämpfelements an der der Membran abgewandten zweiten Fläche des Elektro-Akustik-Wandlers wird erreicht, dass eine insbesondere durch eine Längenänderung hervorgerufene Formänderung des Elektro-Akustik-Wandlers gänzlich von der Membran und nicht teilweise von dem wenigstens einen Dämpfelement aufgenommen wird. Dadurch wird eine zur Membran hin erfolgende Übertragung einer Kraft, die bei einer Schwingungsanregung infolge der Formänderung des Elektro-Akustik-Wandlers auftritt, nicht durch das wenigstens eine Dämpfelement behindert.By attaching the at least one damping element on the second surface of the electroacoustic transducer facing away from the membrane, it is achieved that a change in shape of the electroacoustic transducer caused in particular by a change in length is absorbed entirely by the membrane and not in part by the at least one damping element , As a result, transmission of force to the diaphragm, which occurs in the case of vibration excitation as a result of the change in shape of the electroacoustic transducer, is not hindered by the at least one damping element.
Gemäß einer bevorzugten zweiten Weiterbildung der Erfindung, die mit der ersten Weiterbildung und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, umfasst ein zuvor beschriebener Sensor ein mittels der Membran abgedecktes Gehäuse mit einem Träger. Der Träger liegt gegenüber der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche der Membran. Dabei befindet sich der Elektro-Akustik-Wandler auf einer dem Träger zugewandten Seite der Membran.According to a preferred second development of the invention, which can be combined with the first development and / or its embodiments, a previously described sensor comprises a housing covered by the membrane with a carrier. The carrier is located opposite the sound radiating and receiving surface of the membrane. In this case, the electro-acoustic transducer is located on a side of the membrane facing the carrier.
Gemäß einer bevorzugten dritten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, umfasst ein zuvor beschriebener Sensor einen Anschlag. Dabei ist der Anschlag in einem von der Membran und dem Gehäuse begrenzten Innenraum des Sensors angeordnet. Alternativ dazu bildet der Anschlag den Träger des Gehäuses. Dabei ist der Anschlag dazu vorgesehen, einen von der Membran zum Träger hin verlaufenden Hub der Membran und/oder des Elektro-Akustik-Wandlers, der einen vordefinierten Hubgrenzwert überschreitet, zu begrenzen. Bevorzugt stimmt der vordefinierte Hubgrenzwert mit einer maximal gewünschten Auslenkung der Membran und/oder des Elektro-Akustik-Wandlers überein, die bei einer funktionsbedingten Schwingungsbewegung vorkommen sollte. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Membran und/oder der Elektro-Akustik-Wandler bei einer funktionsbedingten Schwingungsbewegung die maximal gewünschte Auslenkung ohne Behinderung durch ein Hindernis jeweils erreichen können. Auf diese Wiese wird ferner erreicht, dass ein auf die Membran einschlagender Stein durch den Anschlag gebremst wird und Funktionseinschränkungen des Sensors vermieden werden.According to a preferred third development of the invention, which can be combined with one or more of the developments described above and / or their embodiments, a previously described sensor comprises a stop. In this case, the stop is arranged in a limited of the membrane and the housing interior of the sensor. Alternatively, the stopper forms the support of the housing. In this case, the stop is intended to a running from the membrane to the carrier towards the hub of the membrane and / or the electro-acoustic transducer, which exceeds a predefined stroke limit to limit. Preferably, the predefined stroke limit coincides with a maximum desired deflection of the membrane and / or the electro-acoustic transducer, which should occur in a function-related vibration movement. In this way it is achieved that the membrane and / or the electro-acoustic transducer can achieve the maximum desired deflection without obstruction by an obstacle in a function-related vibration movement. In this way it is further achieved that a stone impacting on the diaphragm is braked by the stop and functional limitations of the sensor are avoided.
Dadurch wird eine im schlimmsten Fall zu einem Reißen führende Ausdehnung der Membran verhindert.As a result, in the worst case, a rupture leading to expansion of the membrane is prevented.
Gemäß einer bevorzugten vierten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, befinden sich das wenigstens eine Dämpfelement und/oder wenigstens ein jeweils aus Dämpfstoff ausgebildetes weiteres Dämpfelement in einem von der Membran und dem Gehäuse begrenzten Innenraum des Sensors. Das wenigstens eine Dämpfelement und/oder das wenigstens eine weitere Dämpfelement sind zwischen der Membran und dem Anschlag angeordnet. According to a preferred fourth embodiment of the invention, which can be combined with one or more of the developments described above and / or their embodiments, the at least one damping element and / or at least one each formed of damping material further damping element in one of the membrane and the Housing limited interior of the sensor. The at least one damping element and / or the at least one further damping element are arranged between the membrane and the stop.
Gemäß einer bevorzugten fünften Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, werden ein Verlauf und ein Betrag einer Kraft eingestellt. Dabei wird die Kraft von dem Anschlag über das wenigstens eine Dämpfelement und/oder über wenigstens ein weiteres Dämpfelement des wenigstens einen weiteren Dämpfelements auf die sich zum Anschlag bewegende Membran und/oder auf den sich zum Anschlag bewegenden Elektro-Akustik-Wandler übertragen. Diese Kraft ist durch eine Wahl einer Form und/oder einer Ausdehnung und/oder einer Häufigkeit eines Auftretens und/oder des Dämpfstoffs des wenigstens einen Dämpfelements und/oder des jeweiligen wenigstens einen weiteren Dämpfelements variabel einstellbar. Vorteilhaft dabei ist, dass unterschiedliche Verläufe und Beträge der zuvor genannten Kraft durch eine Wahl von unterschiedlichen Formen und/oder Ausdehnungen und/oder Häufigkeiten des Auftretens und/oder Dämpfstoffen des wenigstens einen Dämpfelements und/oder des jeweiligen wenigstens einen weiteren Dämpfelements erreicht werden können. Vorteilhaft dabei ist ferner, dass die zuvor genannte Kraft auf eine zum Anschlag erfolgende Bewegung der Membran und/oder des Elektro-Akustik-Wandlers dämpfend wirkt.According to a preferred fifth embodiment of the invention, which can be combined with one or more of the previously described developments and / or their embodiments, a course and an amount of force are set. In this case, the force is transmitted from the stop via the at least one damping element and / or via at least one further damping element of the at least one further damping element to the diaphragm moving toward the stop and / or to the electroacoustic transducer moving to the stop. This force is variably adjustable by a choice of a shape and / or an expansion and / or a frequency of occurrence and / or the Dämpfstoffs the at least one damping element and / or the respective at least one further damping element. It is advantageous that different courses and amounts of the aforementioned force can be achieved by a choice of different shapes and / or dimensions and / or frequencies of occurrence and / or damping substances of the at least one damping element and / or the respective at least one further damping element. It is also advantageous that the aforementioned force acts to dampen a movement of the membrane and / or the electro-acoustic transducer which takes place to the stop.
Gemäß einer bevorzugten sechsten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, befindet sich in einem von der Membran und dem Gehäuse begrenzten Innenraum des Sensors ein Hohlraum, der mit einer gasförmigen Substanz befüllt ist. Dabei wirkt der Hohlraum als Federelement mit einer vordefinierten Federkonstante. Insbesondere ist die gasförmige Substanz Luft.According to a preferred sixth development of the invention, which can be combined with one or more of the previously described refinements and / or embodiments thereof, a cavity which is filled with a gaseous substance is located in an inner space of the sensor bounded by the membrane and the housing , The cavity acts as a spring element with a predefined spring constant. In particular, the gaseous substance is air.
Gemäß einer bevorzugten siebten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, grenzt der Hohlraum an den Anschlag an. Zum Einstellen der Federkonstante des Hohlraums ist wenigstens ein Druckausgleichskanal in dem Anschlag vorgesehen, der jeweils ein an den Hohlraum angrenzendes offenes erstes Ende und ein an eine Außenumgebung des Sensors angrenzendes zweites offenes Ende aufweist. Der wenigstens eine Druckausgleichskanal verengt sich bevorzugt jeweils in einer von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende verlaufenden Richtung. According to a preferred seventh development of the invention, which can be combined with one or more of the previously described developments and / or their embodiments, the cavity adjoins the stop. For adjusting the spring constant of the cavity, at least one pressure equalization channel is provided in the stopper, each having an open first end adjacent to the cavity and a second open end adjacent to an outside environment of the sensor. The at least one pressure equalization channel preferably narrows in each case in a direction extending from the first end to the second end.
Gemäß einer bevorzugten achten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, ist in dem wenigstens einen Dämpfelement wenigstens ein elektrisch leitendes Element eingebracht. Dabei kann der Elektro-Akustik-Wandler über das wenigstens eine elektrisch leitende Element elektrisch kontaktiert werden. Das wenigstens eine elektrisch leitende Element ist bevorzugt jeweils als Draht ausgebildet.According to a preferred eighth embodiment of the invention, which can be combined with one or more of the developments described above and / or their embodiments, at least one electrically conductive element is introduced in the at least one damping element. In this case, the electro-acoustic converter can be electrically contacted via the at least one electrically conductive element. The at least one electrically conductive element is preferably formed in each case as a wire.
Gemäß einer bevorzugten neunten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, ist das wenigstens eine elektrisch leitende Element in einem ersten Bereich des wenigstens einen Dämpfelements eingebracht. Dabei grenzt der erste Bereich des wenigstens einen Dämpfelements an einen Bereich des Elektro-Akustik-Wandlers unmittelbar an, der mit einem Bereich der Membran verbunden ist, in dem ein Schwingungsminimum der Membran auftritt. According to a preferred ninth embodiment of the invention, which can be combined with one or more of the developments described above and / or their embodiments, the at least one electrically conductive element is introduced in a first region of the at least one damping element. In this case, the first region of the at least one damping element directly adjoins a region of the electroacoustic transducer which is connected to a region of the membrane in which a vibration minimum of the membrane occurs.
Vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Sensor, bei dem das wenigstens eine elektrisch leitende Element in dem wenigstens einen Dämpfelement eingebracht ist, ist, dass der wenigstens eine Elektro-Akustik-Wandler über das wenigstens eine elektrisch leitende Element elektrisch kontaktiert werde kann, ohne dass ein zusätzlicher bauraum- und materialintensiver Kontaktträger notwendig ist. Auf diese Weise wird eine elektrische Kontaktierung des wenigstens einen Elektro-Akustik-Wandlers ermöglicht, deren Realisierung wenig Bauraum, Material und Fertigungsschritte benötigt und folglich auch kostengünstig ist.In a previously described sensor, in which the at least one electrically conductive element is incorporated in the at least one damping element, it is advantageous that the at least one electroacoustic transducer can be electrically contacted via the at least one electrically conductive element without an additional Space-consuming and material-intensive contact carrier is necessary. In this way, an electrical contacting of the at least one electro-acoustic transducer is made possible, the implementation of which requires little installation space, Material and manufacturing steps needed and therefore also cost is.
Gemäß einer bevorzugten zehnten Weiterbildung der Erfindung, die mit einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Weiterbildungen und/oder deren Ausgestaltungen kombiniert werden kann, ist die Membran an dem Gehäuse durch eine formschlüssige Verbindung befestigt. Dabei umfasst die formschlüssige Verbindung insbesondere ein Festklemmen der Membran an das Gehäuse.According to a preferred tenth development of the invention, which can be combined with one or more of the developments described above and / or their embodiments, the membrane is attached to the housing by a positive connection. In particular, the positive connection comprises a clamping of the membrane to the housing.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit wenigstens einem zuvor beschriebenen Sensor, die dazu ausgebildet ist, mittels akustischer Signale, die von dem entsprechenden wenigstens einem Sensor ausgesendet und empfangen werden, eine Umfelderfassung durchzuführen. Bevorzugt ist die Vorrichtung für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich vorgesehen.A further aspect of the invention relates to a device having at least one previously described sensor which is designed to perform an environment detection by means of acoustic signals which are transmitted and received by the corresponding at least one sensor. Preferably, the device is intended for applications in the automotive sector.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zuvor beschriebenen Sensors.Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing a previously described sensor.
Bei dem Verfahren werden bevorzugt ein erster und/oder ein zweiter Schritt durchgeführt. Der erste Schritt umfasst ein Befestigen des wenigstens einen Dämpfelements an dem Elektro-Akustik-Wandler vor einem Befestigen des Elektro-Akustik-Wandlers an der Membran. Der zweite Schritt umfasst ein Einstellen der Federkonstante des Hohlraums durch ein nach einem Befestigen der Membran an dem Gehäuse erfolgtes Einbringen des wenigstens einen Druckausgleichskanals in den Anschlag. Insbesondere erfolgt das Einbringen durch Lasern. In the method, preferably a first and / or a second step are performed. The first step comprises attaching the at least one damping member to the electro-acoustic transducer prior to attaching the electro-acoustic transducer to the membrane. The second step comprises adjusting the spring constant of the cavity by introducing the at least one pressure compensation channel into the stop after the membrane has been secured to the housing. In particular, the introduction is carried out by lasers.
Vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Sensor, der mittels eines den ersten Schritt umfassenden Verfahrens hergestellt wird, ist, dass der Elektro-Akustik-Wandler zusammen mit dem wenigstens einen daran befestigten Dämpfelement einem Qualitätstest unterzogen werden können. Dies kann vor dem Befestigen des Elektro-Akustik-Wandlers an der Membran erfolgen. Wenn der Elektro-Akustik-Wandler zusammen mit dem wenigstens einen daran befestigten Dämpfelement keine gewünschte Qualität aufweisen, kann dieser vor seinem Einbau in den Sensor verworfen werden. In a previously described sensor, which is produced by means of a method comprising the first step, it is advantageous that the electroacoustic transducer together with the at least one damping element attached thereto can be subjected to a quality test. This can be done before attaching the electro-acoustic transducer to the membrane. If the electro-acoustic transducer together with the at least one damping element attached thereto have no desired quality, this can be discarded before it is installed in the sensor.
Vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Sensor, der mittels eines den zweiten Schritt umfassenden Verfahrens hergestellt wird, ist, dass durch das nach dem Befestigen der Membran an dem Gehäuse erfolgte Einstellen der Federkonstante ein entsprechendes Sensorverhalten korrigiert werden kann.It is advantageous in the case of a previously described sensor, which is produced by means of a method comprising the second step, that a corresponding sensor behavior can be corrected by setting the spring constant after fixing the membrane to the housing.
Ein zuvor beschriebener Sensor kann wenigstens einen weiteren Elektro-Akustik-Wandler umfassen, der jeweils in gleicher Weise wie ein zuvor beschriebener Elektro-Akustik-Wandler vorgesehen ist.A previously described sensor may comprise at least one further electro-acoustic transducer, which is provided in each case in the same way as a previously described electro-acoustic transducer.
Ein zuvor beschriebener Sensor mit wenigstens einem weiteren Elektro-Akustik-Wandler kann bezüglich jedes weiteren Elektro-Akustik-Wandlers in gleicher Weise wie bezüglich des Elektro-Akustik-Wandlers hergestellt werden.A previously described sensor having at least one further electro-acoustic transducer can be manufactured with respect to each further electro-acoustic transducer in the same way as with respect to the electro-acoustic transducer.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Jede Komponente und jeder Parameter werden jeweils einmalig eingeführt und bei Wiederholung jeweils als schon bekannt behandelt, unabhängig davon, auf welche Zeichnung oder auf welches Ausführungsbeispiel sich ein jeweils entsprechender Beschreibungsteil, in dem die entsprechende Komponente oder der entsprechende Parameter wiederholt vorkommt, bezieht. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components and parameters. Each component and each parameter are each introduced once and treated as repetitive in each case as already known, regardless of which drawing or on which embodiment, a respective corresponding part of the description, in which the corresponding component or the corresponding parameter occurs repeatedly relates. In the drawings:
1 ein gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter akustischer Sensor mit einem Elektro-Akustik-Wandler und wenigstens einem an dem Elektro-Akustik-Wandler befestigten Dämpfelement, 1 a trained according to a first embodiment of the invention acoustic sensor with an electro-acoustic transducer and at least one attached to the electro-acoustic transducer damping element,
2 mehrere Siebe, die zum Erzeugen des wenigstens einen Dämpfelements mittels Siebdruckens verwendbar sind, 2 a plurality of screens which can be used for producing the at least one damping element by screen printing,
3 ein gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter akustischer Sensor mit zwei Elektro-Akustik-Wandlern und zwei jeweils an einem der beiden Elektro-Akustik-Wandler befestigten Dämpfelementen. 3 a trained according to a second embodiment of the invention acoustic sensor with two electro-acoustic transducers and two each attached to one of the two electro-acoustic transducer damping elements.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1 zeigt einen akustischen Sensor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Sensor 10 umfasst eine Membran 20 mit einer schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 25 und einen Elektro-Akustik-Wandler 30. Der Sensor 10 umfasst ferner ein topfförmiges Gehäuse 50, das mittels der Membran 20 abgedeckt ist. Dabei umfasst das Gehäuse 50 eine Wandung 55, die an die Membran 20 angrenzt, und einen als Boden dienenden Träger 56, der gegenüber der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 25 der Membran 20 liegt. Der Elektro-Akustik-Wandler 30 weist eine direkt an der Membran 20 befestigte erste Fläche auf. Der Elektro-Akustik-Wandler 30 ist ferner auf einer dem Träger 56 zugewandten Seite der Membran 20 angeordnet und erstreckt sich in einem durch die Membran 20 und das Gehäuse 50 begrenzten Innenraum 15 des Sensors 10. Der Elektro-Akustik-Wandler 30 weist ferner eine der Membran 20 abgewandte zweite Fläche auf, an der wenigstens ein jeweils aus einem Dämpfstoff ausgebildetes Dämpfelement 41, 42, 43, 44 befestigt ist. Das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 43, 44 kann mehrere beabstandet voneinander angeordnete Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 umfassen. Beispielsweise kann der Dämpfstoff, aus dem die mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 ausgebildet sind, für unterschiedliche Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Elastizitätsmodulen beziehungsweise Leitfähigkeiten bestehen. 1 shows an acoustic sensor 10 according to a first embodiment of the invention. The sensor 10 includes a membrane 20 with a sound radiating and receiving surface 25 and an electro-acoustic transducer 30 , The sensor 10 further comprises a cup-shaped housing 50 that by means of the membrane 20 is covered. In this case, the housing includes 50 a wall 55 attached to the membrane 20 adjacent, and serving as a ground carrier 56 , the opposite of the sound radiating and receiving surface 25 the membrane 20 lies. The electro-acoustic converter 30 has one directly on the membrane 20 attached first surface. The electro-acoustic converter 30 is also on a carrier 56 facing side of the membrane 20 arranged and extends in one through the membrane 20 and the case 50 limited interior 15 of the sensor 10 , The electro-acoustic converter 30 also has one of the membrane 20 facing away from the second surface, on the at least one each formed of a damping material damping element 41 . 42 . 43 . 44 is attached. The at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 can a plurality of spaced apart damping elements 41 . 42 . 43 . 44 include. For example, the damping material from which the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 are formed, for different damping elements 41 . 42 . 43 . 44 consist of different materials with different moduli of elasticity or conductivities.
In dem Innenraum 15 des Sensors 10 ist ferner ein Anschlag 60 angeordnet, der parallel zu dem Träger 56 verläuft. Dabei ist der Anschlag 60 dazu vorgesehen, einen infolge äußerer Kräfte vorkommenden und auch als Auslenkung bezeichneten Hub der Membran 20 und/oder des Elektro-Akustik-Wandlers 30, der in einer vordefinierten Richtung x1 verläuft, zumindest dann zu begrenzen, wenn dieser einen vordefinierten Hubgrenzwert überschreitet. Die vordefinierte Richtung x1 verläuft von der Membran 20 zum Träger 56. Der vordefinierte Hubgrenzwert stimmt mit einer maximal gewünschten Auslenkung der Membran 20 und folglich auch des Elektro-Akustik-Wandlers 30 überein, die bei einer funktionsbedingten Schwingungsbewegung vorkommen sollte.In the interior 15 of the sensor 10 is also an attack 60 arranged parallel to the carrier 56 runs. Here is the stop 60 provided, occurring as a result of external forces and also referred to as deflection stroke of the membrane 20 and / or the electro-acoustic transducer 30 that travels in a predefined direction x1, at least when it exceeds a predefined stroke limit. The predefined direction x1 extends from the membrane 20 to the carrier 56 , The predefined stroke limit value coincides with a maximum desired deflection of the diaphragm 20 and consequently also the electro-acoustic transducer 30 match, which should occur in a function-related vibration movement.
Beispielsweise sind das Gehäuse 50 und der Anschlag 60 aus verschiedenen Materialien ausgebildet.For example, the housing 50 and the stop 60 made of different materials.
Beispielsweise kann in dem Gehäuse 50 zwischen dem Anschlag 60 und dem Träger 56 ein Reflektor (nicht dargestellt) vorhanden sein, der einen großen Abstand zur Membran 20 und wenigstens einen Druckausgleichskanal (nicht dargestellt) aufweist. Dabei kann der Reflektor als Teil des Trägers 56 ausgebildet sein. Der wenigstens eine Druckausgleichskanal verbindet einen an die Membran 20 und den Anschlag 60 angrenzenden Hohlraum mit einem an den Anschlag 60 und den Reflektor angrenzenden Hohlraum. Durch eine geeignete Wahl des zwischen der Membran 20 und dem Reflektor bestehenden Abstands und der Reflektorgestaltung kann erreicht werden, dass sich rückwärts gerichtete Schallwellen derartig konstruktiv überlagern, dass sich eine Richtcharakteristik des Sensors 10 zumindest für eine ausgewählte Raumrichtung intensiviert. Dabei werden die rückwärts gerichteten Schallwellen von der schwingenden Membran 20 und/oder dem schwingenden Elektro-Akustik-Wandler 30 erzeugt und breiten sich von der Membran 20 zum Träger 56 aus. Ferner kann durch eine Wahl einer Anzahl und einer Gestaltung des wenigstens einen Druckausgleichskanals einen Ausbereitungsraum der rückwärts gerichteten Schallwellen bis hin zu dem Reflektor erweitert werden. Bevorzugt kann der Anschlag 60 in Form eines Gitters ausgebildet sein, dessen Öffnungen den wenigstens einen Druckausgleichskanal bilden. In einem solchen Fall wird ein an das Gitter und den Reflektor angrenzender Hohlraum akustisch mitbenutzt, da sich die rückwärts gerichteten Schallwellen auch in diesem Hohlraum ausbereiten können. For example, in the housing 50 between the stop 60 and the carrier 56 a reflector (not shown) may be provided which is a long distance from the diaphragm 20 and at least one pressure equalization channel (not shown). In this case, the reflector as part of the carrier 56 be educated. The at least one pressure equalization channel connects one to the membrane 20 and the stop 60 adjacent cavity with one at the stop 60 and the reflector adjacent cavity. By a suitable choice of between the membrane 20 and the reflector existing distance and the reflector design can be achieved that superimposed backward sound waves such constructive that a directional characteristic of the sensor 10 intensified at least for a selected spatial direction. The backward sound waves from the oscillating membrane 20 and / or the oscillating electro-acoustic transducer 30 generated and spread from the membrane 20 to the carrier 56 out. Furthermore, by selecting a number and a design of the at least one pressure equalization channel, a preparation space of the backward sound waves can be extended all the way to the reflector. Preferably, the stop 60 be formed in the form of a grid whose openings form the at least one pressure equalization channel. In such a case, an adjacent to the grid and the reflector cavity is acoustically shared, since the backward sound waves can also prepare in this cavity.
Der Elektro-Akustik-Wandler 30, der beispielsweise in Form einer flachen Scheibe ausgebildet ist, wird nach seiner Fertigstellung und vor seiner Befestigung an der Membran 20 zunächst beispielsweise mittels Sauger transportiert und positioniert und anschließenden mit dem Dämpfstoff, aus dem das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 43, 44 ausgebildet werden soll, versehen. Zum Ausbilden von mehreren Dämpfelementen 41, 42, 43, 44 wird der Dämpfstoff nur in vorbestimmten, voneinander beabstandeten Flächenabschnitten der zweiten Fläche des Elektro-Akustik-Wandlers 30 aufgetragen.The electro-acoustic converter 30 , which is formed, for example, in the form of a flat disc, after its completion and before its attachment to the membrane 20 initially transported and positioned, for example, by suction and then with the damping material from which the at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 should be formed provided. For forming a plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 the damping material is only in predetermined, spaced-apart surface portions of the second surface of the electro-acoustic transducer 30 applied.
Ein Auftragen des Dämpfstoffs kann beispielsweise mittels Druckens, insbesondere mittels Siebdruckens, erfolgen. Bei Verwendung von Siebdrucken zum Auftragen des Dämpfstoffs kann Position und Menge des aufzutragenden Dämpfstoffs genau kontrolliert werden. Wenn der Dämpfstoff ein heutzutage üblich verwendeter Dämpfstoff ist, so muss der aufgetragene Dämpfstoff vor einer Befestigung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 an der Membran 20 einem thermischen Prozess unterzogen werden, damit der Dämpfstoff ausreifen kann.An application of the damping material can be done for example by means of printing, in particular by screen printing. When using screen printing to apply the damping agent, the position and amount of the damping agent to be applied can be precisely controlled. If the damping agent is a commonly used today Dämpfstoff, so the applied damping material before attachment of the electro-acoustic transducer 30 on the membrane 20 be subjected to a thermal process so that the damping material can mature.
Ein Befestigen des Dämpfstoffs an dem Elektro-Akustik-Wandler 30 kann beispielsweise auch durch ein chemisches Verbinden, insbesondre durch Kleben, und/oder durch ein mechanisches Verbinden, insbesondere durch Klemmen, erfolgen. Wie zuvor schon angedeutet, wird der Elektro-Akustik-Wandler 30 zumindest an Stellen, an denen der Elektro-Akustik-Wandler 30 direkt mit der Membran 20 verbunden werden soll, nicht mit dem Dämpfstoff versehen.Attaching the Dämpfstoffs to the electro-acoustic transducer 30 For example, by a chemical bonding, in particular by gluing, and / or by a mechanical connection, in particular by clamping, take place. As previously indicated, the electro-acoustic transducer 30 at least in places where the electro-acoustic transducer 30 directly with the membrane 20 should be connected, not provided with the Dämpfstoff.
Das Auftragen des Dämpfstoffs ist ein herausfordernder Fertigungsschritt. Wenn sich der Dämpfstoff nicht wie erwartet mit dem Elektro-Akustik-Wandler 30 verbindet und der Elektro-Akustik-Wandler 30 in den akustischen Sensor 10 eingebaut wird, ist der Sensor 10 zusammen mit darin enthaltenen fehlerfreien Komponenten nicht mehr verwendbar und müssen entsorgt werden. Solche fehlerfreie Komponenten können beispielsweise das lackierte Gehäuse 50, eine Leiterplatte mit einer elektrischen Signalverarbeitung und ein weiteres Gehäuse mit Steckern umfassen. Kann ein solcher Mangel schon vor einem Einbauen der Membran 20 in den Sensor 10 erkannt werden, können erhebliche Entsorgungskosten gespart werden.The application of the Dämpfstoffs is a challenging production step. If the muffler does not work as expected with the electro-acoustic transducer 30 connects and the electro-acoustic converter 30 in the acoustic sensor 10 is installed, is the sensor 10 together with the faultless components contained therein no longer usable and must be disposed of. Such error-free components can, for example, the painted housing 50 , a printed circuit board with an electrical signal processing and another housing with plugs. Can such a defect even before installing the membrane 20 in the sensor 10 be recognized, significant disposal costs can be saved.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird in dem wenigstens einen Dämpfelement 41, 42, 43, 44 wenigstens ein elektrisch leitendes Element, über das der Elektro-Akustik-Wandler 30 elektrisch kontaktiert werden kann, eingebracht. Dies kann durch ein Einlassen eines elektrisch leitenden Materials insbesondere in Form von feinen Drähten in den Dämpfstoff geschehen. Dabei kann vor dem Auftragen des Dämpfstoffs eine mit Elektroden versehene Piezokeramik des Elektro-Akustik-Wandlers 30 durch die feinen Drähte dadurch elektrisch kontaktiert werden, dass die Piezokeramik mit einem Ende eines jeden feinen Drahts beispielsweise durch Löten oder thermo-kompressives Schweißen elektrisch verbunden wird. Während des Auftragens des Dämpfstoffs kann ein weiteres Ende jedes feinen Drahts geeignet geführt werden. Nach einem Positionieren des Dämpfstoffs können die weiteren Enden der feinen Drähte geeignet fixiert werden, so dass an ihnen die elektrische Signalverarbeitung nach dem Befestigen des Elektro-Akustik-Wandlers 30 an der Membran 20 angeschlossen werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Dämpfstoff um die befestigten feinen Drähte aufgetragen oder neben den feinen Drähten zumindest fixiert beziehungsweise geklebt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Dämpfstoff eingeklemmt werden. According to the first embodiment, in the at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 at least one electrically conductive element via which the electro-acoustic transducer 30 electrically contacted, introduced. This can be done by taking an electrically conductive material, in particular in the form of fine wires in the damping material. In this case, before the application of the Dämpfstoffs provided with an electrode piezoceramic of the electro-acoustic transducer 30 be electrically contacted by the fine wires, that the piezoceramic is electrically connected to one end of each fine wire, for example by soldering or thermo-compressive welding. During application of the damping material, another end of each fine wire may be suitably guided. After positioning the damping material, the other ends of the fine wires can be suitably fixed, so that they have the electrical signal processing after attaching the electro-acoustic transducer 30 on the membrane 20 can be connected. This can be done, for example, by applying the damping material around the attached fine wires or at least fixing or gluing it next to the fine wires. Alternatively or additionally, the damping material can be trapped.
Wenn der Dämpfstoff nach dem Auftragen einem thermischen Prozess unterzogen werden muss, damit ein Ausreifen des Dämpfstoffs erfolgen kann, können die feinen Drähte zumindest zu einem Beginn des Ausreifens über dem Dämpfstoff mit geeigneten Halterungen gehalten werden. Der ausreifende Dämpfstoff übernimmt mit zunehmendem Ausreifen die Aufgabe der Positionierung der feinen Drähte. Beispielsweise kann eine Position der Halterungen, mittels derer die feinen Drähte während des Ausreifens gehalten werden, kurz bevor der Dämpfstoff an seiner Oberfläche hautförmig wird, derartig geändert werden, dass die feinen Drähte von der Oberfläche des Dämpfstoffs aufgenommen werden können. Dabei können sich die feinen Drähte in die Oberfläche des Dämpfstoffs einschneiden. Auf diese Weise kann der Dämpfstoff auch die Funktion eines Leitgummis übernehmen. Die feinen Drähte können beispielsweise aus Gold ausgebildet sein.If, after application, the damping material has to be subjected to a thermal process in order to allow the damping material to mature, the fine wires can be held with suitable holders at least at the beginning of the expansion over the damping material. The maturing Dämpfstoff takes over with increasing maturation, the task of positioning the fine wires. For example, a position of the brackets by which the fine wires are held during ripening just before the cushion becomes skin-shaped on its surface may be changed so that the fine wires can be picked up from the surface of the cushion. In this case, the fine wires can cut into the surface of the Dämpfstoffs. In this way, the damping material can also take over the function of a conductive rubber. The fine wires may be formed, for example, of gold.
Wenn in dem Dämpfstoff geeignete Durchführungen vorgesehen werden, kann die Piezokeramik des Elektro-Akustik-Wandlers 30 auch nach dem Auftragen des Dämpfstoffs elektrisch kontaktiert werden.If suitable bushings are provided in the damping material, the piezoceramic of the electro-acoustic transducer 30 be electrically contacted after the application of the damping material.
Bei Verwendung von geeigneten Auftragsverfahren, wie zum Beispiel Siebdrucken, können anspruchsvolle und verschiedenartige Materialien ausgewählt werden, die nicht nur vollflächig sondern auch teilflächig auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 aufgetragen werden können. Folglich kann der Dämpfstoff aus solchen Materialien bestehen und mittels der zuvor genannten Auftragsverfahren, insbesondere mittels Siebdruckens, beispielsweise streifenförmig und/oder punktförmig als Noppen mit frei gestaltbarem Abstand zwischen einzelnen der mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 aufgetragen werden. Auf diese Weise können Eigenschaften der mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 vielseitig eingestellt werden. Solche Eigenschaften können beispielweise einen Einfluss der mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 auf einen Verlauf einer auf die Membran 20 flächig wirkenden Kraft beziehungsweise einen Einfluss auf einen Verlauf einer Kraft umfassen, die bei einer von der Membran 20 verursachten Dämpfung eines einschlagenden Steins auftritt. So könnte man ungünstige Verläufe der zuvor genannten Kräfte durch Simulation bestimmen und die Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 in Abhängigkeit von den bestimmten Verläufen und von relevanten Parametern des akustischen Sensors 10 positionieren. Beispielsweise umfassen die relevanten Parameter Ausmaße, Elastizitätsmodule und Materialparameter der Membran 20, des Elektro-Akustik-Wandlers 30 und/oder des Anschlags 60. Beispielsweise umfassen die ungünstigen Verläufe statistisch am häufigsten vorkommende Verläufe von Kräften, die auf die Membran bei schädigenden Steineinschlägen wirken. In einem solchen Fall sind die mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 derartig vorgesehen, dass bei keinem Steineinschlag zulässige Grenzwerte von Sensorparametern verletzt werden. So kann der Dämpfstoff in Bereichen, in denen der Elektro-Akustik-Wandler 30 durch die Membran 20 nicht besonders gut geschützt wird, weil die Membran 20 dort zum Beispiel sehr dünn ist oder geringe Massenträgheitsmomente bei Steinschlägen aufweist, dichter als in anderen Bereichen aufgetragen werden. When using suitable application methods, such as screen printing, demanding and diverse materials can be selected, not only the entire surface but also part of the area on the electro-acoustic transducer 30 can be applied. Consequently, the damping material may consist of such materials and by means of the aforementioned application method, in particular by screen printing, for example, strip-shaped and / or punctiform as knobs with free formable distance between each of the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 be applied. In this way, properties of the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 be set versatile. Such properties can, for example, an influence of the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 on a course one on the membrane 20 flat acting force or an influence on a course of a force that at one of the membrane 20 caused damping of a striking stone occurs. So you could determine unfavorable gradients of the aforementioned forces by simulation and the damping elements 41 . 42 . 43 . 44 depending on the particular gradients and relevant parameters of the acoustic sensor 10 position. For example, the relevant parameters include dimensions, elastic moduli and material parameters of the membrane 20 , the electro-acoustic transducer 30 and / or the stop 60 , For example, the unfavorable courses statistically comprise the most frequently occurring courses of forces which act on the membrane in the case of damaging stone impacts. In such a case, the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 provided in such a way that permissible limit values of sensor parameters are not violated in any rockfall. So can the Dämpfstoff in areas, in which the electro-acoustic converter 30 through the membrane 20 not particularly well protected, because the membrane 20 There, for example, is very thin or has low moments of inertia in rockfalls, are applied more densely than in other areas.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann ein Verlauf einer Kraft, die von dem Anschlag 60 über die Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 auf die Membran 20 und/oder auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 übertragen wird, eingestellt werden. Dabei wird der Verlauf dieser Kraft in Abhängigkeit von der entlang der vordefinierten Richtung x1 vorkommenden und zuvor auch als Hub bezeichneten Auslenkung der Membran 20 und/oder des Elektro-Akustik-Wandlers 30 eingestellt. Dies kann durch eine Gestaltungsart der mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 geschehen. According to the first embodiment, a course of a force coming from the stop 60 via the damping elements 41 . 42 . 43 . 44 on the membrane 20 and / or on the electro-acoustic transducer 30 will be set. The course of this force is dependent on the along the predefined direction x1 occurring and previously also referred to as stroke deflection of the membrane 20 and / or the electro-acoustic transducer 30 set. This can be achieved by a design of the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 happen.
Die mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 können zum Beispiel ein erstes Dämpfelement 41, ein zweites Dämpfelement 42, ein drittes Dämpfelement 43 und ein viertes Dämpfelement 44 umfassen. Das erste Dämpfelement 41 ist aus einem weichen Dämpfstoff mit konstantem Elastizitätsmodul ausgebildet, ist kegelförmig und weist entlang der vordefinierten Richtung x1 eine Höhe auf, die sich von der Membran 20 bis zum Anschlag 60 erstreckt. Das zweite Dämpfelement 42 ist quaderförmig und weist entlang der vordefinierten Richtung x1 eine kleinere Höhe als das erste Dämpfelement 41 auf. Das dritte Dämpfelement 43 und das vierte Dämpfelement 44 sind untereinander gleich ausgebildet, jeweils noppenförmig und weisen entlang der vordefinierten Richtung x1 jeweils eine kleinere Höhe als das erste und das zweite Dämpfelement 41, 42 auf.The several damping elements 41 . 42 . 43 . 44 For example, a first damping element 41 , a second damping element 42 , a third damping element 43 and a fourth damping element 44 include. The first damping element 41 is made of a soft cushioning material with constant modulus of elasticity, is conical and has along the predefined direction x1 a height that extends from the diaphragm 20 until the stop 60 extends. The second damping element 42 is cuboid and has along the predefined direction x1 a smaller height than the first damping element 41 on. The third damping element 43 and the fourth damping element 44 are identical to each other, each knob-shaped and have along the predefined direction x1 each have a smaller height than the first and the second damping element 41 . 42 on.
Wenn der Elektro-Akustik-Wandler 30 sich entlang der ersten Richtung x1 bewegt, so wird seine Bewegung zunächst nur durch das erste Dämpfelement 41 gedämpft. Dies geschieht aufgrund der Höhe des ersten Dämpfelements 41. Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine Kraft, die zur Kompression eines Dämpfelements erforderlich ist, das kegelförmig ist und aus weichem Dämpfstoff mit konstantem Elastizitätsmodul ausgebildet ist, aufgrund der Form dieses Dämpfelements überproportional zunimmt. Das bedeutet, dass eine von dem Anschlag 60 über das erste Dämpfelement 41 auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 übertragene erste Kraft mit zunehmender Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 entlang der vordefinierten Richtung x1 zunimmt. Folglich wird die Bewegung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 umso stärker durch das erste Dämpfelement 41 gedämpft, umso größer die Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 entlang der vordefinierten Richtung x1 ist.When the electro-acoustic converter 30 moves along the first direction x1, so its movement is initially only by the first damping element 41 attenuated. This happens due to the height of the first damping element 41 , It should be noted that a force that is required for the compression of a damping element that is cone-shaped and made of soft damping material with a constant modulus of elasticity increases disproportionately due to the shape of this damping element. That means one of the stop 60 over the first damping element 41 on the electro-acoustic transducer 30 transmitted first force with increasing deflection of the electro-acoustic transducer 30 increases along the predefined direction x1. Consequently, the movement of the electro-acoustic transducer becomes 30 all the more by the first damping element 41 attenuated, the greater the deflection of the electro-acoustic transducer 30 along the predefined direction x1.
Wenn die Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 entlang der vordefinierten Richtung x1 weiter zunimmt und einen ersten Auslenkungsgrenzwert überschreitet, wird die Bewegung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 zusätzlich auch von dem quaderförmigen zweiten Dämpfelement 42 gedämpft. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der Höhe und einer Form des zweiten Dämpfelements 42 eine von dem Anschlag 60 über das zweite Dämpfelement 42 auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 übertragene zweite Kraft einen Verlauf aufweist, der von der Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 abhängig ist und sich gegenüber dem Verlauf der ersten Kraft unterscheidet. When the deflection of the electro-acoustic transducer 30 increases along the predefined direction x1 and exceeds a first deflection limit, the movement of the electro-acoustic transducer 30 in addition, also from the cuboid second damping element 42 attenuated. It should be noted that due to the height and a shape of the second damping element 42 one from the stop 60 over the second damping element 42 on the electro-acoustic transducer 30 transmitted second force has a course that of the deflection of the electro-acoustic transducer 30 is dependent and different from the course of the first force.
Bei Betrachtung eines Verhältnisses zwischen den Höhen der mehreren Dämpfelemente 42, 42, 43, 44 wird deutlich, dass die noppenförmigen Dämpfelemente 43, 44, das heißt, das dritte und das vierte Dämpfelement 43, 44, erst dann zum Einsatz kommen, wenn die Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 entlang der vordefinierten Richtung x1 sehr groß ist. Hier zu berücksichtigen ist, dass aufgrund der Höhe und einer Form der noppenförmigen Dämpfelemente 43, 44 eine von dem Anschlag 60 über die noppenförmigen Dämpfelemente 43, 43 auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 übertragene dritte Kraft einen Verlauf aufweist, der von der Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 abhängig ist und sich gegenüber dem Verlauf der ersten und der zweite Kraft jeweils unterscheidet. Considering a ratio between the heights of the plurality of damping elements 42 . 42 . 43 . 44 it becomes clear that the knob-shaped damping elements 43 . 44 that is, the third and fourth damping members 43 . 44 , only be used when the deflection of the electro-acoustic transducer 30 along the predefined direction x1 is very large. It should be noted here that due to the height and a shape of the knob-shaped damping elements 43 . 44 one from the stop 60 over the knob-shaped damping elements 43 . 43 on the electro-acoustic transducer 30 transmitted third force has a course that of the deflection of the electro-acoustic transducer 30 depends on the course of the first and the second force respectively.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Auslenkung des Elektro-Akustik-Wandlers 30 gleich einer Auslenkung der Membran 20 ist, die diese in einem Bereich aufweist, in dem die Membran 20 mit dem Elektro-Akustik-Wandler 30 verbunden ist.It should be noted that the deflection of the electro-acoustic transducer 30 equal to a deflection of the membrane 20 is that it has in an area where the membrane 20 with the electro-acoustic transducer 30 connected is.
Zusammenfassend kann durch die Gestaltungsart der mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 eine entlang der vordefinierten Richtung x1 verlaufende Bewegung der Membran 20 in Abhängigkeit von der Auslenkung der Membran 20 (d. h. auslenkungsspezifisch) gedämpft werden. Dabei wird diese Bewegung der Membran 20 bei großen Auslenkungen stärker als bei kleinen Auslenkungen gedämpft. Auf diese Weise wird eine mechanische Kompression von mittels der Elektro-Akustik-Wandlers 30 bereitstellbaren elektrischen Signale und damit auch eine Reduktion seines Dynamikbereichs erreicht. In summary, by the design of the plurality of damping elements 41 . 42 . 43 . 44 a movement of the membrane along the predefined direction x1 20 depending on the deflection of the membrane 20 (ie deflection-specific) are attenuated. This movement of the membrane 20 At large deflections stronger attenuated than at small deflections. In this way, a mechanical compression of by means of the electro-acoustic transducer 30 available electrical signals and thus also achieved a reduction of its dynamic range.
Wenn der Dämpfstoff, aus dem die mehreren Dämpfelemente 41, 42, 43, 44 ausbildet werden sollen, mittels Siebdruckens auf den Elektro-Akustik-Wandler 30 aufgetragen wird, kann die Form und die Höhe jedes Dämpfelements 41, 42, 43, 44 durch Verwendung eines Siebs mit geeigneter Gestaltung erreicht werden. 2 zeigt ein erstes Sieb 70, das zum Erzeugen des ersten Dämpfelements 41 verwendbar ist. Das erste Sieb 70 umfasst einen Sperrbereich 71 und eine Sieböffnung 72. Der Sperrbereich 71 ist aus kreisförmig angeordneten Dreiecken ausgebildet, die zu einem Zentrum des Siebes 70 hin nicht miteinander verbunden sind. Aus der 2 ist ersichtlich, dass eine Kontur von Dämpfelementen, die mittels des ersten Siebes 70 erzeugt werden, von einem Kantenverlauf der kreisförmig angeordneten Dreiecke abhängig ist. Wenn der Kantenverlauf der kreisförmig angeordneten Dreiecke andersartig wäre, so würde ein Dämpfstoff auch anders durch das erste Sieb 70 geformt werden. Folglich würde auch die Kontur der mittels des ersten Siebes 70 erzeugten Dämpfelemente auch anders verlaufen. If the damping material from which the multiple damping elements 41 . 42 . 43 . 44 be formed by screen printing on the electro-acoustic transducer 30 can be applied, the shape and height of each damping element 41 . 42 . 43 . 44 be achieved by using a sieve of suitable design. 2 shows a first sieve 70 that for creating the first damping element 41 is usable. The first sieve 70 includes a restricted area 71 and a sieve opening 72 , The restricted area 71 is made up of circular triangles that form a center of the screen 70 are not connected. From the 2 It can be seen that a contour of damping elements, by means of the first sieve 70 are generated, is dependent on an edge course of the circularly arranged triangles. If the edge course of the circularly arranged triangles were different, then a damping material would also be different through the first sieve 70 be formed. Consequently, the contour would also be that of the first sieve 70 produced damping elements also run differently.
2 zeigt ferner ein zweites Sieb 80, das zum Erzeugen des zweiten Dämpfelementes 42 verwendbar ist. Das erste Sieb umfasst mehrere Sperrbereiche 81 und mehrere rechteck-förmige Sieböffnungen 82 auf. 2 zeigt weiterhin ein drittes Sieb 90, das zum Erzeugen des dritten und des vierten Dämpfelements 43, 44 verwendbar ist. Das dritte Sieb 90 umfasst Sperrbereiche 91 und eine Sieböffnung 92 auf. Beispielsweise kann das dritte Sieb 90 noch eine weitere Siebstruktur (nicht dargestellt) aufweisen, durch die ihre Sieböffnung 92 verengt wird. Bei Verwendung der weiteren Siebstruktur könnten mittels des dritten Siebs 90 noppenförmige Dämpfelemente mit sehr kleiner Höhe erzeugt werden. 2 further shows a second sieve 80 that for generating the second damping element 42 is usable. The first sieve comprises several stop areas 81 and several rectangular-shaped sieve openings 82 on. 2 also shows a third sieve 90 that for producing the third and the fourth damping element 43 . 44 is usable. The third sieve 90 includes restricted areas 91 and a sieve opening 92 on. For example, the third sieve 90 have yet another screen structure (not shown), through which their sieve opening 92 is narrowed. Using the further screen structure could by means of the third sieve 90 knob-shaped damping elements are produced with very small height.
Die Ausmaße des wenigstens einen Dämpfelements 41, 42, 43, 44 richten sich bevorzugt nach zu erfüllenden Erfordernissen an eine Funktionalität des akustischen Sensors 10 und sind jedoch meist durch technische Grenzen eines für den Dämpfstoff verwendeten Auftragsverfahrens begrenzt. Solche technische Grenzen umfassen beispielsweise minimale Abmessungen einer mittels Siebdruckens erzeugbaren Struktur oder eine Elastizität des noch nicht ausgereiften Dämpfstoffs. The dimensions of the at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 are preferred according to requirements to be met to a functionality of the acoustic sensor 10 and are, however, usually limited by technical limitations of a coating method used for the damping material. Such technical limits include, for example, minimum dimensions of a structure that can be produced by screen printing or an elasticity of the not yet perfected damping material.
Beispielsweise kann das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 43, 44 auch jeweils flächig ausgebildet sein und durch Kleben an dem Elektro-Akustik-Wandler 30 befestigt werden. In einem solchen Fall kann das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 43, 44 unabhängig von dem Elektro-Akustik-Wandler 30 erzeugt und einem Qualitätstest unterzogen werden. For example, the at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 each also be formed flat and by gluing to the electro-acoustic transducer 30 be attached. In such a case, the at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 independent of the electro-acoustic transducer 30 produced and subjected to a quality test.
Wenn das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 42, 43 mittels Siebdrucken erzeugt wird, erfolgen sowohl das Auftragen als auch das Ausreifen des Dämpfstoffs bevorzugt vor dem Befestigen des Elektro-Akustik-Wandlers 30 an der Membran 20. Wenn das wenigstens eine Dämpfelement 41, 42, 43, 44 in Form eines Leitgummis hergestellt wird, erfolgt ein Einbringen der feinen Drähte in den Dämpfstoff und ein elektrisches Kontaktieren der Piezokeramik des Elektro-Akustik-Wandlers 30 über die feinen Drähte bevorzugt vor dem Befestigen des Elektro-Akustik-Wandlers 30 an der Membran 20. In solchen Fällen kann der Elektro-Akustik-Wandler 30 mit den daran befestigten Dämpfelementen 41, 42, 43, 44 einem Qualitätstest unterzogen werden, bevor hohe Kosten für eine Fertigstellung des akustischen Sensors 10 entstehen. Der Qualitätstest kann ein Testen von elektrischen Eigenschaften des elektrisch kontaktierten Elektro-Akustik-Wandlers 30 umfassen, das durch Analysieren eines Frequenzverlaufs und/oder eines Zeitverlaufs einer Anregung mit einem Zeitsignal geschieht. Das Analysieren erfolgt insbesondere während eines Ausschwingens des Elektro-Akustik-Wandlers 30. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Frequenzverlauf eine Transformierte des Zeitverlaufs ist.If that at least one damping element 41 . 42 . 42 . 43 is produced by screen printing, both the application and the maturation of the damping preferably carried out before attaching the electro-acoustic transducer 30 on the membrane 20 , If that at least one damping element 41 . 42 . 43 . 44 is produced in the form of a conductive rubber, there is an introduction of the fine wires in the damping material and an electrical contacting of the piezoceramic of the electro-acoustic transducer 30 preferred over the fine wires before attaching the electro-acoustic transducer 30 on the membrane 20 , In such cases, the electro-acoustic transducer 30 with the damping elements attached thereto 41 . 42 . 43 . 44 be subjected to a quality test before high costs for a completion of the acoustic sensor 10 arise. The quality test may include testing electrical properties of the electrically contacted electro-acoustic transducer 30 which is done by analyzing a frequency response and / or timing of excitation with a time signal. The analysis takes place in particular during a swinging out of the electroacoustic converter 30 , It should be noted that the frequency response is a transform of the time course.
3 zeigt einen akustischen Sensor 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der akustische Sensor 100 umfasst eine Membran 120 mit einer schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 125, einen ersten Elektro-Akustik-Wandler 130 und einen zweiten Elektro-Akustik-Wandler 135. Der Sensor 10 umfasst ferner ein Gehäuse 150, das mittels der Membran 120 abgedeckt ist. Dabei umfasst das Gehäuse 150 einen Träger 156, der gegenüber der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 125 der Membran 120 liegt. Jeder Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 weist eine direkt an der Membran 120 befestigte erste Fläche auf. Jeder Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 ist ferner in einem Randbereich einer dem Träger 156 zugewandten Fläche der Membran 120 angeordnet, der gegenüber einem Randbereich der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 125 liegt. 3 shows an acoustic sensor 100 according to a second embodiment of the invention. The acoustic sensor 100 includes a membrane 120 with a sound radiating and receiving surface 125 , a first electro-acoustic transducer 130 and a second electro-acoustic transducer 135 , The sensor 10 further comprises a housing 150 that by means of the membrane 120 is covered. In this case, the housing includes 150 a carrier 156 , the opposite of the sound radiating and receiving surface 125 the membrane 120 lies. Every electro-acoustic converter 130 . 135 has one directly on the membrane 120 attached first surface. Every electro-acoustic converter 130 . 135 is also in an edge region of the carrier 156 facing surface of the membrane 120 disposed opposite to an edge portion of the sound radiating and receiving surface 125 lies.
Beispielsweise können die beiden Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 auch aneinander angrenzende Teile eines einzelnen Elektro-Akustik-Wandlers sein, der sich entlang des Randbereichs der dem Träger 156 zugewandten Fläche der Membran 120 erstreckt. Alternativ oder zusätzlich können die Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 jeweils aus Piezokeramik ausgebildet sein und über einen zwischen der Membran 120 und dem Träger 156 angeordneten und aus Piezokeramik ausgebildeten Überbrückungsbereich 136 miteinander verbunden sein. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein aus den beiden Elektro-Akustik-Wandlern 130, 135 und dem Überbrückungsbereich 136 ausgebildetes Piezokeramikelement eine parallel zu der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 125 der Membran 120 verlaufende Länge aufweist, die größer als eine entsprechende Länge der beiden Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 ist. Da eine Längenänderung von Piezokeramik proportional mit ihrer Länge ist, ist auch eine Längenänderung des aus den beiden Elektro-Akustik-Wandlern 130, 135 und dem Überbrückungsbereich 136 ausgebildeten Piezokeramikelements größer als eine Längenänderung der beiden Elektro-Akustik-Wandler 130, 135.For example, the two electro-acoustic transducers 130 . 135 Also contiguous parts of a single electro-acoustic transducer, along the edge region of the carrier 156 facing surface of the membrane 120 extends. Alternatively or additionally, the electro-acoustic transducers 130 . 135 each be formed of piezoceramic and one between the membrane 120 and the carrier 156 arranged and formed of piezoceramic bypass region 136 be connected to each other. It should be noted that one of the two electro-acoustic transducers 130 . 135 and the bridging area 136 formed Piezokeramikelement a parallel to the sound-emitting and -aufnehmenden surface 125 the membrane 120 extending length, which is greater than a corresponding length of the two electro-acoustic transducer 130 . 135 is. Since a change in length of piezoceramic is proportional to their length, is also a change in length of the two electro-acoustic transducers 130 . 135 and the bridging area 136 formed piezoceramic element greater than a change in length of the two electro-acoustic transducer 130 . 135 ,
Ferner weist der erste Elektro-Akustik-Wandler 130 eine der Membran 120 abgewandte zweite Fläche auf, an der ein aus einem Dämpfstoff ausgebildetes Dämpfelement 141 befestigt ist. Der zweite Elektro-Akustik-Wandler 135 weist auch eine der Membran 120 abgewandte zweite Fläche auf, an der ein aus einem Dämpfstoff ausgebildetes Dämpfelement 142 befestigt ist. Dabei grenzt jedes Dämpfelement 141, 142 an einem Randbereich einer der Membran 120 zugewandten Fläche des Trägers 156 unmittelbar an.Further, the first electro-acoustic transducer 130 one of the membrane 120 facing away from the second surface on which a damping element formed from a damping element 141 is attached. The second electro-acoustic converter 135 also has one of the membrane 120 facing away from the second surface on which a damping element formed from a damping element 142 is attached. Each damper element is adjacent 141 . 142 at an edge region of one of the membrane 120 facing surface of the carrier 156 immediately.
Jeder Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 kann aus Piezokeramikfolien ausgebildet sein oder mittels Trockenprozess-Technik hergestellt werden. Ferner kann jeder Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 eine sich parallel zu einer vordefinierten Richtung x2 erstreckende Dicke aufweisen, die etwa 0,2·10–3 m beträgt. Dabei verläuft die vordefinierte Richtung x2 von der Membran 120 zum Träger 156 hin. Ferner kann der akustische Sensor 100 eine parallel zu der schallabstrahlenden und -aufnehmenden Fläche 125 der Membran 120 verlaufende Ausdehnung aufweisen, die 16·10–3 m beträgt.Every electro-acoustic converter 130 . 135 can be formed from piezoceramic films or produced by dry process technology. Furthermore, any electro-acoustic transducer 130 . 135 have a thickness extending parallel to a predefined direction x2, which is about 0.2 × 10 -3 m. The predefined direction x2 runs from the membrane 120 to the carrier 156 out. Furthermore, the acoustic sensor 100 one parallel to the sound radiating and receiving surface 125 the membrane 120 extending extent, which is 16 x 10 -3 m.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird durch den Träger 156 ein Anschlag 156 gebildet. Der Anschlag 156 ist dazu vorgesehen, einen auch als Auslenkung bezeichneten Hub der Membran 120, der in der vordefinierten Richtung x2 verläuft, zumindest dann zu begrenzen, wenn dieser einen vordefinierten Hubgrenzwert überschreitet. Der vordefinierte Hubgrenzwert stimmt mit einer maximal gewünschten Auslenkung der Membran 120 überein, die bei einer funktionsbedingten Schwingung vorkommen sollte. Beispielsweise kann eine der Membran 120 zugewandte Fläche des Trägers 156, durch die eine Begrenzung des zuvor genannten Hubs unmittelbar erfolgt, eine Vertiefung 157 aufweisen. Die maximal gewünschte Auslenkung der Membran 120 kann beispielsweise 10·10–6 m betragen.According to the second embodiment is by the carrier 156 an attack 156 educated. The stop 156 is intended, a also referred to as deflection stroke of the membrane 120 , which runs in the predefined direction x2, at least then limit, if this one exceeds the predefined lifting limit. The predefined stroke limit value coincides with a maximum desired deflection of the diaphragm 120 match, which should occur at a function-related oscillation. For example, one of the membrane 120 facing surface of the carrier 156 , by which a limitation of the aforementioned stroke takes place directly, a depression 157 exhibit. The maximum desired deflection of the membrane 120 may for example be 10 x 10 -6 m.
Weiterhin kann der Träger 156 beispielsweise als eine aus schallhartem Material ausgebildete Leiterplatte mit einer sich parallel zu der vordefinierten Richtung x2 erstreckenden Dicke von etwa 2·10–3 m ausgebildet sein. Furthermore, the carrier 156 For example, be formed as a soundproof material formed circuit board with a parallel to the predefined direction x2 extending thickness of about 2 · 10 -3 m.
Beispielsweisel kann das Gehäuse 150 eine sich parallel zu der vordefinierten Richtung x2 erstreckende Höhe aufweisen, die deutlich über die zuvor angegebene Dicke der Leiterplatte von etwa 2·10–3 liegt. In einem solchen Fall kann ein von der Membran 120 und dem Gehäuse 150 begrenzter Innenraum 115 des Sensors 100 so groß sein, dass der Innenraum 115 beispielsweise zum Aufnehmen eines Transformators und von Steckern geeignet ist. For example, the housing 150 have a parallel to the predefined direction x2 extending height, which is well above the previously indicated thickness of the circuit board of about 2 x 10 -3 . In such a case, one of the membrane 120 and the housing 150 limited interior 115 of the sensor 100 be so great that the interior 115 for example, suitable for receiving a transformer and plugs.
Der Sensor 100 umfasst einen sich in dem von der Membran 120 und dem Gehäuse 150 begrenzten Innenraum 115 befindlichen Hohlraum, der an den Träger 156 angrenzt, mit Luft befüllt ist und als Federelement, insbesondere als Luftfeder, mit einer vordefinierte Federkonstante wirkt. In einem Fall, in dem sich in dem Innenraum keine weiteren Komponenten des Sensors 100 befinden, stimmt der Innenraum 115 des Sensors 10 mit dem Hohlraum überein. The sensor 100 includes a in which of the membrane 120 and the housing 150 limited interior 115 cavity located on the support 156 adjacent, is filled with air and acts as a spring element, in particular as an air spring, with a predefined spring constant. In a case where there are no other components of the sensor in the interior 100 the interior is right 115 of the sensor 10 coincide with the cavity.
Beispielsweise kann die Membran 120 eine derartige Verjüngung 126 aufweisen, dass eine sich senkrecht auf die schallabstrahlende und -aufnehmende Fläche 125 der Membran 120 erstreckende Dicke der Membran 120 entlang einer von dem Randbereich dieser Fläche 125 zu einem geometrischen Zentrum derselben Fläche 125 zunächst konstant bleibt und dann kontinuierlich abnimmt. In einem solchen Fall grenzen der Innenraum 115 und folglich auch der Hohlraum an einen Bereich der Membran 120, in dem die Verjüngung 126 vorkommt, und an den Träger 156 unmittelbar an. For example, the membrane 120 such a rejuvenation 126 have a perpendicular to the sound radiating and receiving surface 125 the membrane 120 extending thickness of the membrane 120 along one of the edge region of this surface 125 to a geometric center of the same area 125 initially remains constant and then decreases continuously. In such a case, the interior border 115 and hence also the cavity to a region of the membrane 120 in which the rejuvenation 126 occurs and to the wearer 156 immediately.
Beispielsweise kann wenigstens ein Druckausgleichskanal 158 in dem Träger 156 vorgesehen sein, der jeweils ein an den Hohlraum angrenzendes offenes erstes Ende und ein an eine Außenumgebung des Sensors 100 angrenzendes zweites offene Ende aufweist. Bevorzugt verengt sich der wenigstens eine Druckausgleichskanal 158 jeweils in einer von seinem ersten Ende zu seinem zweiten Ende verlaufende Richtung. Ferner kann der wenigstens eine Druckausgleichskanal 158 jeweils mittels eines üblichen Verfahrens, wie Stanzen oder Bohren, oder aber mittels Lasern in den Träger 156 eingebracht werden.For example, at least one pressure equalization channel 158 in the carrier 156 be provided, each having an opening adjacent to the cavity open first end and to an external environment of the sensor 100 having adjacent second open end. The at least one pressure equalization channel preferably narrows 158 each in a direction extending from its first end to its second end. Furthermore, the at least one pressure equalization channel 158 in each case by means of a conventional method, such as stamping or drilling, or by means of lasers in the carrier 156 be introduced.
Wenn der Hohlraum über den wenigstens einen Druckausgleichskanal 158 nur beschränkt mit der Außenumgebung verbunden ist, wird ein Eindringen von Fremdstoffen in den Hohlraum verhindert. Dabei kann durch eine Wahl einer Anzahl und einer Form des wenigstens einen Druckausgleichskanals 158 die Federkonstante des Holraumes eingestellt werden. If the cavity via the at least one pressure equalization channel 158 only limited to the external environment, penetration of foreign substances into the cavity is prevented. In this case, by selecting a number and a shape of the at least one pressure equalization channel 158 the spring constant of the Holraumes be adjusted.
Ferner können in den Innenraum 115 des Sensors 100 weitere Dämpfelemente 127, 137 eingebracht werden. Dies kann insbesondere dann geschehen, wenn die Membran 120 verjüngt ist. Beispielsweise kann wenigstens ein weiteres Dämpfelement 127 an einer dem Träger 156 zugewandten Fläche der Membran 120 insbesondere durch Laminieren befestigt werden. Wenn die beiden Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 über den Überbrückungsbereich 136 miteinander verbunden sind, kann beispielsweise wenigstens ein weiteres Dämpfelement 137 an einer dem Träger 156 zugewandten Fläche des Überbrückungsbereichs 136 insbesondere durch Laminieren befestigt werden. Dabei kann jedes wenigstens eine weitere Dämpfstoffelement 127, 137 jeweils mehrere voneinander beabstandet angeordnete weitere Dämpfelemente 127, 137 umfassen. Insbesondere dann, wenn die Membran 120 verjüngt ist, kann durch eine Wahl einer Gestaltungsart des an der Membran 120 befestigten wenigstens einen weiteren Dämpfelements 127 erreicht werden, dass die entlang der vordefinierten Richtung x2 verlaufende Bewegung der Membran 120 bei kleinen Auslenkungen weniger als bei großen Auslenkungen gedämpft wird. Wenn infolge äußerer Kräfte, die beispielsweise bei einem Steineinschlag vorkommen, besonders starke Auslenkungen der Membran 120 auftreten, wird die entlang der vordefinierte Richtung x2 verlaufende Bewegung der Membran 120 durch den durch den Träger 156 gebildeten Anschlag 156 sehr intensiv gedämpft. Auf diese Weise kann eine Robustheit des akustischen Sensors 100 auch dann, wenn die Membran 120 verjüngt ist, aufrechterhalten werden.Furthermore, in the interior 115 of the sensor 100 further damping elements 127 . 137 be introduced. This can happen especially when the membrane 120 is rejuvenated. For example, at least one further damping element 127 at one of the carrier 156 facing surface of the membrane 120 in particular be attached by lamination. If the two electro-acoustic converters 130 . 135 over the bridging area 136 connected to each other, for example, at least one further damping element 137 at one of the carrier 156 facing surface of the bridging region 136 in particular be attached by lamination. In this case, each at least one further Dämpfstoffelement 127 . 137 in each case a plurality of spaced apart further damping elements 127 . 137 include. In particular, when the membrane 120 can be tapered by choosing a design style of the membrane 120 fastened at least one other damping element 127 be achieved, that along the predefined direction x2 extending movement of the membrane 120 is attenuated less with small deflections than with large deflections. If due to external forces, which occur for example in a rockfall, particularly strong deflections of the membrane 120 occur, the movement of the membrane along the predefined direction x2 120 by the one by the carrier 156 formed stop 156 very intense steamed. In this way, a robustness of the acoustic sensor 100 even if the membrane 120 is rejuvenated, maintained.
In einem Fall, in dem der sich in dem Innenraum 115 des Sensors 100 befindliche oder mit diesem übereinstimmende Hohlraum als Luftfeder wirkt und/oder in dem Innenraum 115 des Sensors 100 wenigstens ein weiteres Dämpfelement 127, 137 eingebracht ist, kann auf die Vertiefung 157 des den Anschlag 156 bildenden Trägers 156 verzichtet werden. In a case where in the interior 115 of the sensor 100 located or matching with this cavity acts as an air spring and / or in the interior 115 of the sensor 100 at least one further damping element 127 . 137 is introduced, can on the recess 157 of the stop 156 forming vehicle 156 be waived.
Ferner kann die Membran 120 durch eine formschlüssige Verbindung, insbesondere durch Verklemmen, an dem Gehäuse 150 befestigt werden. Dazu umfasst das Gehäuse 150 eine mechanische Aufnahme und die Membran 120 eine mechanische Vorrichtung, die an einem Rand der Membran 120 vorgesehen ist. Dabei ist die mechanische Vorrichtung der Membran 120 auf die mechanische Aufnahme des Gehäuses 150 abgestimmt und kann von dieser zum Bilden einer formschlüssigen Verbindung aufgenommen werden. Furthermore, the membrane 120 by a positive connection, in particular by jamming, on the housing 150 be attached. This includes the housing 150 a mechanical recording and the membrane 120 a mechanical one Device attached to one edge of the membrane 120 is provided. In this case, the mechanical device of the membrane 120 on the mechanical support of the housing 150 matched and can be absorbed by this to form a positive connection.
Beispielsweise kann die mechanische Aufnahme in einem an die strahlabstrahlende und -aufnehmende Fläche 125 der Membran 120 unmittelbar benachbarten Randbereich einer äußeren Seitenfläche des Gehäuses 150 angeordnet sein. In einem solchen Fall kann die mechanische Aufnahme eine Rauigkeit mit einer Unebenheitsgröße von beispielsweise 0,1·10–3 m oder Rasterungen, die untereinander in einem Abstand von beispielsweise 1·10–3 m angeordnet sind, oder ein Gewinde mit einer Steigung von beispielsweise mehr als 1·10–3 m aufweisen. Dabei kann die mechanische Aufnahme des Gehäuses 150 ferner ein Außengewinde und die mechanische Vorrichtung der Membran 120 ein Innengewinde umfassen. Ferner kann die mechanische Aufnahme des Gehäuses 150 eine Ausnehmung und die mechanische Vorrichtung der Membran 120 Rastnasen umfassen. For example, the mechanical recording in one of the Strahlabstrahlende and -aufnehmende surface 125 the membrane 120 immediately adjacent edge region of an outer side surface of the housing 150 be arranged. In such a case, the mechanical recording can be a roughness with a unevenness of, for example, 0.1 × 10 -3 m or grids, which are arranged at a distance of for example 1 × 10 -3 m, or a thread with a pitch of, for example more than 1 × 10 -3 m. In this case, the mechanical absorption of the housing 150 a male thread and the mechanical device of the membrane 120 include an internal thread. Furthermore, the mechanical recording of the housing 150 a recess and the mechanical device of the membrane 120 Include locking lugs.
Beispielsweise kann die mechanische Aufnahme auch in einem Randbereich einer der Membran 120 abgewandten Fläche des Trägers 156 angeordnet und als eine Ausnehmung 159 ausgebildet sein. In einem solchen Fall kann die an dem Rand der Membran 120 vorgesehene mechanische Vorrichtung als ein Bügel 128 ausgebildet sein, der zum Bilden einer formschlüssigen Verbindung zwischen der Membran 120 und dem Gehäuse 150 in die Ausnehmung 159 des Gehäuses 150 eingeführt wird. In einem solchen Fall kann die am Rand der Membran 120 vorgesehene mechanische Vorrichtung bei von dem Gehäuse 150 getrennter Membran 120 ein Innenmaß aufweisen, das etwas kleiner als ein Außenmaß des Gehäuses 150 ist. Insbesondere dann, wenn die Membran 120 aus Metall ausgebildet ist, wirkt der wie ein Deckelrand eines Marmeladenglases umgebogene Rand der Membran 120 als Feder. Dabei wird nach Zusammenfügen der Membran 120 und dem Gehäuse 150 die Membran 120 durch eine formschlüssige Verbindung an dem Gehäuse 150 befestigt, weil sich der Rand der Membran 120 an das Gehäuse 150 festklemmt. Dabei kann weiterhin zwischen der Membran 120 und dem Gehäuse 150 eine Dichtung 200 vorgesehen sein, die aus einem relativ dehnbaren Stoff mit reversibler Kompressibilität ausgebildet ist. Diese Dichtung 200 bestimmt einen Abstand zwischen einer äußeren Seitenfläche des Gehäuses 150 und einer dieser Seitenfläche zugewandten Fläche der Membran 120. Durch diese aus dem Stoff mit reversibler Kompressibilität ausgebildeter Dichtung 200 kann auch bei Temperaturschwankungen und unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Membran 120 und des Gehäuses 150 eine gute Dichtigkeit bereitgestellt werden.For example, the mechanical recording in a peripheral region of the membrane 120 remote surface of the carrier 156 arranged and as a recess 159 be educated. In such a case, the at the edge of the membrane 120 provided mechanical device as a strap 128 be formed, which is used to form a positive connection between the membrane 120 and the housing 150 into the recess 159 of the housing 150 is introduced. In such a case, the at the edge of the membrane 120 provided mechanical device from the housing 150 separate membrane 120 have an inner dimension that is slightly smaller than an outer dimension of the housing 150 is. In particular, when the membrane 120 is formed of metal, which acts like a lid edge of a jam jar bent edge of the membrane 120 as a spring. It is after joining the membrane 120 and the housing 150 the membrane 120 by a positive connection to the housing 150 attached because of the edge of the membrane 120 to the housing 150 clamps. It can continue between the membrane 120 and the housing 150 a seal 200 be provided, which is formed of a relatively elastic material with reversible compressibility. This seal 200 determines a distance between an outer side surface of the housing 150 and one of said side surface facing surface of the membrane 120 , By this formed from the material with reversible compressibility seal 200 can also with temperature fluctuations and different expansion coefficients of the membrane 120 and the housing 150 a good tightness can be provided.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann in jeden Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 wenigstens ein elektrisch leitendes Element, über das der jeweilige Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 elektrisch kontaktiert werden kann, eingebracht werden. Ein Einbringen jedes wenigstens einen elektrisch leitenden Elements in den jeweiligen Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 kann durch ein Einlassen eines elektrisch leitenden Materials in Form von feinen Drähten in den Dämpfstoff, der das Dämpfelement 141, 142 des jeweiligen Elektro-Akustik-Wandlers 130, 135 ausbildet, erfolgen. Das Einlassen des elektrisch leitenden Materials und ein Qualitätstest jedes Elektro-Akustik-Wandlers 130, 135 und der dazugehörigen feinen Drähte erfolgen dabei in gleicher Weise wie bei dem Elektro-Akustik-Wandler 30 des akustischen Sensors 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Nachdem jeder Elektro-Akustik-Wandler 130, 135 und die dazugehörigen feinen Drähte einem entsprechenden Qualitätstest unterzogen worden sind, kann eine elektrische Kontaktierung jedes Elektro-Akustik-Wandlers 130, 135 durch Einklemmen des jeweiligen Elektro-Akustik-Wandlers 130, 135 zwischen der Membran 120 und dem Träger 156 geschehen. Insbesondere bietet sich ein Bereich der Membran 120, in dem Schwingungsminima beziehungsweise Schwingungsknoten auftreten, als geeigneter Ort für die elektrische Kontaktierung jedes Elektro-Akustik-Wandlers 130, 135 an.According to the second embodiment, in each electro-acoustic transducer 130 . 135 at least one electrically conductive element, via which the respective electro-acoustic transducer 130 . 135 can be contacted electrically introduced. An introduction of each at least one electrically conductive element in the respective electro-acoustic transducer 130 . 135 can by incorporating an electrically conductive material in the form of fine wires in the damping material, the damping element 141 . 142 of the respective electro-acoustic transducer 130 . 135 training takes place. The insertion of the electrically conductive material and a quality test of each electro-acoustic transducer 130 . 135 and the associated fine wires are done in the same way as in the electro-acoustic transducer 30 of the acoustic sensor 10 according to the first embodiment. After every electro-acoustic converter 130 . 135 and the associated fine wires have been subjected to a corresponding quality test, can be an electrical contact of each electro-acoustic transducer 130 . 135 by pinching the respective electro-acoustic transducer 130 . 135 between the membrane 120 and the carrier 156 happen. In particular, there is an area of the membrane 120 , in which oscillation minima or vibration nodes occur, as a suitable location for the electrical contacting of each electro-acoustic transducer 130 . 135 at.
Beispielsweise kann der Träger 156 gleichzeitig als Reflektor und als Leiterplatte dienen, die elektrisch mit den beiden Elektro-Akustik-Wandlern 130, 135 kontaktiert ist.For example, the carrier 156 at the same time serve as a reflector and as a circuit board, which electrically with the two electro-acoustic transducers 130 . 135 is contacted.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 3 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 to 3 Referenced.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102012201884 A1 [0003] DE 102012201884 A1 [0003]
