DE102019124989A1 - Transmission arrangement for the transmission of electrical energy with piezoelectric transducers - Google Patents

Transmission arrangement for the transmission of electrical energy with piezoelectric transducers Download PDF

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Abstract

Eine Übertragungsanordnung (1) weist einen primären piezoelektrischen Wandler (2), einen sekundären piezoelektrischen Wandler (3) und eine Wand (4) zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern (2, 3) auf, wobei wenigstens einer der Wandler (2, 3) abnehmbar an der Wand (4) befestigbar ist. Die Befestigung kann beispielsweise mechanisch oder magnetisch ausgebildet sein.A transmission arrangement (1) has a primary piezoelectric transducer (2), a secondary piezoelectric transducer (3) and a wall (4) for transmitting an acoustic signal between the transducers (2, 3), at least one of the transducers (2, 3) can be detachably attached to the wall (4). The attachment can for example be designed mechanically or magnetically.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungsanordnung zur Übertragung elektrischer Energie. Insbesondere wird elektrische Energie von einem piezoelektrischen Wandler über einen akustischen Kanal an einen weiteren piezoelektrischen Wandler übertragen und dort wieder in elektrische Energie umgewandelt. Das akustische Signal liegt insbesondere im Ultraschall-Frequenzbereich.The present invention relates to a transmission arrangement for transmitting electrical energy. In particular, electrical energy is transmitted from a piezoelectric transducer via an acoustic channel to a further piezoelectric transducer, where it is converted back into electrical energy. The acoustic signal is in particular in the ultrasonic frequency range.

Eine derartige Übertragungsanordnung ermöglicht es, Prozesse messtechnisch zu erfassen und Abläufe zu steuern, auch wenn diese in einer schwer zugänglichen Umgebung stattfinden, wie beispielsweise in einem abgeschlossenen Behälter oder anderweitigen Hohlraumstrukturen. Insbesondere kann elektrische Leistung in einen geschlossenen Hohlraum eingebracht bzw. verfügbar gemacht werden. Derartige Strukturen finden sich beispielsweise in der Industrie- und Verfahrenstechnik, wie z.B. der Öl- und Gas-Industrie, in Flugzeugen, Schiffen und Unterseebooten.Such a transmission arrangement makes it possible to record processes by measuring technology and to control processes, even if they take place in an environment that is difficult to access, such as in a closed container or other cavity structures. In particular, electrical power can be introduced or made available in a closed cavity. Such structures can be found, for example, in industrial and process engineering, such as the oil and gas industry, in aircraft, ships and submarines.

Die Übertragung elektrischer Energie in einen Hohlraum erfolgt oftmals über Kabeldurchführungen, bei denen Löcher in eine Wandung eines Hohlraums gebohrt werden. Die Einbringung von Löchern verletzt jedoch die strukturale Integrität der geschlossenen Behälter und macht oftmals eine Wartung erforderlich. Darüber hinaus können Gewicht und Größe der Durchführungen und Kabel stören. Weiterhin führen spezifische Betriebsbedingungen im Behälter, wie z.B. hohe Temperaturen und hoher Druck, bei Kabeldurchführungen zu einer hohen Ausfallquote.The transmission of electrical energy into a cavity often takes place via cable bushings in which holes are drilled into a wall of a cavity. However, the introduction of holes violates the structural integrity of the closed containers and often requires maintenance. In addition, the weight and size of the bushings and cables can interfere. Furthermore, specific operating conditions in the container, such as high temperatures and high pressure, lead to a high failure rate for cable penetrations.

Alternativ kann auch Energie im Hohlraum mittels einer Batterie gespeichert sein. Allerdings ist die eingebrachte Energiemenge begrenzt und muss für die Prozessdauer oder Lebenszeit der jeweiligen Vorrichtung ausgelegt sein. Zudem wirken sich bestimmte Betriebsbedingungen, wie hohe oder niedrige Temperatur, ungünstig auf die Lebensdauer der Batterie aus. Darüber hinaus können Gewicht und Größe der Batterie und erforderliche Wartungen ungünstig sein.Alternatively, energy can also be stored in the cavity by means of a battery. However, the amount of energy introduced is limited and must be designed for the duration of the process or the service life of the respective device. In addition, certain operating conditions, such as high or low temperatures, have an unfavorable effect on the service life of the battery. In addition, the weight and size of the battery and the maintenance required may be inconvenient.

Alternativ können auch thermoelektrische Elemente eingesetzt werden, die Temperaturunterschiede an den Innenwänden eines Behälters nutzen, um elektrische Leistung zu generieren. Dies setzt jedoch das Vorhandensein von Temperaturunterschieden voraus. Zudem können auch hier Gewicht und Größe der Elemente störend sein. Darüber hinaus ist die Effizienz der Energiegewinnung bei beispielsweise 5 % oftmals nicht ausreichend.Alternatively, thermoelectric elements can also be used that use temperature differences on the inner walls of a container to generate electrical power. However, this assumes the existence of temperature differences. In addition, the weight and size of the elements can also be a nuisance here. In addition, the efficiency of energy generation at, for example, 5% is often insufficient.

Auch radioaktive Substanzen können zur Erzeugung von Wärme und elektrischer Leistung aus einer sich ergebenden Temperatur-Differenz eingesetzt werden. Allerdings ist die Handhabung derartiger Substanzen risikobehaftet.Radioactive substances can also be used to generate heat and electrical power from a resulting temperature difference. However, the handling of such substances is risky.

Bekannt sind Übertragungsanordnungen, bei denen Wandler zum Senden und Empfangen eines Signals bzw. Energie über einen akustischen Kanal eingesetzt werden. Bei den Wandlern handelt es sich beispielsweise um piezoelektrische Wandler. Der akustische Kanal ist beispielsweise eine metallische Wand eines Behälters.Transmission arrangements are known in which transducers are used for sending and receiving a signal or energy via an acoustic channel. The converters are, for example, piezoelectric converters. The acoustic channel is, for example, a metallic wall of a container.

Derartige Übertragungsanordnungen sind beispielsweise im Übersichtsartikel von Ding-Xin Yang, Zheng Hu, Hong Zhao, Hai-Feng Hu, Yun-Zhe Sun and Bao-Jian Hou: „Through-Metal-Wall Power Delivery and Data Transmission for Enclosed Sensors: A Review“ in Sensors 2015, 15, 31581-31605 beschrieben.Such transmission arrangements are, for example, in the review article by Ding-Xin Yang, Zheng Hu, Hong Zhao, Hai-Feng Hu, Yun-Zhe Sun and Bao-Jian Hou: "Through-Metal-Wall Power Delivery and Data Transmission for Enclosed Sensors: A Review" in Sensors 2015, 15, 31581-31605 described.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Übertragungsanordnung aufweisend piezoelektrische Wandler anzugeben.It is an object of the present invention to specify an improved transmission arrangement having piezoelectric transducers.

Es wird eine Übertragungsanordnung angegeben, die einen primären piezoelektrischen Wandler, einen sekundären piezoelektrischen Wandler und ein Medium zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern aufweist. Das Medium bildet insbesondere einen akustischen Kanal zur Übertragung des Signals. Das Medium ist zwischen den Wandlern angeordnet.A transmission arrangement is specified which has a primary piezoelectric transducer, a secondary piezoelectric transducer and a medium for transmitting an acoustic signal between the transducers. In particular, the medium forms an acoustic channel for transmitting the signal. The medium is arranged between the transducers.

Einer der Wandler kann dabei zur Umwandlung eines elektrischen Signals in ein akustisches Signal und der andere Wandler zur Umwandlung des akustischen Signals in ein elektrisches Signal dienen. Der Wandler, der das elektrische Signal in ein akustisches Signal umwandelt, kann als Sender und der Wandler, der das akustische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt, als Empfänger dienen. Beispielsweise handelt es sich beim primären piezoelektrischen Wandler um den Sender und beim sekundären piezoelektrischen Wandler um den Empfänger. Es ist auch möglich, dass der primäre piezoelektrische Wandler als Empfänger und der sekundäre piezoelektrische Wandler als Sender fungiert oder die Wandler gleichzeitig oder abwechselnd als Sender und Empfänger fungieren.One of the converters can be used to convert an electrical signal into an acoustic signal and the other converter can be used to convert the acoustic signal into an electrical signal. The converter, which converts the electrical signal into an acoustic signal, can serve as a transmitter and the converter, which converts the acoustic signal into an electrical signal, can serve as a receiver. For example, the primary piezoelectric transducer is the transmitter and the secondary piezoelectric transducer is the receiver. It is also possible that the primary piezoelectric transducer acts as a receiver and the secondary piezoelectric transducer acts as a transmitter, or that the transducers act simultaneously or alternately as transmitter and receiver.

Die Übertragungsanordnung ist insbesondere zur Übertragung von Energie bzw. Signalen im Nahbereich, d.h. über einen geringen Abstand, beispielsweise im Millimeterbereich, geeignet. Die Energie bzw. das Signal wird dabei ohne elektrischen Kontakt zwischen Sender und Empfänger übertragen.The transmission arrangement is particularly suitable for the transmission of energy or signals in the close range, i.e. over a short distance, for example in the millimeter range. The energy or the signal is transmitted between the transmitter and receiver without electrical contact.

Bei dem Medium kann es sich um eine Wand, beispielsweise um eine metallische Wand handeln. Die Wand bildet beispielsweise die Wandung eines geschlossenen Behälters oder einer anderen Hohlraumstruktur. Die Wand weist beispielsweise ein Metall auf oder besteht aus Metall. Die Wand kann insbesondere Aluminium aufweisen oder aus Aluminium bestehen. Die Wand kann auch nicht-metallisch ausgebildet sein. Die Wand kann elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht-leitfähig ausgebildet sein.The medium can be a wall, for example a metallic wall. The wall forms, for example, the wall of a closed container or other cavity structure. The wall has a metal or is made of metal, for example. The wall can in particular comprise aluminum or consist of aluminum. The wall can also be made non-metallic. The wall can be designed to be electrically conductive or electrically non-conductive.

Beispielsweise sind der primäre piezoelektrische Wandler in einem Außenraum des Behälters und der sekundäre piezoelektrische Wandler in einem Innenraum des Behälters angeordnet. Es können aber auch der sekundäre Wandler im Außenraum und der primäre Wandler im Innenraum angeordnet sein. Es kann auch keiner der Wandler in einem abgeschlossenen Behälter angeordnet sein.For example, the primary piezoelectric transducer is arranged in an outer space of the container and the secondary piezoelectric transducer is arranged in an inner space of the container. However, the secondary transducer can also be arranged in the outside space and the primary transducer in the inside space. It is also possible for none of the transducers to be arranged in a closed container.

Das Medium kann bei bestimmten Aspekten der Erfindung auch als gasförmiges Medium, wie z.B. Luft, oder als flüssiges Medium ausgebildet sein.In certain aspects of the invention, the medium can also be configured as a gaseous medium, such as, for example, air, or as a liquid medium.

Die piezoelektrischen Wandler weisen beispielsweise jeweils einen Aufbau aus Elektrodenschichten und wenigstens einer dazwischen liegenden piezoelektrischen Schicht auf. Es kann nur eine einzige piezoelektrische Schicht vorhanden sein. Alternativ können auch mehrere piezoelektrische Schichten abwechselnd zu Elektrodenschichten vorhanden sein. Beispielsweise weist wenigstens einer der Wandler einen Vielschicht-Aufbau aus abwechselnd angeordneten Elektrodenschichten und piezoelektrischen Schichten auf. Es kann sich bei den piezoelektrischen Schichten insbesondere um Keramikschichten handeln. Die Elektrodenschichten und piezoelektrischen Schichten können gemeinsam gesintert sein.The piezoelectric transducers each have, for example, a structure made up of electrode layers and at least one piezoelectric layer located in between. There can only be a single piezoelectric layer. Alternatively, a plurality of piezoelectric layers can also be present alternating with electrode layers. For example, at least one of the transducers has a multilayer structure made up of alternately arranged electrode layers and piezoelectric layers. The piezoelectric layers can in particular be ceramic layers. The electrode layers and piezoelectric layers can be sintered together.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Übertragungsanordnung eine Wand zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern auf. Somit ist das Medium als Wand ausgebildet. Wenigstens einer der Wandler ist abnehmbar an der Wand befestigbar. Insbesondere ist der abnehmbare Wandler dazu ausgebildet, wiederholt abgenommen und wieder an der Wand befestigt zu werden. Beispielsweise ist der abnehmbare Wandler nicht an der Wand angeklebt.According to one aspect of the present invention, the transmission arrangement has a wall for transmitting an acoustic signal between the transducers. The medium is thus designed as a wall. At least one of the transducers can be detachably attached to the wall. In particular, the removable transducer is designed to be repeatedly removed and reattached to the wall. For example, the detachable transducer is not glued to the wall.

Es können beide Wandler abnehmbar an der Wand befestigbar sein. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn keiner der Wandler in einem abgeschlossenen Gehäuse angeordnet ist. Es können auch nur einer der Wandler zur abnehmbaren Befestigung und der andere Wandler zur nicht-abnehmbaren Befestigung ausgebildet sein. Beispielsweise ist der primäre Wandler abnehmbar befestigbar. Beispielsweise ist einer der Wandler in einem Außenraum angeordnet und abnehmbar befestigt, während der andere Wandler in einem Innenraum angeordnet und permanent befestigt ist.Both transducers can be removably attached to the wall. This is advantageous, for example, when none of the transducers is arranged in a closed housing. It is also possible for only one of the transducers to be designed for removable attachment and the other transducer for non-removable attachment. For example, the primary transducer is removably attachable. For example, one of the transducers is arranged and removably attached in an exterior space, while the other transducer is arranged in an interior space and permanently attached.

Gemäß einer Ausführungsform ist der abnehmbare Wandler magnetisch an der Wand befestigbar. Beispielsweise weist die Übertragungsanordnung eine Wandlereinheit auf, die einen der Wandler und einen Magneten aufweist und als Ganzes an der Wand befestigbar und abnehmbar ist. Beispielsweise ist ein Magnet permanent am abnehmbaren Wandler befestigt. Der Magnet kann an den Wandler angeklebt sein. Die Anordnung wird beispielsweise über die Magnetkraft zwischen dem Magneten und einer magnetischen Wand gehalten.According to one embodiment, the detachable transducer is magnetically attachable to the wall. For example, the transmission arrangement has a transducer unit which has one of the transducers and a magnet and can be attached and detached as a whole to the wall. For example, a magnet is permanently attached to the removable transducer. The magnet can be glued to the transducer. The arrangement is held between the magnet and a magnetic wall, for example by means of the magnetic force.

Es können auch beide Wandler magnetisch an der Wand befestigbar sein. Beispielsweise ist bei beiden Wandlern ein Magnet zwischen dem Wandler und der Wand angeordnet.Both transducers can also be magnetically fastened to the wall. For example, a magnet is arranged between the transducer and the wall in both transducers.

Der Magnet kann elektrisch leitfähig sein. Der Magnet kann zusätzlich zur Funktion der Befestigung des Wandlers an der Wand auch die Funktion eines Kontakts zur elektrischen Kontaktierung des Wandlers aufweisen.The magnet can be electrically conductive. In addition to the function of fastening the transducer to the wall, the magnet can also have the function of a contact for making electrical contact with the transducer.

In einer Ausführungsform weist die Übertragungsanordnung wenigstens eine Halterung zur abnehmbaren Befestigung wenigstens eines Wandlers an der Wand auf. Beispielsweise weist die Halterung und/oder der Wandler einen Rastmechanismus zur lösbaren Verrastung mit dem Wandler auf. Es handelt sich somit um eine mechanische Befestigung. Die Halterung ist beispielsweise permanent an der Wand befestigt.In one embodiment, the transmission arrangement has at least one holder for the removable attachment of at least one transducer to the wall. For example, the holder and / or the transducer has a latching mechanism for releasable latching with the transducer. It is therefore a mechanical fastening. For example, the bracket is permanently attached to the wall.

Beispielsweise weist die Halterung eine Unterseite auf, auf die der Wandler aufsetzbar ist, und Seitenteile, die den Wandler seitlich halten. Beispielsweise ist der Wandler von oben in die Halterung einschiebbar. Der Wandler kann auch senkrecht zur Wand hin in die Halterung einschiebbar sein. Wie bei einer magnetischen Halterung können beide Wandler oder nur einer der Wandler in Halterungen abnehmbar befestigbar sein. Es kann auch eine Kombination aus einer magnetischen und mechanischen Befestigung vorhanden sein.For example, the holder has an underside on which the transducer can be placed, and side parts that hold the transducer laterally. For example, the transducer can be pushed into the holder from above. The transducer can also be inserted into the holder perpendicular to the wall. As with a magnetic holder, both transducers or only one of the transducers can be removably attachable in holders. There can also be a combination of magnetic and mechanical fastening.

Die Halterung kann elektrisch leitfähig sein oder einen elektrisch leitfähigen Bereich bzw. ein elektrisch leitfähiges Element aufweisen. Die Halterung kann auch als Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des Wandlers ausgebildet sein.The holder can be electrically conductive or have an electrically conductive area or an electrically conductive element. The holder can also be designed as a contact for making electrical contact with the transducer.

In einer Ausführungsform weist die Übertragungsanordnung eine Anpassungsschicht zur Anpassung von Phasenlagen und/oder zur Führung des akustischen Signals auf. Die Anpassungsschicht ist beispielsweise zwischen einem der Wandler und dem akustischen Medium, insbesondere der Wand, angeordnet. Es kann auch zwischen beiden Wandlern und der Wand jeweils eine Anpassungsschicht angeordnet sein. Die Anpassungsschicht kann auch mehrschichtig ausgebildet sein.In one embodiment, the transmission arrangement has an adaptation layer for adapting phase positions and / or for guiding the acoustic signal. The adaptation layer is arranged, for example, between one of the transducers and the acoustic medium, in particular the wall. There can also be an adaptation layer between the two transducers and the wall be arranged. The adaptation layer can also have a multilayer design.

Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Wandler können unterschiedliche Signalanteile des von einem Wandler ausgehenden akustischen Signals und/oder des von einem Wandler empfangenen akustischen Signal unterschiedliche Phasenlagen aufweisen. Die Anpassungsschicht kann derart ausgebildet sein, dass die Phasenlagen der Anteile an einem gewünschten Ort möglichst gleich sind, so dass eine destruktive Interferenz vermieden wird.Due to the spatial extent of the transducers, different signal components of the acoustic signal emanating from a transducer and / or the acoustic signal received by a transducer can have different phase positions. The adaptation layer can be designed in such a way that the phase positions of the components are as identical as possible at a desired location, so that destructive interference is avoided.

Die Anpassungsschicht kann alternativ oder zusätzlich dazu auch zur Führung, insbesondere zur Fokussierung, des Signals dienen. Beispielsweise kann es zu einer kegelförmigen Aufweitung des akustischen Signals von der primären Seite zur sekundären Seite kommen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der akustische Kanal eine gewisse Länge, entsprechend einer Stärke der Wand, erreicht.As an alternative or in addition to this, the adaptation layer can also serve to guide, in particular to focus, the signal. For example, there can be a conical widening of the acoustic signal from the primary side to the secondary side. This can be the case in particular when the acoustic channel reaches a certain length, corresponding to the thickness of the wall.

Die Anpassungsschicht kann elektrisch leitfähig sein. Die Anpassungsschicht kann zusätzlich zur Funktion der Anpassung von Phasenlagen und/oder zur Führung des akustischen Signals auch die Funktion eines Kontakts zur elektrischen Kontaktierung des Wandlers aufweisen.The adaptation layer can be electrically conductive. In addition to the function of adapting phase positions and / or for guiding the acoustic signal, the adaptation layer can also have the function of a contact for making electrical contact with the transducer.

Beispielsweise weist die Anpassungsschicht eine homogene Dicke auf, insbesondere in einem Bereich direkt zwischen dem Wandler und der Wand. Alternativ kann die Anpassungsschicht eine inhomogene Dicke aufweisen, insbesondere dann, wenn die Wand uneben ausgebildet ist. Die Anpassungsschicht kann in diesem Fall unterschiedliche Laufzeiten aufgrund der Unebenheit kompensieren.For example, the adaptation layer has a homogeneous thickness, in particular in an area directly between the transducer and the wall. Alternatively, the adaptation layer can have an inhomogeneous thickness, in particular if the wall is uneven. In this case, the adaptation layer can compensate for different transit times due to the unevenness.

Die Anpassungsschicht kann eine strukturierte Oberfläche oder ein strukturiertes Volumen aufweisen. Beispielsweise können durch die Strukturierung gezielt Signalanteile, z.B. je nach Herkunft des Signals oder Frequenz, verstärkt, geschwächt oder umgelenkt werden. Die strukturierte Oberfläche ist dabei insbesondere bei einer von der Wand abgewandten Seite ausgebildet.The adaptation layer can have a structured surface or a structured volume. For example, through the structuring, signal components can be specifically amplified, weakened or deflected, e.g. depending on the origin of the signal or frequency. The structured surface is formed in particular on a side facing away from the wall.

Die Anpassungsschicht weist beispielsweise ein akustisches Meta-Material auf. Ein derartiges Meta-Material weist beispielsweise eine wabenartige Struktur auf. Beispielsweise ist das Meta-Material durch 3D-Druck hergestellt. Ein derartiges Meta-Material kann auch als Linse zur Fokussierung des Signals eingesetzt werden.The adaptation layer has, for example, an acoustic meta-material. Such a meta-material has a honeycomb-like structure, for example. For example, the meta-material is made by 3D printing. Such a meta-material can also be used as a lens to focus the signal.

In einer Ausführungsform ist die Anpassungsschicht als Klebeschicht ausgebildet. Beispielsweise ist die Klebeschicht gleichzeitig dazu ausgebildet, einen der Wandler an der Wand zu befestigen. Die Klebeschicht kann auch den Wandler an einem Magneten befestigen.In one embodiment, the adaptation layer is designed as an adhesive layer. For example, the adhesive layer is designed at the same time to attach one of the transducers to the wall. The adhesive layer can also attach the transducer to a magnet.

Die Anpassungsschicht kann auch zusätzlich zu einer Klebeschicht vorhanden sein. Die Anpassungsschicht kann beispielsweise mit dem Wandler verklebt sein. Die Anpassungsschicht kann auch anderweitig am Wandler befestigt sein, beispielsweise durch gemeinsame Sinterung mit den Schichten des Wandlers. Es kann auch nur eine Anpassungsschicht und keine Klebeschicht bei einem Wandler vorhanden sein.The adaptation layer can also be present in addition to an adhesive layer. The adaptation layer can be glued to the transducer, for example. The adaptation layer can also be attached to the transducer in some other way, for example by joint sintering with the layers of the transducer. It is also possible for a transducer to have only an adaptation layer and no adhesive layer.

In einer Ausführungsform kann die Anpassungsschicht gelartig ausgebildet sein. Beispielsweise handelt es sich um ein Ultraschall-Kontaktgel. Auf diese Weise kann die Kopplung vom Wandler zur Wand optimiert werden. Ein derartiges Gel kann beispielsweise gut bei einer mechanischen Halterung des Wandlers oder auch bei einer magnetischen Halterung verwendet werden. Das Gel ist hier beispielsweise nicht als Klebeschicht ausgebildet und kann den Wandler nicht an der Wand befestigten.In one embodiment, the adaptation layer can be designed in the manner of a gel. For example, it is an ultrasonic contact gel. In this way, the coupling from the converter to the wall can be optimized. Such a gel can, for example, be used well for mechanical mounting of the transducer or also for magnetic mounting. For example, the gel is not designed as an adhesive layer and cannot attach the transducer to the wall.

In einer Ausführungsform weist einer der Wandler eine größere Grundfläche auf als der andere Wandler. Beispielsweise weist der Wandler, der das Signal empfängt, eine größere Grundfläche auf als der Wandler, der das Signal aussendet. Der Empfänger ist beispielsweise der sekundäre Wandler. In diesem Fall kann auch bei einer Aufweitung des Signals bei der Übertragung durch das Medium, ein möglichst großer Anteil empfangen werden. Somit wird ein hoher elektrischer Leistungs-Wirkungsgrad, d.h. ein gutes Verhältnis der empfangenen elektrischen Leitung zur zugeführten elektrischen Leistung, erzielt.In one embodiment, one of the transducers has a larger footprint than the other transducer. For example, the transducer that receives the signal has a larger footprint than the transducer that transmits the signal. The receiver is, for example, the secondary converter. In this case, even if the signal is widened during transmission through the medium, the largest possible proportion can be received. A high electrical power efficiency, i.e. a good ratio of the received electrical line to the supplied electrical power, is thus achieved.

In einer Ausführungsform weist wenigstens einer der Wandler eine Geometrie auf, die zur Verringerung unerwünschter Schwingungsmoden ausgebildet ist. Derartige unerwünschte Schwingungsmoden nehmen Energie auf, leiten diese jedoch nicht zur sekundären Seite weiter und führen somit zu Leistungsverlusten. Durch Verringerung unerwünschter Schwingungsmoden wird die Übertragung der akustischen Welle, deren Ausbreitungsvektor normal zur Ebene des Wandlers und senkrecht durch die Wand verläuft, optimiert.In one embodiment, at least one of the transducers has a geometry which is designed to reduce undesired oscillation modes. Such undesired oscillation modes absorb energy, but do not pass it on to the secondary side and thus lead to power losses. By reducing undesired vibration modes, the transmission of the acoustic wave, the propagation vector of which runs normal to the plane of the transducer and perpendicular through the wall, is optimized.

Beispielsweise weist wenigstens einer der Wandler eine Grundfläche in Form eines Polygons auf, wobei das Polygon frei von zueinander parallelen Kanten ist. Durch parallele Kanten wird die Entstehung radial-extensionaler Moden begünstigt. Durch die Vermeidung paralleler Kanten können diese Schwingungsmoden reduziert werden. Beispielsweise weist der primäre Wandler eine derartige Grundfläche auf. Es kann alternativ oder zusätzlich auch der sekundäre Wandler eine derartige Grundfläche aufweisen. Zur weiteren Vermeidung von speziellen Resonanzmoden ist es vorteilhaft, wenn die Kanten auch unterschiedliche Längen aufweisen. Insbesondere weist die Grundfläche die Form eines Polygons auf, das frei von zueinander parallelen Kanten ist und/oder frei von Kanten gleicher Länge ist.For example, at least one of the transducers has a base in the form of a polygon, the polygon being free of mutually parallel edges. The creation of radial-extensional modes is favored by parallel edges. By avoiding parallel edges, these oscillation modes can be reduced. For example, the primary transducer has such a base area. As an alternative or in addition, the secondary converter can also have such a base area. To further avoid special resonance modes, it is advantageous if the edges also have different lengths. In particular, the base area has the shape of a polygon which is free of mutually parallel edges and / or is free of edges of the same length.

Beispielsweise weist wenigstens einer der Wandler unterschiedliche Dicken auf. Die Dicke ist hierbei insbesondere die Dicke des piezoelektrischen Materials. Die Dicke ist insbesondere die Ausdehnung des Wandlers senkrecht zum Medium bzw. einer Wand hin. Beispielsweise weist wenigstens einer der Wandler randseitig eine größere Dicke auf als in einem zentralen Bereich. Beispielsweise weist der Wandler umlaufend am Rand eine Erhebung auf. Auf diese Weise können Oberflächenwellen entlang der Oberfläche der Wand reduziert werden.For example, at least one of the transducers has different thicknesses. The thickness is in particular the thickness of the piezoelectric material. The thickness is in particular the extension of the transducer perpendicular to the medium or a wall. For example, at least one of the transducers has a greater thickness at the edge than in a central area. For example, the transducer has an elevation all around the edge. In this way, surface waves can be reduced along the surface of the wall.

Die Übertragungsanordnung kann weitere Bestandteile, wie beispielsweise eine Steuerelektronik aufweisen. Beispielsweise ist primärseitig eine Steuerelektronik zur Anpassung eines elektrischen Eingangssignals an eine Resonanzfrequenz des primären Wandlers und/oder der Übertragungsanordnung vorhanden. Die Steuerelektronik und weitere Bestandteile können mit dem zugeordneten Wandler in einer Einheit angeordnet sein. Beispielsweise sind die Bestandteile in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Im Fall eines abnehmbaren Wandlers kann beispielsweise die gesamte Einheit abgenommen und angebracht werden.The transmission arrangement can have further components, such as control electronics. For example, on the primary side there is control electronics for adapting an electrical input signal to a resonance frequency of the primary transducer and / or the transmission arrangement. The control electronics and other components can be arranged in one unit with the assigned converter. For example, the components are arranged in a common housing. For example, in the case of a detachable transducer, the entire unit can be detached and attached.

Es wird weiterhin eine Übertragungsanordnung angegeben, aufweisend einen primären piezoelektrischen Wandler, einen sekundären piezoelektrischen Wandler und eine Wand zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern, wobei wenigstens einer der Wandler magnetisch oder mechanisch an der Wand befestigt ist. Die Übertragungsanordnung kann alle vorgehend beschriebenen Eigenschaften aufweisen.A transmission arrangement is also specified, comprising a primary piezoelectric transducer, a secondary piezoelectric transducer and a wall for transmitting an acoustic signal between the transducers, at least one of the transducers being magnetically or mechanically attached to the wall. The transmission arrangement can have all of the properties described above.

Auch der Wandler, der sich im Innenraum eines abgeschlossenen Behälters befindet, kann über einen Magneten oder eine mechanische Halterung an der Wand befestigt sein, auch wenn sich der Wandler mangels Zugänglichkeit von außen nicht von der Wand abnehmen lässt. Eine derartige Befestigung kann im Vergleich zu einer Klebebefestigung weniger temperaturempfindlich sein.The transducer, which is located in the interior of a closed container, can also be attached to the wall via a magnet or a mechanical holder, even if the transducer cannot be removed from the wall due to lack of accessibility from the outside. Such an attachment can be less temperature sensitive compared to an adhesive attachment.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Übertragungsanordnung angegeben, die einen primären piezoelektrischen Wandler, einen sekundären piezoelektrischen Wandler und ein Medium zur Übertragung eines akustischen Signals aufweist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um eine Wand, insbesondere um eine feste Wand, oder um ein gasförmiges oder flüssiges Medium handeln. Die Übertragungsanordnung weist wenigstens eine Anpassungsschicht zur Anpassung der Phasenlagen und/oder zur Führung des akustischen Signals auf. Die Wandler, das Medium und die Anpassungsschicht können ansonsten wie vorgehend beschrieben ausgebildet sein. Im Unterschied zum ersten Aspekt der Erfindung können auch beide Wandler nicht-abnehmbar an einer Wand befestigt sein oder es kann ein anderes Medium als eine Wand vorhanden sein.According to a second aspect of the invention, a transmission arrangement is specified which has a primary piezoelectric transducer, a secondary piezoelectric transducer and a medium for transmitting an acoustic signal. The medium can be, for example, a wall, in particular a solid wall, or a gaseous or liquid medium. The transmission arrangement has at least one adaptation layer for adapting the phase positions and / or for guiding the acoustic signal. The transducers, the medium and the adaptation layer can otherwise be designed as described above. In contrast to the first aspect of the invention, both transducers can also be attached to a wall in a non-removable manner, or a medium other than a wall can be present.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Übertragungsanordnung angegeben, die einen primären piezoelektrischen Wandler, einen sekundären piezoelektrischen Wandler und ein Medium zur Übertragung eines akustischen Signals aufweist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um eine Wand, insbesondere um eine feste Wand, oder um ein gasförmiges oder flüssiges Medium handeln. Wenigstens einer der Wandler weist eine Geometrie zur Verringerung unerwünschter Schwingungsmoden auf. Die Wandler, das Medium und die spezielle Geometrie können ansonsten wie vorgehend beschrieben ausgebildet sein. Beispielsweise weist der Wandler eine Grundfläche in Form eines Polygons auf, wobei das Polygon frei von zueinander parallelen Kanten ist oder der Wandler weist unterschiedliche Dicken auf. Im Unterschied zum ersten Aspekt der Erfindung können auch beide Wandler nicht-abnehmbar an einer Wand befestigt sein oder es kann ein anderes Medium als eine Wand vorhanden sein.According to a third aspect of the invention, a transmission arrangement is specified which has a primary piezoelectric transducer, a secondary piezoelectric transducer and a medium for transmitting an acoustic signal. The medium can be, for example, a wall, in particular a solid wall, or a gaseous or liquid medium. At least one of the transducers has a geometry for reducing undesired oscillation modes. The transducers, the medium and the special geometry can otherwise be designed as described above. For example, the transducer has a base in the form of a polygon, the polygon being free of mutually parallel edges, or the transducer has different thicknesses. In contrast to the first aspect of the invention, both transducers can also be attached to a wall in a non-removable manner, or a medium other than a wall can be present.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Wandler für eine Übertragungsanordnung zur Übertragung elektrischer Energie über einen akustischen Kanal angegeben, wobei der Wandler eine Geometrie zur Verringerung unerwünschter Schwingungsmoden aufweist. Der Wandler kann ansonsten wie einer der Wandler der vorgehend beschriebenen Übertragungsanordnung ausgebildet sein. Beispielsweise weist der Wandler eine Grundfläche in Form eines Polygons auf, wobei das Polygon frei von zueinander parallelen Kanten ist oder der Wandler weist unterschiedliche Dicken auf. Im Unterschied zum dritten Aspekt der Erfindung muss der Wandler nicht Teil einer Übertragungsanordnung sein, sondern muss lediglich dafür geeignet sein.According to a fourth aspect of the invention, a transducer for a transmission arrangement for transmitting electrical energy via an acoustic channel is specified, the transducer having a geometry for reducing undesired oscillation modes. The converter can otherwise be designed like one of the converters of the transmission arrangement described above. For example, the transducer has a base in the form of a polygon, the polygon being free of mutually parallel edges, or the transducer has different thicknesses. In contrast to the third aspect of the invention, the converter does not have to be part of a transmission arrangement, but only has to be suitable for it.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Übertragungsanordnung angegeben, die einen primären piezoelektrischen Wandler, einen sekundären piezoelektrischen Wandler und ein Medium zur Übertragung des akustischen Signals aufweist. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um eine Wand, insbesondere um eine feste Wand, oder um ein gasförmiges oder flüssiges Medium handeln. Der sekundäre Wandler weist eine größere Grundfläche auf als der primäre Wandler. Die Wandler, das Medium und die Grundfläche können ansonsten wie vorgehend beschrieben ausgebildet sein. Im Unterschied zum ersten Aspekt der Erfindung können auch beide Wandler nicht-abnehmbar an einer Wand befestigt sein oder es kann ein anderes Medium als eine Wand vorhanden sein.According to a fifth aspect of the invention, a transmission arrangement is specified which has a primary piezoelectric transducer, a secondary piezoelectric transducer and a medium for transmitting the acoustic signal. The medium can be, for example, a wall, in particular a solid wall, or a gaseous or liquid medium. The secondary transducer has a larger footprint than the primary transducer. The transducers, the medium and the base area can otherwise be designed as described above. In contrast to the first aspect of the invention, can also both transducers can be attached to a wall in a non-removable manner, or a medium other than a wall can be present.

In der vorliegenden Offenbarung sind mehrere Aspekte einer Erfindung beschrieben. Alle Eigenschaften, die in Bezug auf eine der Übertragungsanordnungen, einen der Wandler oder ein Verfahren offenbart sind, sind auch entsprechend in Bezug auf den anderen Aspekt offenbart, auch wenn die jeweilige Eigenschaft nicht explizit im Kontext der anderen Aspekte erwähnt wird.Several aspects of an invention are described in the present disclosure. All properties that are disclosed in relation to one of the transmission arrangements, one of the transducers or a method are also disclosed correspondingly in relation to the other aspect, even if the respective property is not explicitly mentioned in the context of the other aspects.

Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden.The description of the subjects specified here is not restricted to the individual specific embodiments. Rather, the features of the individual embodiments can be combined with one another, insofar as it is technically reasonable.

Im Folgenden werden die hier beschriebenen Gegenstände anhand von schematischen Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following, the subjects described here are explained in more detail using schematic exemplary embodiments.

Es zeigen:

  • 1 eine Übertragungsanordnung in schematischer Ansicht,
  • 2 ein Diagramm zur Transmission in Abhängigkeit von der Frequenz,
  • 3 eine Ausführungsform einer Übertragungsanordnung in einer Schnittansicht,
  • 4 eine weitere Ausführungsform einer Übertragungsanordnung in einer Schnittansicht,
  • 5 eine weitere Ausführungsform einer Übertragungsanordnung in einer Schnittansicht,
  • 6 eine Ausführungsform eines Wandlers in Aufsicht auf eine Seitenfläche,
  • 7 eine Ausführungsform eines Wandlers im Querschnitt,
  • 8 eine weitere Ausführungsform einer Übertragungsanordnung in schematischer Ansicht,
  • 9 eine weitere Ausführungsform einer Übertragungsanordnung in schematischer Ansicht.
Show it:
  • 1 a transmission arrangement in a schematic view,
  • 2 a diagram of the transmission as a function of the frequency,
  • 3 an embodiment of a transmission arrangement in a sectional view,
  • 4th a further embodiment of a transmission arrangement in a sectional view,
  • 5 a further embodiment of a transmission arrangement in a sectional view,
  • 6th an embodiment of a transducer in a plan view of a side surface,
  • 7th an embodiment of a transducer in cross section,
  • 8th a further embodiment of a transmission arrangement in a schematic view,
  • 9 a further embodiment of a transmission arrangement in a schematic view.

Vorzugsweise verweisen in den folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen auf funktionell oder strukturell entsprechende Teile der verschiedenen Ausführungsformen.In the following figures, the same reference symbols preferably refer to functionally or structurally corresponding parts of the various embodiments.

1 zeigt eine Übertragungsanordnung 1 zur Übertragung elektrischer Energie und/oder Signale. Insbesondere handelt es sich um Signale im Ultraschall-Bereich. Beispielsweise dient die Übertragungsanordnung 1 dazu, elektrische Energie von außen in einen abgeschlossenen Behälter zu übertragen, ohne dass Löcher für Kabeldurchführungen in den Behälter eingebracht werden müssen. 1 shows a transmission arrangement 1 for the transmission of electrical energy and / or signals. In particular, these are signals in the ultrasonic range. The transmission arrangement is used, for example 1 to transfer electrical energy from the outside into a closed container without holes for cable bushings having to be made in the container.

Die Übertragungsanordnung 1 weist einen primären piezoelektrischen Wandler 2 und einen sekundären piezoelektrischen Wandler 3 auf. Beispielsweise weisen die Wandler 2, 3 einen Vielschichtaufbau aus jeweils mehreren piezoelektrischen Schichten und dazwischen liegenden Elektrodenschichten auf. Dies kann zu einer vorteilhaften Transformation der elektrischen Leistung verwendet werden.The transmission arrangement 1 has a primary piezoelectric transducer 2 and a secondary piezoelectric transducer 3 on. For example, the converter 2 , 3 a multilayer structure consisting of several piezoelectric layers and electrode layers in between. This can be used for an advantageous transformation of the electrical power.

Zwischen den piezoelektrischen Wandlern 2, 3 befindet sich eine Wand 4. Die Wand 4 weist beispielsweise ein Metall auf oder besteht aus Metall. Insbesondere handelt es sich bei der Wand 4 um einen Festkörper. Die Wand 4 weist beispielsweise Aluminium auf oder besteht aus Aluminium. Die Wand weist beispielsweise eine Dicke von 2 mm auf. Die Wand 4 kann auch nicht-metallisch ausgebildet sein. Gemäß spezifischen Aspekten der Erfindung kann anstelle einer festen Wand auch ein anderes Medium, beispielsweise ein gasförmiges oder flüssiges Medium vorhanden sein.Between the piezoelectric transducers 2 , 3 there is a wall 4th . The wall 4th comprises a metal, for example, or consists of metal. In particular, it is the wall 4th around a solid. The wall 4th for example comprises aluminum or consists of aluminum. The wall has a thickness of 2 mm, for example. The wall 4th can also be made non-metallic. According to specific aspects of the invention, another medium, for example a gaseous or liquid medium, can also be present instead of a solid wall.

Beispielsweise bildet die Wand 4 eine Wandung eines abgeschlossenen Behälters oder ist Teil einer derartigen Wandung. Beispielsweise befindet sich der primäre Wandler 2 in einem Außenraum des Behälters und der sekundäre Wandler 3 in einem Innenraum des Behälters. Dem primären Wandler 2 kann elektrische Energie zugeführt werden. Dabei verformt sich das piezoelektrische Material des Wandlers 2. Insbesondere wird eine akustische Welle erzeugt, die über die Wand 4 zum sekundären Wandler 3 übertragen wird und durch das piezoelektrische Material des sekundären Wandlers 3 wieder in elektrische Energie umgewandelt wird. Somit erfolgt die Energieübertragung durch einen akustischen Kanal durch die Wand 4 hindurch. Die akustische Welle weist beispielsweise eine Frequenz im Ultraschall-Bereich auf. Beispielsweise ist das akustische Signal als sinusförmige Druckwelle ausgebildet.For example, the wall forms 4th a wall of a closed container or is part of such a wall. For example, there is the primary transducer 2 in an outer space of the container and the secondary transducer 3 in an interior of the container. The primary converter 2 electrical energy can be supplied. The piezoelectric material of the transducer is deformed in the process 2 . In particular, an acoustic wave is generated across the wall 4th to the secondary converter 3 and through the piezoelectric material of the secondary transducer 3 is converted back into electrical energy. Thus, the energy is transmitted through an acoustic channel through the wall 4th through. The acoustic wave has a frequency in the ultrasonic range, for example. For example, the acoustic signal is designed as a sinusoidal pressure wave.

Der primäre Wandler 2 fungiert dabei als Sender und der sekundäre Wandler 3 als Empfänger. Es ist aber auch möglich, dass der primäre Wandler 2 als Empfänger fungiert und der sekundäre Wandler 3 als Sender fungiert oder das der primäre Wandler 2 und der sekundäre Wandler 3 gleichzeitig oder abwechselnd als Sender und Empfänger fungieren.The primary converter 2 acts as a transmitter and the secondary converter 3 as receiver. But it is also possible that the primary converter 2 acts as a receiver and the secondary converter 3 acts as a transmitter or that the primary transducer 2 and the secondary converter 3 act simultaneously or alternately as sender and receiver.

Die Wandler 2, 3 sind beispielsweise als MEMS-Bauteile ausgeführt, so dass sehr kleine Grundflächen erreicht werden können. Um einen gut gebündelten Signal-Kegel vom primären zum sekundären piezoelektrischen Wandler 2, 3 zur Wand 4 zu erzeugen, sollte der Durchmesser d_p, d_s der beiden Wandler 2, 3 allerdings abhängig von der akustischen Wellenlänge eine bestimmte Mindestgröße aufweisen. Beispielsweise ist der Durchmesser d_p, d_s der Wandler 2, 3 jeweils zumindest 20-mal größer als die akustische Wellenlänge.The converters 2 , 3 are designed as MEMS components, for example, so that very small footprints can be achieved. Around a well-bundled signal cone from the primary to the secondary piezoelectric transducer 2 , 3 to the wall 4th to produce should be the diameter d_p , d_s of the two converters 2 , 3 however, have a certain minimum size depending on the acoustic wavelength. For example, the diameter is d_p , d_s the converter 2 , 3 each at least 20 times larger than the acoustic wavelength.

Beispielsweise ist die akustische Wellenlänge im Bereich von 100 µm. Beispielsweise weisen die Wandler jeweils einen Durchmesser d_p, d_s von 1 bis 10 mm auf. Es kann sich dabei um einen mittleren Durchmesser handeln. Beispielsweise sind die Wandler 2, 3 scheibenartig ausgebildet.For example, the acoustic wavelength is in the range of 100 µm. For example, the transducers each have a diameter d_p , d_s from 1 to 10 mm. It can be an average diameter. For example, the converters 2 , 3 disc-like.

Die Wandler 2, 3 können abnehmbar an der Wand 4 befestigt sein. Die Details zur Befestigung lassen sich beispielsweise den 9 und 10 entnehmen.The converters 2 , 3 can be detachable on the wall 4th be attached. The details of the attachment can be, for example, the 9 and 10 remove.

2 zeigt ein Diagramm der Transmission S (in Dezibel) und der Fouriertransformierten F (in Dezibel) der Impulsantwort in Abhängigkeit von der Frequenz f (in Hz) bei einer Übertragungsanordnung gemäß 1. 2 shows a diagram of the transmission S. (in decibels) and the Fourier transform F. (in decibels) of the impulse response as a function of the frequency f (in Hz) with a transmission arrangement according to 1 .

Das Diagramm veranschaulicht die Abhängigkeit der Filtercharakteristika von den Dicken t_p, t_s der Wandler 2, 3 und der Dicke t w der Wand 4. Beispielsweise weist die Wand 4 eine Dicke im Bereich von 2 mm und die Wandler 2, 3 weisen Dicken im Bereich von 0,2 mm auf.The diagram illustrates the dependence of the filter characteristics on the thicknesses t_p , t_s the converter 2 , 3 and the fat one t w the wall 4th . For example, the wall has 4th a thickness in the range of 2 mm and the transducers 2 , 3 have thicknesses in the range of 0.2 mm.

Insgesamt führt eine Verringerung der Dicke der Anordnung, insbesondere der Wandler 2, 3 und der Wand 4, zu einer Verbreiterung des Abstandes zwischen den Frequenzspitzen, wie mit einer Simulation gezeigt werden kann. Die Frequenzspitzen, entsprechend den Resonanzfrequenzen, sind Kavitätsmoden im Material der Wand 4 und hängen essentiell von der Dicke der Wand 4 ab.Overall, the thickness of the arrangement, in particular the transducer, is reduced 2 , 3 and the wall 4th , to a widening of the distance between the frequency peaks, as can be shown with a simulation. The frequency peaks, corresponding to the resonance frequencies, are cavity modes in the material of the wall 4th and depend essentially on the thickness of the wall 4th from.

Andererseits beeinflusst die Dicke der piezoelektrischen Wandler 2, 3 direkt die Impulsantwort im Zeitbereich. Dies verändert die Form der Einhüllenden der Transfer-Funktion im Frequenzbereich.On the other hand, it affects the thickness of the piezoelectric transducer 2 , 3 directly the impulse response in the time domain. This changes the shape of the envelope of the transfer function in the frequency domain.

So ergibt sich, abhängig von der Dicke der Wandler 2, 3 ein Frequenzbereich, in dem die Resonanzen besonders effiziente Energieübertragung erlauben. Eine effiziente Resonanzstelle ist eingekreist. Vorliegend liegt hier ein Maximum der Transmission vor.This results, depending on the thickness of the transducers 2 , 3 a frequency range in which the resonances allow particularly efficient energy transfer. An efficient resonance point is circled. In the present case, the transmission is at a maximum.

Insgesamt kann eine effiziente Übertragung elektrischer Leistung durch den akustischen Kanal (Wand) erreicht werden, wenn die Übertragungsanordnung 1 an einer geeigneten Resonanzfrequenz, insbesondere einer effizienten Resonanzstelle betrieben wird.Overall, efficient transmission of electrical power through the acoustic channel (wall) can be achieved if the transmission arrangement 1 is operated at a suitable resonance frequency, in particular an efficient resonance point.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der primäre Wandler 2 und der sekundäre Wandler 3 gleiche Resonanzfrequenzen aufweisen. Dies kann durch gleiche Materialeigenschaften, gleiche Dicke und gleiche Belastung erreicht werden. Als Belastung kann insbesondere die Anschlussimpedanz bezeichnet werden. Durch Variation dieser Anschlussimpedanz kann die Resonanzfrequenz verstimmt werden.It is particularly favorable if the primary converter 2 and the secondary converter 3 have the same resonance frequencies. This can be achieved by using the same material properties, the same thickness and the same load. In particular, the connection impedance can be referred to as load. The resonance frequency can be detuned by varying this connection impedance.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Übertragungsanordnung 1 zur Übertragung elektrischer Energie, bei der die piezoelektrischen Wandler 2, 3 durch Klebeschichten 5, 6 an der Wand 4 befestigt sind. Beispielsweise handelt es sich um einen Epoxidklebstoff. Bei einer Übertragungsanordnung aufweisend einen abnehmbar befestigten Wandler ist beispielsweise nur einer der Wandler 2, 3 durch eine hier gezeigte Klebeschicht an der Wand 4 befestigt. Der andere Wandler ist beispielsweise gemäß den 9 und 10 abnehmbar befestigt. 3 Figure 3 shows an embodiment of a transmission arrangement 1 for the transmission of electrical energy, in which the piezoelectric transducer 2 , 3 through adhesive layers 5 , 6th on the wall 4th are attached. For example, it is an epoxy adhesive. In the case of a transmission arrangement having a detachably attached transducer, for example, only one of the transducers is 2 , 3 through an adhesive layer shown here on the wall 4th attached. The other converter is, for example, according to FIGS 9 and 10 removably attached.

Die Klebeschichten 5, 6 können zusätzlich zur Befestigung auch zur akustischen Anpassung, insbesondere Impedanzanpassung, und/oder zur Führung bzw. Fokussierung des Signals ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen Wand 4 und wenigstens einem Wandler 2, 3 eine zusätzlich zur Klebeschicht 5, 6 vorhandene Anpassungsschicht vorhanden ist.The adhesive layers 5 , 6th can also be designed for acoustic matching, in particular impedance matching, and / or for guiding or focusing the signal in addition to fastening. It can also be provided that between the wall 4th and at least one converter 2 , 3 one in addition to the adhesive layer 5 , 6th existing adaptation layer is present.

Die Klebeschichten 5, 6 können auch elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Die Klebeschichten 5, 6 können jeweils zusätzlich auch als Kontakt 29, 30 zur elektrischen Kontaktierung der Wandler 2, 3 ausgebildet sein. Ein weiterer Kontakt 31, 32 ist beispielsweise jeweils auf der von der Wand 4 abgewandten Seite des Wandlers 2, 3 angeordnet. Der weitere Kontakt 31, 32 ist beispielsweise eine als Paste aufgebrachte gesinterte metallische Schicht.The adhesive layers 5 , 6th can also be designed to be electrically conductive. The adhesive layers 5 , 6th can also be used as a contact 29 , 30th for electrical contacting of the converter 2 , 3 be trained. Another contact 31 , 32 is for example on each of the wall 4th remote side of the converter 2 , 3 arranged. The further contact 31 , 32 is for example a sintered metallic layer applied as a paste.

Der primäre Wandler 2 wird mit einer Eingangsspannung V in betrieben. Der sekundäre Wandler erzeugt eine Ausgangsspannung V out.The primary converter 2 is operated with an input voltage V in. The secondary converter produces an output voltage V out.

4 zeigt eine Ausführungsform einer Übertragungsanordnung 1, bei der zusätzliche Anpassungsschichten 9, 10 zwischen Wand 4 und den Wandlern 2, 3 angeordnet sind. Es kann auch nur zwischen einem der Wandler 2, 3 und der Wand 4 eine Anpassungsschicht 9, 10 vorhanden sein. Bei einer Übertragungsanordnung aufweisend einen abnehmbar befestigten Wandler ist beispielsweise nur einer der Wandler 2, 3 durch eine hier gezeigte Klebeschicht an der Wand 4 befestigt. Der andere Wandler ist beispielsweise gemäß den 9 und 10 abnehmbar befestigt. 4th Figure 3 shows an embodiment of a transmission arrangement 1 , with the additional adjustment layers 9 , 10 between wall 4th and the converters 2 , 3 are arranged. It can also only be between one of the converters 2 , 3 and the wall 4th an adaptation layer 9 , 10 to be available. In the case of a transmission arrangement having a detachably attached transducer, for example, only one of the transducers is 2 , 3 through an adhesive layer shown here on the wall 4th attached. The other converter is, for example, according to FIGS 9 and 10 removably attached.

Aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Wandlers 2, 3 können an unterschiedlichen Orten des Wandlers 2, 3 abgegebene Signalanteile, die beim Aussenden gleich sind, mit unterschiedlicher Phasenlage auf die Wand treffen. Die Klebeschicht 5, 6 oder Anpassungsschicht kann derart ausgebildet sein, dass die Phasenlagen aller Anteile beim Eintritt in die Wand 4 möglichst gleich sind, so dass destruktive Interferenz möglichst vermieden wird. Die Klebeschicht 5, 6 ist insbesondere derart ausgebildet, dass bei Überlagerung der einzelnen Signalanteile ein möglichst großes Gesamtsignal resultiert. Beispielsweise ist bei einer planen Wand 4 die Klebeschicht ebenfalls plan ausgebildet. Bei einer unebenen Wand ist die Klebeschicht 5, 6 beispielsweise dazu ausgebildet, die Unebenheiten auszugleichen, so dass auch alle Anteile des Signals mit gleicher Phasenlage auf die Wand 4 treffen.Due to the spatial expansion of the transducer 2 , 3 can be in different locations of the converter 2 , 3 emitted signal components, which are the same when transmitted, hit the wall with different phase positions. The adhesive layer 5 , 6th or adaptation layer can be designed in such a way that the phase positions of all components when entering the wall 4th are as equal as possible, so that destructive interference is avoided as far as possible. The Adhesive layer 5 , 6th is designed in particular in such a way that when the individual signal components are superimposed, an overall signal that is as large as possible results. For example, on a flat wall 4th the adhesive layer is also flat. In the case of an uneven wall, the adhesive layer is 5 , 6th designed for example to compensate for the unevenness, so that all components of the signal with the same phase position on the wall 4th to meet.

Allgemein kann im Fall einer konstanten akustischen Laufzeit der Signalanteile eine konstante Schichtdicke der Klebeschicht 5, 6 bzw. Anpassungsschicht vorgesehen sein. Für den Fall unterschiedlicher akustischer Laufzeiten durch die Schichtdicke kann ein entsprechend unterschiedlicher Verlauf der Schichtdicke verwendet werden, um beim sekundären Wandler 3 eine phasenrichtige Überlagerung aller Anteile, d.h. konstruktive Interferenz, zu erreichen. Beispielsweise können derartige unterschiedliche Laufzeiten aus einem Temperaturgradienten resultieren.In general, in the case of a constant acoustic transit time of the signal components, a constant layer thickness of the adhesive layer can be achieved 5 , 6th or adaptation layer can be provided. In the case of different acoustic propagation times through the layer thickness, a correspondingly different course of the layer thickness can be used for the secondary transducer 3 to achieve an in-phase superposition of all components, ie constructive interference. For example, such different transit times can result from a temperature gradient.

Die Klebeschicht 5, 6 bzw. Anpassungsschicht kann auch zur Führung bzw. Fokussierung des Signals dienen. Beispielsweise kann somit eine kegelförmige Aufweitung des akustischen Signals vermindert werden. Beispielsweise kann die Anpassungsschicht ein akustisches Meta-Material aufweisen. Es kann auch eine strukturierte Anpassungsschicht durch 3-D Druck hergestellt sein.The adhesive layer 5 , 6th or adaptation layer can also be used to guide or focus the signal. For example, a conical widening of the acoustic signal can thus be reduced. For example, the adaptation layer can have an acoustic meta-material. A structured adaptation layer can also be produced by 3-D printing.

5 zeigt eine Ausführungsform einer Übertragungsanordnung 1, bei der der sekundäre Wandler 3 eine größere Grundfläche aufweist als der primäre Wandler 2. Die Grundfläche ist hierbei eine parallel zur Wand 4 angeordnete Außenfläche des Wandlers 3. Insbesondere ist der Durchmesser d_s des sekundären Wandler 3 größer als der Durchmesser d_p des primären Wandlers 2. Je nach Grundfläche kann es sich dabei auch um einen mittleren oder maximalen Durchmesser handeln. 5 Figure 3 shows an embodiment of a transmission arrangement 1 where the secondary converter 3 has a larger footprint than the primary transducer 2 . The base is here parallel to the wall 4th arranged outer surface of the transducer 3 . In particular, the diameter is d_s of the secondary converter 3 larger than the diameter d_p of the primary converter 2 . Depending on the base area, this can also be a mean or maximum diameter.

Aufgrund der größeren Grundfläche kann auch bei einer Aufweitung des Signals S, insbesondere bei einer kegelförmigen Aufweitung, ein möglichst großer Teil der vom primären Wandler 2 ausgesendeten akustischen Leistung vom sekundären Wandler 3 aufgenommen werden und in elektrische Leistung umgewandelt werden. Darüber hinaus kann hierdurch auch eine Toleranz bei einem montagebedingten Versatz der Wandler 2, 3 erzielt werden.Due to the larger base area, the signal can also be expanded S. , especially in the case of a conical expansion, as large a part as possible of that of the primary transducer 2 emitted acoustic power from the secondary transducer 3 be absorbed and converted into electrical power. In addition, this can also result in a tolerance in the event of an assembly-related offset of the transducers 2 , 3 be achieved.

Es kann auch einer der Wandler 2, 3 abnehmbar an der Wand 4 befestigt sein. Die weiteren Eigenschaften der Übertragungsanordnung 1 gelten entsprechend.It can also be one of the converters 2 , 3 removable on the wall 4th be attached. The other properties of the transmission arrangement 1 apply accordingly.

6 zeigt eine Grundfläche A einer Ausführungsform eine Wandlers 2 für eine Übertragungsvorrichtung 1. 6th shows a base area A. one embodiment a converter 2 for a transmission device 1 .

Die Grundfläche A ist dabei eine Fläche des Wandlers 2, die der Wand 4 bzw. einem anderen akustischen Medium zugewandt ist. Es kann sich hierbei um eine Grundfläche des primären Wandlers 2 und/oder des sekundären Wandlers 3 handeln. Beispielsweise weisen die Wandler 2, 3 die gleiche Grundfläche A auf. Die Wandler 2, 3 können auch die gleiche Grundform, aber eine unterschiedliche Größe aufweisen, wie in 5 gezeigt.The base A. is a surface of the transducer 2 that the wall 4th or facing another acoustic medium. This can be a base area of the primary transducer 2 and / or the secondary converter 3 act. For example, the converter 2 , 3 the same footprint A. on. The converters 2 , 3 can also have the same basic shape but a different size, as in 5 shown.

Die Grundfläche A ist in Form eines Polygons ausgebildet. Beispielsweise handelt es sich um ein Fünfeck. Die Kanten 28 des Polygons sind alle nicht-parallel zueinander ausgebildet. Somit weist das Polygon keine zueinander parallelen Kanten auf, insbesondere keine gegenüberliegenden parallelen Kanten.The base A. is designed in the form of a polygon. For example, it is a pentagon. The edges 28 of the polygon are all non-parallel to one another. The polygon thus has no mutually parallel edges, in particular no opposing parallel edges.

Auf diese Weise können unerwünschte radial-extensionale Moden vermieden werden. Radial-extensionale Moden halten einen Teil der primärseitig zugeführten Energie innerhalb der Wandler und führen zu Verlusten. Weiterhin können durch die radialextensionalen Moden störende Resonanzstellen im Frequenzbereich erzeugt werden.In this way, undesired radial-extension modes can be avoided. Radial-extensional modes keep part of the energy supplied on the primary side within the converter and lead to losses. Furthermore, the radial extensional modes can generate disruptive resonance points in the frequency range.

Zusätzlich können alle Kanten 28 auch unterschiedliche Längen aufweisen, so dass das Auftreten von speziellen Resonanzmoden noch effizienter verhindert werden kann.In addition, all edges 28 also have different lengths, so that the occurrence of special resonance modes can be prevented even more efficiently.

7 zeigt eine Querschnittsfläche Q einer Ausführungsform eine Wandlers 2 für eine Übertragungsvorrichtung 1, beispielsweise der vorhergehenden Figuren. Die Querschnittsfläche Q ist dabei die Fläche bei einem Schnitt durch die Wandler 2, 3 der 1 parallel zur Papierebene. 7th shows a cross-sectional area Q one embodiment a converter 2 for a transmission device 1 , for example the previous figures. The cross-sectional area Q is the area at a section through the transducer 2 , 3 of the 1 parallel to the plane of the paper.

Die der Wand 4 abgewandte Außenseite 11 weist dabei eine strukturierte Geometrie auf. Insbesondere weist die Außenseite 11 wenigstens eine Vertiefung 12 bzw. Erhebung 13 auf. Am Ort der Vertiefung 12 ist der Wandler 2 dünner ausgebildet als am Ort der Erhebung 13. Insbesondere kann der Wandler 2 umlaufend am Rand eine Erhebung aufweisen bzw. dicker ausgebildet sein. Die randseitige Dicke t_1 des Wandlers 2 ist somit größer als die zentrale Dicke t_2 des Wandlers 2. Der Wandler 2 kann auch umlaufend am Rand eine Vertiefung aufweisen bzw. dünner ausgebildet sein.Those of the wall 4th facing away from the outside 11 has a structured geometry. In particular, the outside 11 at least one depression 12th or elevation 13th on. At the place of depression 12th is the converter 2 thinner than at the point of elevation 13th . In particular, the converter 2 have an elevation circumferentially on the edge or be made thicker. The marginal thickness t_1 of the converter 2 is thus greater than the central thickness t_2 of the converter 2 . The converter 2 can also have a recess all around the edge or be made thinner.

Durch eine derart gestufte Ausbildung können akustische Wellen an der Oberfläche der Wand minimiert werden. Diese Oberflächenwellen führen ebenfalls zu Verlusten in der Übertragungsanordnung.Such a stepped design can minimize acoustic waves on the surface of the wall. These surface waves also lead to losses in the transmission arrangement.

Die Wandler 2, 3 können beispielsweise auch eine Kombination der in 6 gezeigten Grundfläche mit der in 7 gestuften Außenfläche aufweisen.The converters 2 , 3 for example, a combination of the in 6th shown base area with the in 7th have stepped outer surface.

8 zeigt eine Übertragungsanordnung 1, die primärseitig und sekundärseitig neben den jeweiligen Wandlern 2, 3 weitere Elemente aufweist. 8th shows a transmission arrangement 1 , the primary side and the secondary side next to the respective transducers 2 , 3 has further elements.

Die Elemente können primärseitig und/oder sekundärseitig jeweils in einer gemeinsamen Wandlereinheit 24, 25 angeordnet sein. Beispielsweise ist bei einem abnehmbar ausgebildeten Wandler die Wandlereinheit 24, 25 als Ganzes abnehmbar ausgebildet.The elements can, on the primary side and / or on the secondary side, each in a common converter unit 24 , 25th be arranged. For example, in the case of a detachable converter, the converter unit is 24 , 25th designed to be removable as a whole.

Auf der Primärseite 14 ist eine Steuerelektronik 16 vorhanden. Die Steuerelektronik 16 nimmt elektrische Leistung auf und wandelt diese in ein geeignetes Ansteuersignal für den primären Wandler 2 um und gibt das Signal an den Wandler 2 ab. Die Steuerelektronik 16 gibt insbesondere ein Eingangssignal an den primären Wandler 2 ab, dessen Frequenz gut auf eine Resonanzfrequenz eingestellt ist. Das Eingangssignal ist beispielsweise ein Sinussignal.On the primary side 14th is a control electronics 16 available. The control electronics 16 takes up electrical power and converts it into a suitable control signal for the primary converter 2 and sends the signal to the converter 2 from. The control electronics 16 in particular gives an input signal to the primary transducer 2 whose frequency is well adjusted to a resonance frequency. The input signal is, for example, a sinusoidal signal.

Beispielsweise wird das Eingangssignal automatisch nachgeregelt, in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, wie z.B. Temperatur, oder zum Ausgleich von Toleranzen in der Fertigung und Montage, so dass das Eingangssignal an eine geänderte mechanisch-akustische Resonanzfrequenz angepasst wird.For example, the input signal is automatically readjusted depending on ambient conditions, such as temperature, or to compensate for tolerances in production and assembly, so that the input signal is adapted to a changed mechanical-acoustic resonance frequency.

Zwischen dem primären Wandler 2 und der Wand 4 ist eine akustische Impedanz-Anpassung 17 angeordnet. Die elektrische Anschluss-Impedanz der Wandler 2, 3 ist wesentlich für die Impedanz-Anpassung der elektronischen Funktionsblöcke an der primären Seite (Außenwand) und an der sekundären Seite (Innenwand). Die Impedanz-Anpassung 17 weist beispielsweise die Anpassungsschicht 9 gemäß 4 auf oder besteht aus dieser Anpassungsschicht 9.Between the primary transducer 2 and the wall 4th is an acoustic impedance matching 17th arranged. The electrical connection impedance of the transducers 2 , 3 is essential for the impedance matching of the electronic function blocks on the primary side (outer wall) and on the secondary side (inner wall). The impedance matching 17th has for example the adaptation layer 9 according to 4th on or consists of this adaptation layer 9 .

Die primärseitigen Elemente wie primäre Steuerelektronik 16, primärer Wandler 2 und primäre Impedanz-Anpassung 17 sind beispielsweise in einem gemeinsamen primären Gehäuse 18 angeordnet.The primary-side elements such as primary control electronics 16 , primary converter 2 and primary impedance matching 17th are for example in a common primary housing 18th arranged.

An der Sekundärseite 15 ist beispielsweise eine sekundäre Impedanz-Anpassung 17 zur akustischen Anpassung zwischen Wand 4 und sekundärem Wandler 3 vorhanden.On the secondary side 15th is for example a secondary impedance matching 17th for acoustic adaptation between the wall 4th and secondary converter 3 available.

Zudem weist die Sekundärseite 15 eine sekundäre Steuerelektronik 20 auf, die das elektrische Signal des sekundären Wandlers 3 in geregelte elektrische Leistung, beispielsweise eine geregelte Gleichspannung, umformt. Optional können weitere Elemente, wie z.B. ein Energiespeicher enthalten sein.In addition, the secondary side 15th a secondary control electronics 20th on which the electrical signal of the secondary transducer 3 converted into regulated electrical power, for example a regulated DC voltage. Optionally, further elements, such as an energy store, can be included.

Die sekundärseitigen Elemente wie sekundäre Steuerelektronik 20, sekundärer Wandler 3 und sekundäre Impedanz-Anpassung 19 sind beispielsweise in einem gemeinsamen, sekundären Gehäuse 21 angeordnet.The secondary-side elements such as secondary control electronics 20th , secondary converter 3 and secondary impedance matching 19th are for example in a common, secondary housing 21 arranged.

9 zeigt eine Übertragungsanordnung 1 bei dem der primäre Wandler 2 und der sekundäre Wandler 3 abnehmbar von der Wand 4 ausgebildet sind. 9 shows a transmission arrangement 1 where the primary converter 2 and the secondary converter 3 removable from the wall 4th are trained.

Die Wandler 2, 3 sind jeweils an einem Magneten 22, 23 befestigt. Beispielsweise sind die Wandler 2, 3 mit dem jeweiligen Magneten verklebt, z.B. mittels eines Epoxidklebers. Es handelt sich beispielsweise um NdFeB-Magnete.The converters 2 , 3 are each on a magnet 22nd , 23 attached. For example, the converters 2 , 3 glued to the respective magnet, for example by means of an epoxy adhesive. These are, for example, NdFeB magnets.

Somit weist eine primäre Wandlereinheit 24 den primären Wandler 2 und den primären Magneten 22 auf, die sekundäre Wandlereinheit 25 weist den sekundären Wandler 3 und den sekundären Magneten 23 auf. Die primäre Wandlereinheit 24 und die sekundäre Wandlereinheit 25 bilden jeweils eine Einheit und können somit als Ganzes von der Wand 4 abgenommen werden.Thus, it has a primary converter unit 24 the primary converter 2 and the primary magnet 22nd on, the secondary converter unit 25th assigns the secondary converter 3 and the secondary magnet 23 on. The primary converter unit 24 and the secondary converter unit 25th each form a unit and can therefore be removed from the wall as a whole 4th be removed.

Zwischen den Magneten 22, 23 und der Wand 4 kann jeweils eine Anpassungsschicht 9, 10 vorhanden sein, wie für 4 beschrieben. Die Anpassungsschichten 9, 10 können permanent an der Wand 4 angebracht sein. Es ist auch möglich, die Anpassungsschichten 9, 10 abnehmbar an der Wand 4 und permanent am jeweiligen Wandler 2, 3 zu befestigten.Between the magnets 22nd , 23 and the wall 4th can each have an adaptation layer 9 , 10 be present as for 4th described. The adjustment layers 9 , 10 can be permanently on the wall 4th to be appropriate. It is also possible to use the adjustment layers 9 , 10 removable on the wall 4th and permanently on the respective converter 2 , 3 to be fortified.

Es ist auch möglich, nur einen der Wandler 2, 3 abnehmbar auszugestalten. Beispielsweise ist der Wandler, der sich im Innenraum eines Gehäuses befindet permanent befestigt und der Wandler, der sich im Außenraum befindet, abnehmbar befestigt. Beispielsweise ist der sekundäre Wandler 3 permanent befestigt und der primäre Wandler 2 abnehmbar befestigt.It is also possible to have just one of the converters 2 , 3 design removable. For example, the transducer, which is located in the interior of a housing, is permanently attached and the transducer, which is located in the exterior, is detachably attached. For example, is the secondary converter 3 permanently attached and the primary transducer 2 removably attached.

Die Magnete 22, 23 können elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Die Magnete 22, 23 können jeweils als Kontakt 29, 30 zur elektrischen Kontaktierung der Wandler 2, 3 ausgebildet sein. Ein weiterer Kontakt 31, 32 ist beispielsweise jeweils auf der von der Wand 4 abgewandten Seite des Wandlers 2, 3 angeordnet.The magnets 22nd , 23 can be designed to be electrically conductive. The magnets 22nd , 23 can each as a contact 29 , 30th for electrical contacting of the converter 2 , 3 be trained. Another contact 31 , 32 is for example on each of the wall 4th remote side of the converter 2 , 3 arranged.

10 zeigt eine Übertragungsanordnung 1, bei der der primäre Wandler 2 in einer Halterung 26 aufgenommen ist. 10 shows a transmission arrangement 1 where the primary converter 2 in a holder 26th is recorded.

Der primäre Wandler 2 ist insbesondere herausnehmbar in der Halterung 26 aufgenommen und somit abnehmbar an der Wand 4 befestigt. Die Halterung 26 stützt den Wandler 2 nach unten und zur Seite hin ab. Die Halterung 26 kann auch weitere Seitenflächen aufweisen, die den Wandler in einer Richtung in die Bildfläche hinein und aus der Bildfläche heraus abstützen. Beispielsweise kann der Wandler 2 von oben in die Halterung 26 eingeschoben werden. Alternativ kann die Halterung auch ähnlich wie die Halterung für eine Batterie-Knopfzelle ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Wandler beispielsweise senkrecht zur Wand hin in die Halterung einschiebbar.The primary converter 2 is particularly removable in the holder 26th recorded and thus removable on the wall 4th attached. The bracket 26th supports the converter 2 down and to the side. The bracket 26th can also have further side surfaces which support the transducer in a direction into and out of the image surface. For example, the converter 2 into the holder from above 26th be inserted. Alternatively, the holder can also be designed similarly to the holder for a button battery cell. In this case, the transducer can be pushed into the holder, for example, perpendicular to the wall.

Die Halterung 26 weist eine Rastvorrichtung 27, beispielsweise in Form eines Vorsprungs auf. Der Wandler 2 weist beispielsweise eine komplementäre ausgebildete Rastvorrichtung, beispielsweise eine Vertiefung auf. Der Wandler 27 kann auch durch die Halterung 26 federnd gehalten werden, ohne dass eine Rastvorrichtung in eine Vertiefung des Wandlers 2 eingreift.The bracket 26th has a locking device 27 , for example in the form of a projection. The converter 2 has, for example, a complementary designed latching device, for example a recess. The converter 27 can also through the bracket 26th be held resiliently without a latching device in a recess of the transducer 2 intervenes.

Die Halterung 26 ist beispielsweise an der Wand 4 durch Kleben befestigt. Die Halterung 26 kann beispielsweise auch angeschraubt sein. Die Halterung 26 ist somit permanent an der Wand 4 befestigt.The bracket 26th is on the wall, for example 4th attached by gluing. The bracket 26th can also be screwed on, for example. The bracket 26th is therefore permanently on the wall 4th attached.

Die Halterung 26 kann zusätzlich auch eine Funktion als Kontakt 29 zur elektrischen Kontaktierung des Wandlers 2 aufweisen. Weitere Kontakte 30, 31, 32 können durch Anpassungs- bzw. Klebeschichten gebildet werden.The bracket 26th can also function as a contact 29 for electrical contacting of the converter 2 exhibit. further contacts 30th , 31 , 32 can be formed by adaptation or adhesive layers.

Die im Zusammenhang mit den 1 bis 8 beschriebenen Eigenschaften der Wandler und Übertragungsanordnungen können entsprechend bei den in den 9 und 10 gezeigten abnehmbaren Wandler vorhanden sein, soweit sich dies mit den beschriebenen Eigenschaften vereinbaren lässt.Those related to the 1 to 8th The described properties of the transducers and transmission arrangements can be used in accordance with the in the 9 and 10 Detachable transducers shown must be available, provided that this can be reconciled with the properties described.

Darüber hinaus kann bei den in den 1 bis 8 Übertragungsanordnungen anstelle einer festen Wand auch ein anderes Medium vorhanden sein, soweit sich dies mit den beschriebenen Eigenschaften vereinbaren lässt.In addition, in the 1 to 8th Transmission arrangements instead of a fixed wall also have another medium, provided that this can be reconciled with the properties described.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ÜbertragungsanordnungTransfer arrangement
22
primärer Wandlerprimary converter
33
sekundärer Wandlersecondary converter
44th
Wandwall
5, 65, 6
KlebeschichtAdhesive layer
7, 87, 8
weitere Klebeschichtfurther adhesive layer
9, 109, 10
AnpassungsschichtAdaptation layer
1111
AußenseiteOutside
1212th
Vertiefungdeepening
1313th
ErhebungElevation
1414th
PrimärseitePrimary side
1515th
SekundärseiteSecondary side
1616
primäre Steuerelektronikprimary control electronics
1717th
primäre Impedanz-Anpassungprimary impedance matching
1818th
primäres Gehäuseprimary housing
1919th
sekundäre Impedanz-Anpassungsecondary impedance matching
2020th
sekundäre Steuerelektroniksecondary control electronics
2121
sekundäres Gehäusesecondary housing
2222nd
primärer Magnetprimary magnet
2323
sekundärer Magnetsecondary magnet
2424
primäre Wandlereinheitprimary converter unit
2525th
sekundäre Wandlereinheitsecondary converter unit
2626th
Halterungbracket
2727
RastvorrichtungLocking device
2828
KanteEdge
2929
KontaktContact
3030th
KontaktContact
3131
KontaktContact
3232
KontaktContact
SS.
SignalaufweitungSignal expansion
t_pt_p
Dicke primärer WandlerThick primary transducers
t st s
Dicke sekundärer WandlerSecondary transducer thickness
t_1t_1
erste Dickefirst thickness
t_2t_2
zweite Dickesecond thickness
t_Wt_W
Dicke WandThick wall
d_pd_p
Durchmesser primärer WandlerPrimary transducer diameter
d_sd_s
Durchmesser sekundärer WandlerSecondary Transducer Diameter
ΔfΔf
Abstand zwischen FrequenzspitzenDistance between frequency peaks
TT
Transmissiontransmission
FF.
Fouriertransformation der ImpulsantwortFourier transform of the impulse response
ff
Frequenzfrequency
V_inV_in
V_outV_out
AA.
GrundflächeFloor space
QQ
QuerschnittsflächeCross sectional area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Ding-Xin Yang, Zheng Hu, Hong Zhao, Hai-Feng Hu, Yun-Zhe Sun and Bao-Jian Hou: „Through-Metal-Wall Power Delivery and Data Transmission for Enclosed Sensors: A Review“ in Sensors 2015, 15, 31581-31605 [0008]Ding-Xin Yang, Zheng Hu, Hong Zhao, Hai-Feng Hu, Yun-Zhe Sun and Bao-Jian Hou: "Through-Metal-Wall Power Delivery and Data Transmission for Enclosed Sensors: A Review" in Sensors 2015, 15, 31581-31605 [0008]

Claims (15)

Übertragungsanordnung, aufweisend einen primären piezoelektrischen Wandler (2), einen sekundären piezoelektrischen Wandler (3) und eine Wand (4) zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern (2, 3), wobei wenigstens einer der Wandler (2, 3) abnehmbar an der Wand (4) befestigbar ist.Transmission arrangement comprising a primary piezoelectric transducer (2), a secondary piezoelectric transducer (3) and a wall (4) for transmitting an acoustic signal between the transducers (2, 3), at least one of the transducers (2, 3) being detachable the wall (4) can be fastened. Übertragungsanordnung nach Anspruch 1, aufweisend einen Magneten (22, 23) zur magnetischen Befestigung des abnehmbaren Wandlers (2, 3) an der Wand (4).Transfer order according to Claim 1 , comprising a magnet (22, 23) for magnetic attachment of the removable transducer (2, 3) to the wall (4). Übertragungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Magnet (22, 23) als Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des Wandlers (3) ausgebildet ist.Transfer order according to Claim 2 , wherein the magnet (22, 23) is designed as a contact for making electrical contact with the transducer (3). Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Anpassungsschicht (9, 10) zur Anpassung von Phasenlagen und/oder zur Führung des akustischen Signals.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, having an adaptation layer (9, 10) for adapting phase positions and / or for guiding the acoustic signal. Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsschicht (9, 10) zwischen der Wand (4) und wenigstens einem der Wandler (2, 3) angeordnet ist.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, wherein the adaptation layer (9, 10) is arranged between the wall (4) and at least one of the transducers (2, 3). Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsschicht (9, 10) als Gel ausgebildet ist.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, wherein the adaptation layer (9, 10) is designed as a gel. Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsschicht (9, 10) unterschiedliche Dicken und/oder eine strukturierte Oberfläche aufweist.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, wherein the adaptation layer (9, 10) has different thicknesses and / or a structured surface. Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Anpassungsschicht (9, 10) ein akustisches Meta-Material aufweist.Transmission arrangement according to one of the Claims 6 or 7th , in which the adaptation layer (9, 10) comprises an acoustic meta-material. Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sekundäre Wandler (3) eine größere Grundfläche aufweist als der primäre Wandler (2).Transmission arrangement according to one of the preceding claims, wherein the secondary transducer (3) has a larger base area than the primary transducer (2). Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, bei dem wenigstens einer der Wandler (2, 3) eine Geometrie aufweist, die zur Verringerung unerwünschter Schwingungsmoden ausgebildet ist.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, in which at least one of the transducers (2, 3) has a geometry which is designed to reduce undesired oscillation modes. Übertragungsanordnung nach Anspruch 10, bei dem wenigstens einer der Wandler (2, 3) eine Grundfläche (A) in Form eines Polygons aufweist, wobei das Polygon frei von zueinander parallelen Kanten ist.Transfer order according to Claim 10 , in which at least one of the transducers (2, 3) has a base area (A) in the form of a polygon, the polygon being free of mutually parallel edges. Übertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem wenigstens einer der Wandler (2, 3) unterschiedliche Dicken (t_1, t_2) aufweist.Transmission arrangement according to one of the Claims 10 or 11 , in which at least one of the transducers (2, 3) has different thicknesses (t_1, t_2). Übertragungsanordnung nach Anspruch 12, bei dem wenigstens einer der Wandler randseitig eine größere Dicke aufweist als in einem zentralen Bereich.Transfer order according to Claim 12 , in which at least one of the transducers has a greater thickness at the edge than in a central area. Übertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Steuerelektronik zur Anpassung eines Eingangssignals an eine Resonanzfrequenz.Transmission arrangement according to one of the preceding claims, having control electronics for adapting an input signal to a resonance frequency. Übertragungsanordnung, aufweisend einen primären piezoelektrischen Wandler (2), einen sekundären piezoelektrischen Wandler (3) und eine Wand (4) zur Übertragung eines akustischen Signals zwischen den Wandlern (2, 3), wobei wenigstens einer der Wandler (2, 3) magnetisch oder mechanisch an der Wand (4) befestigt ist.Transmission arrangement comprising a primary piezoelectric transducer (2), a secondary piezoelectric transducer (3) and a wall (4) for transmitting an acoustic signal between the transducers (2, 3), at least one of the transducers (2, 3) being magnetic or mechanically attached to the wall (4).
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