DE102020206431A1 - Membrantopf - Google Patents

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DE102020206431A1
DE102020206431A1 DE102020206431.8A DE102020206431A DE102020206431A1 DE 102020206431 A1 DE102020206431 A1 DE 102020206431A1 DE 102020206431 A DE102020206431 A DE 102020206431A DE 102020206431 A1 DE102020206431 A1 DE 102020206431A1
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electrical
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Bernd Scheufele
Friedrich Kneule
Andre Gerlach
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Membrantopf (5), insbesondere für einen Schallwandler (1), wobei der Membrantopf (5) eine Membran (10) aufweist. Die Membran (10) des Membrantopfs (5) ist einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet. Der Membrantopf (5) weist wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente (20a, 20b) zur elektrischen Verbindung eines Wandlerelements (25), insbesondere eines piezoelektrischen Wandlerelements des Schallwandlers (1), mit einer Leiterplatte (45) auf. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) sind zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) integriert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Membrantopf, insbesondere für einen Schallwandler, sowie einen Schallwandler mit dem Membrantopf. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Membrantopfs und ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers.
  • Stand der Technik
  • Das Dokument DE19626293 beschreibt die elektrische Kontaktierung eines Piezoelements eines Ultraschallsensors mittels Kontaktfedern. Die Kontaktfedern sind in einem ringförmigen Verbindungskörper aus Kunststoff eingegossen. Dieser Verbindungskörper ist wiederum in ein topfförmiges Schwingelement hineingepresst. Somit wird ein mechanischer und elektrischer Kontakt der Kontaktfedern mit dem Piezoelement und der inneren Mantelfläche des elektrisch leitenden topfförmigen Schwingelements ermöglicht.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vereinfachten Aufbau für einen Membrantopf zu entwickeln.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Membrantopf gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Zudem wird ein Schallwandler gemäß Anspruch 7, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Membrantopfs gemäß dem Anspruch 12 und ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers gemäß Anspruch 13 vorgeschlagen.
  • Der Membrantopf, welcher insbesondere für einen Schallwandler geeignet ist, weist eine Membran, insbesondere eine schwingungsfähige Membran, auf. Die Membran des Membrantopfs ist einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet. Zusätzlich weist der Membrantopf wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente zur elektrischen Verbindung eines Wandlerelements, insbesondere eines piezoelektrischen Wandlerelements des Schallwandlers, mit einer Leiterplatte auf. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind zumindest teilweise in die Membran des Membrantopfs integriert. Durch die Integration der elektrischen Verbindungselemente in die Membran des Membrantopfs wird der Aufbau des Membrantopfs wesentlich vereinfacht gegenüber konventionell hergestellten Membrantöpfen, deren Komponenten einzeln montiert werden, ausgeführt. Zur Integration der wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente in die Membran des Membrantopfs können die elektrischen Verbindungselemente beispielsweise in die Membran zumindest teilweise eingegossen sein. Vorzugsweise ist diese formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen und der Membran des Membrantopfs nicht lösbar ausgeführt.
  • Bevorzugt weist der Membrantopf zusätzlich eine Wandung auf, wobei die Membran und die Wandung des Membrantopfs einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet sind. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind hierbei ebenfalls zumindest teilweise in die Wandung des Membrantopfs integriert. Vorzugsweise ist die Membran als eine Kreisfläche ausgestaltet, an die in dem Membrantopf eine vorzugsweise entsprechend kreiszylindrische Wandung angrenzt. Alternativ ist es denkbar, für die Membran und entsprechend für die Wandung des Membrantopfs andere Formen vorzusehen. So kann die Membran beispielsweise auch als eine ovale Fläche oder als eine rechteckige Fläche ausgestaltet werden, wobei die Wandung des Membrantopfs eine entsprechende Form aufweist, somit beispielsweise ebenfalls als ovaler Zylinder oder als rechteckiger Zylinder ausgestaltet ist.
  • Vorzugsweise weist die Membran zumindest teilweise eine Faserverstärkung auf. Diese Faserverstärkung ist bevorzugt als Fasermatte ausgebildet. Weiterhin vorzugsweise ist die Fasermatte als Faserverstärkung zentrisch in der Membran angeordnet. Bevorzugt ist die Membran oder ein Teilbereich der Membran als ein erster Bereich des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils mit Fasern verstärkt und die Wandung des Membrantopfs als ein zweiter Bereich des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils frei von Fasern ausgebildet. Weiterhin vorzugsweise ist der Kunststoff des Faser-Kunststoff-Verbundbauteils ausgewählt aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff.
  • Bevorzugt sind die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente zur elektrischen Verbindung des Wandlerelements mit der Leiterplatte als wenigstens zwei elektrische Kontaktpins, insbesondere elektrische Steckstifte, ausgebildet. Diese elektrischen Kontaktpins sind elektrisch leitend aus Metall, insbesondere Kupfer, ausgebildet und stellen eine einfache, mechanisch stabile Möglichkeit dar, das Wandlerelement mit der Leiterplatte elektrisch zu verbinden.
  • Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente jeweils eine erste und eine zweite elektrische Kontaktierungsseite auf. Die erste Kontaktierungsseite ist hierbei zur elektrischen Kontaktierung des Wandlerelements ausgebildet und zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in die Membran des Membrantopfs integriert. Mit der ersten und zweiten elektrischen Kontaktierungsseite sind hierbei vorzugsweise Endstücke, insbesondere Randbereiche, der elektrischen Verbindungselemente, welche beispielsweise als elektrische Kontaktpins ausgebildet sind, zu verstehen.
  • Vorzugsweise bilden die Membran, welche an einer Bodenfläche des Membrantopfs angeordnet ist und die, insbesondere hohlzylinderförmige, Wandung des Membrantopfs einen Innenraum des Membrantopfs aus. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind hierbei vorzugsweise vollständig außerhalb des Innenraums des Membrantopfs angeordnet.
  • Bevorzugt sind die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente zumindest teilweise in die Membran des Membrantopfs derart eingebettet, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente formschlüssig mit der Membran des Membrantopfs verbunden sind. Durch die Fixierung der elektrischen Verbindungselemente mittels Einbettung in die Membran bleibt der Schallwandler in Bezug auf seine resultierende Resonanzfrequenz und seine Dämpfung unverändert.
  • Vorzugsweise weist der Membrantopf weiterhin wenigstens ein Versteifungselement zur Versteifung der Wandung des Membrantopfs auf. Das wenigstens eine Versteifungselement ist hierbei in dem Innenraum des Membrantopfs, welcher von Wandung und Membran des Membrantopfs aufgespannt wird, insbesondere vollständig in dem Innenraum des Membrantopfs, angeordnet. Das Versteifungselement hat den Zweck, die Wandung des Membrantopfs schwingungsmechanisch von der, insbesondere schwingfähigen, Membran des Membrantopfs zu entkoppeln. Zudem hat das Versteifungselement vorzugsweise einen auslegbaren Einfluss auf die funktionalen Schwingungseigenschaften des Membrantopfs (z.B. Resonanzfrequenz, Dämpfung und Richtcharakteristik).
  • Vorzugsweise ist das wenigstens eine Versteifungselement formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Membrantopf verbunden. Hierzu kann das Versteifungselement beispielsweise mit dem Membrantopf verklebt sein und/oder es besteht eine Pressverbindung zwischen Versteifungselement und Membrantopf. Bevorzugt ist das Versteifungselement lösbar mit dem Membrantopf verbunden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise eine Klickverbindung des Versteifungselements mit dem Membrantopf, insbesondere der Wandung des Membrantopfs, vorgesehen sein. Bevorzugt ist das wenigstens eine Versteifungselement ebenfalls in die Wandung des Membrantopfs integriert. Durch die Integration des Versteifungselement in die Wandung des Membrantopfs und der somit einteiligen Ausgestaltung des Membrantopfs wird der Aufbau des Membrantopfs wesentlich vereinfacht gegenüber konventionell hergestellten Membrantöpfen, deren Komponenten einzeln montiert werden, ausgeführt. Zur Integration des Versteifungselements in die Wandung des Membrantopfs kann das Versteifungselement beispielsweise in die Wandung eingegossen sein. Bevorzugt ist das Versteifungselement dazu ausgebildet, gegenüberliegende Flächen der Wandung, insbesondere der hohlzylinderförmig ausgebildeten Wandung, miteinander zu verbinden. Das Versteifungselement ist in diesem Zusammenhang an einer der Membran gegenüberliegenden Seite des Innenraums des Membrantopfs angeordnet. Somit ergibt sich eine optimale schwingungsmechanische Entkopplung der Membran von der Wandung des Membrantopfs. Bevorzugt ist das Versteifungselement plattenförmig ausgebildet. Weiterhin vorzugsweise ist das Versteifungselement aus einem Metall, insbesondere Aluminium, ausgebildet. Alternativ ist das Versteifungselement aus einem Kunststoff oder einem Faser-Kunststoffverbund ausgebildet.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schallwandler, insbesondere ein Ultraschallwandler, welcher den zuvor beschriebenen Membrantopf, ein Wandlerelement, insbesondere ein piezoelektrisches Wandlerelement und eine Leiterplatte aufweist. Die Leiterplatte oder auch Platine ist ein Träger für elektronische Bauteile des Schallwandlers. Die Leiterplatte dient der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung des Schallwandlers. Der Membrantopf weist hierbei eine Membran auf. Die Membran des Membrantopfs ist einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet. Zusätzlich weist der Membrantopf wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente zur elektrischen Verbindung des Wandlerelements mit der Leiterplatte auf. Diese wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind zumindest teilweise in die Membran des Membrantopfs integriert. Durch die einstückige Ausbildung der Membran, sowie der Integration der wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente in die Membran des Membrantopfs ergibt sich ein Schallwandler mit einfachem und besonders robustem Aufbau.
  • Vorzugsweise sind die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente als Kontaktpins, insbesondere elektrische Steckstifte, ausgebildet. Die Wandlerelemente, welche insbesondere als Piezowandler mit entsprechenden Kontaktelektroden ausgebildet sind, stehen also elektrisch leitend in Kontakt mit den elektrischen Verbindungselementen. Die elektrischen Verbindungselemente sind wiederum mit der Leiterplatte kontaktiert. Somit kann der Schallwandler elektrisch betrieben werden.
  • Bevorzugt ist das Wandlerelement als piezoelektrisches Wandlerelement mit einer Oberseite und einer Unterseite ausgebildet. Die Oberseite des piezoelektrischen Wandlerelements ist hierbei in Richtung der Membran des Membrantopfs ausgerichtet. Die Oberseite und die Unterseite sind vorzugsweise als ebene Flächen des piezoelektrischen Wandlerelements ausgebildet. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind hierbei in die Membran des Membrantopfs zumindest teilweise derart integriert, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente, insbesondere die zuvor beschrieben erste Kontaktierungsseite des jeweiligen elektrischen Verbindungselements, mit der Oberseite des Wandlerelements, welche insbesondere mit Elektroden des Wanderelements ausgebildet sind, zumindest mittelbar verbunden sind. Somit wird einfach über die Oberseite des Piezowandlers eine elektrische Verbindung des Piezowandlers hergestellt. Weiterhin vorzugsweise ist die Oberseite des Wandlerelements mittelbar mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes mit den wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen verbunden. Es wird also eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Wandlerelement und elektrischen Verbindungselementen hergestellt. Die elektrische Leitfähigkeit des Klebstoffes garantiert darüber hinaus die elektrische Verbindung des piezoelektrischen Wandlerelements mit den elektrischen Verbindungselementen. Auf eine Verbindung mittels elektrisch leitfähiger Drähte kann somit verzichtet werden. Der Klebstoff verhindert eine Verschiebung des piezoelektrischen Wanderelements in einer Haupterstreckungsrichtung des Membrantopfs, insbesondere in eine Längsachse des Membrantopfs.
  • Weiterhin vorzugsweise sind die Membran und das Wandlerelement formschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise verhindert die formschlüssige Verbindung ein Verschieben des Wandlerelements in radialer Richtung des Membrantopfs, insbesondere in eine Umfangsrichtung des Membrantopfs. Die formschlüssige Verbindung erfolgt vorzugsweise über einen Eingriff einer Erhöhung oder eines Zapfens der Membran mit einem Loch oder einer Vertiefung des Wandlerelements.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Membrantopfs. Hierbei werden zunächst wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente auf einer Faserverstärkung, insbesondere einer Fasermatte, angeordnet. Das Anordnen der Verbindungselemente auf der Faserverstärkung kann hierbei das lose oder fest miteinander Verbinden der Komponenten bedeuten. Hierbei dient die Faserverstärkung, insbesondere die Fasermatte, als Unterlage auf die dann die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente angeordnet werden. Folgend wird die vormontierte erste Baugruppe in eine Kavität einer Gussmaschine eingebracht. Bei der Gussmaschine handelt es sich insbesondere um eine Spritzgussmaschine. Dann wird dann ein Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt. Die Faserverstärkung wird hierbei vollständig und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen. Dies führt dazu, dass der Membrantopf mit der Membran und den wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen ausgebildet wird. Die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente sind hierbei zumindest teilweise in die Membran des Membrantopfs integriert. Durch die Vormontage der ersten Baugruppe kann diese Integration der wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente einfach erfolgen.
  • Bevorzugt wird weiterhin wenigstens ein Versteifungselement zur Versteifung der Wandung des Membrantopfs an dem Membrantopf angebracht. Das Versteifungselement kann hierzu beispielsweise an einer der Membran entgegengesetzten Seite der, insbesondere hohlzylinderförmigen, Wandung des Membrantopfs angebracht werden. Hierzu kann das Versteifungselement beispielsweise mit der Wandung des Membrantopfs verklebt werden. Alternativ kann das Versteifungselement auch in die Kavität des Werkzeugs, insbesondere des Spritzgusswerkzeugs, eingebracht werden. Darauf folgend wird das Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt. Das Versteifungselement liegt hierbei zumindest teilweise an dem Kunststoffmaterial an und/oder wird von dem Kunststoffmaterial umschlossen. Somit wird das Versteifungselement ebenfalls in den Membrantopf integriert.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Schallwandlers. Hierzu wird zunächst wieder die erste Baugruppe vormontiert, indem die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente auf einer Faserverstärkung, insbesondere einer Fasermatte, angeordnet werden. Folgend wird eine erste Kontaktierungsseite des jeweiligen elektrischen Verbindungselements mit einer Oberseite eines Wandlerelements, insbesondere mit Elektroden des Wanderelements, zumindest mittelbar verbunden. Durch diesen Verfahrensschritt wird eine zweite Baugruppe erzeugt, welche die erste Baugruppe mit umfasst. Diese vormontierte zweite Baugruppe wird folgend in eine Kavität einer Gussmaschine, insbesondere einer Spritzgussmaschine, eingebracht. Darauf folgend wird ein Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt. Beim Einspritzen wird die Faserverstärkung vollständig und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen. Somit werden die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente zumindest teilweise in die Membran des Membrantopfs integriert. Folgend wird eine zweite Kontaktierungsseite des jeweiligen elektrischen Verbindungselements mit einer Leiterplatte verbunden. Somit wird der Schallwandler mit dem Wandlerelement, der Leiterplatte und dem Membrantopf, umfassend die Membran und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente ausgebildet.
  • Vorzugsweise wird in einem weiteren Verfahrensschritt zur Erzeugung der zweiten Bauform die erste Kontaktierungsseite des jeweiligen elektrischen Verbindungselements mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes mit der Oberseite des Wandlerelements verbunden.
  • Bevorzugt wird weiterhin die Leiterplatte in einem Gehäuse des Schallwandlers angebracht und das Gehäuse wiederum mit dem Membrantopf des Schallwandlers stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Schallwandlers.
    • 2a und 2b zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt in einem Querschnitt einen Schallwandler 1. Der Schallwandler weist hierbei einen Membrantopf 5 auf. Der Membrantopf 5 wiederum weist eine schwingungsfähige Membran 10 auf. Die Membran 10 des Membrantopfs 5 ist einstückig als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil mit einer Faserverstärkung 15 ausgebildet. Die Faserverstärkung 15 ist hierbei als Fasermatte ausgebildet. Der Membrantopf 5 weist zusätzlich zwei elektrische Verbindungselemente 20a und 20b zur elektrischen Verbindung eines Wandlerelements 25 mit einer Leiterplatte 45 des Schallwandlers 1 auf. Die zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b sind zumindest teilweise in die Membran 10 des Membrantopfs 5 integriert. Die elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b sind in einem Teilbereich 24a und 24b derart in die Membran 10 des Membrantopfs 5 eingebettet, dass die zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b formschlüssig mit der Membran 10 des Membrantopfs 5 verbunden sind.
  • Die zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b, welche hierbei als Kontaktpins ausgebildet sind, weisen jeweils eine erste 21a und 21b, sowie eine zweite elektrische Kontaktierungsseite 22a und 22b auf. Die erste Kontaktierungsseite 21a und 21b des jeweiligen elektrischen Verbindungselements 20a und 20b dient zur elektrischen Kontaktierung des Schallwandlers 1.
  • Der Membrantopf 5 weist zusätzlich eine Wandung 6 auf. Die Membran 10 und die Wandung 6 des Membrantopfs 5 sind einstückig als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil ausgestaltet. Die zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b sind ebenfalls zumindest teilweise in die Wandung 6 des Membrantopfs 5 integriert. In dieser Ausführungsform weist die Membran 10 eine kreisförmige Schwingungsfläche auf, die in dem Membrantopf 5 an die Wandung 6 angrenzt. Die Membran 10 ist an einem Boden des Membrantopfs 5 angeordnet und zusammen mit der Wandung 6 des Membrantopfs 5, welche in dieser Ausführungsform hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wird ein Innenraum 18 des Membrantopfs 5 aufgespannt. Die elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b sind außerhalb des Innenraums 18 des Membrantopfs 5 angeordnet.
  • Zusätzlich weist der Membrantopf 5 ein Versteifungselement 35 zur Versteifung der Wandung 6 des Membrantopfs 5 auf. Das Versteifungselement 35 ist vollständig in dem Innenraum 18 des Membrantopfs 5 angeordnet und verbindet in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegende Flächen der Wandung 6 miteinander. Das Versteifungselement 35, welches hierbei aus Aluminium ausgebildet ist, stützt somit die Wandung 6 ab und verhindert somit, dass die Wandung 6 bei einer Schwingung der Membran 10 mitschwingt. Das in diesem Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildete Versteifungselement 35 ist an einer der Membran 10 gegenüberliegenden Seite des Innenraums 18 des Membrantopfs 5 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Versteifungselement 35 mit der Wandung 6 stoffschlüssig, beispielsweise mittels Klebung, verbunden.
  • Das Wandlerelement 25 des Schallwandlers 1 ist als piezoelektrisches Wandlerelement mit einer Oberseite 11a und einer Unterseite 11b ausgebildet. Die Oberseite 11a ist in Richtung der Membran 10 des Membrantopfs 5 ausgerichtet. Die erste Kontaktierungsseite 21a und 21b des jeweiligen elektrischen Verbindungselements 20a und 20b ist mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes 40 mit Elektroden 30 des Wanderelements 25, angeordnet auf der Oberseite 11a des Wandlerelements 25, verbunden. Der Klebstoff 11 verhindert eine Verschiebung des Wanderelements 25 in einer Haupterstreckungsrichtung 36 des Membrantopfs 5.
  • Die Membran 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Zapfen 17 als Erhöhung auf. Demgegenüber weist das Piezoelement 25 ein Loch 19 als Vertiefung auf. Der Zapfen 17 und das Loch 19 stehen in Eingriff, wodurch eine formschlüssige Verbindung der Membran 10 mit dem Wandlerelement 25 geschaffen wird. Diese formschlüssige Verbindung verhindert ein Verschieben des Wandlerelements 25 in radialer Richtung 37 des Membrantopfs 5.
  • 2a und 2b zeigen schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers 1. Auf 2a ist eine vormontierte zweite Baugruppe 2 gezeigt.
  • Zur Erzeugung der zweiten Baugruppe 2 werden zunächst zwei Kontaktpins als elektrische Verbindungselemente 20a und 20b auf einer Faserverstärkung 15, welche hierbei als eine Fasermatte ausgebildet ist, angeordnet. Dadurch wird eine erste Baugruppe 3 erzeugt, welche später in dem fertigen Erzeugnis einen Membrantopf 5 darstellt. Ein jedes elektrische Verbindungselement 20a oder 20b weist eine erste Kontaktierungsseite 21a oder 21b auf, welche zur elektrischen Kontaktierung des Schallwandlers 1 dient. Diese erste Kontaktierungsseite 21a und 21b wird in einem folgenden Verfahrensschritt mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes 40 mit den Elektroden 30 auf einer Oberseite 11a eines Wandlerelements 25 verbunden. Somit wird auch die, die erste Baugruppe 3 umfassende zweite Baugruppe 2 erzeugt. In einem folgenden, hier nicht dargestellten Verfahrensschritt wird die vormontierte zweite Baugruppe 2 in eine hier nicht dargestellte Kavität einer Gussmaschine, insbesondere einer Spritzgussmaschine, eingebracht. Darauf folgend wird ein Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt. Wie auf 2b zu erkennen ist, wird hierbei die Faserverstärkung 15 vollständig und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen. Die zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b werden somit zumindest teilweise in eine schwingungsfähige Membran 10 des Membrantopfs 5 integriert. In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Kontaktierungsseite 22a und 22b des jeweiligen Verbindungselements 20a und 20b mit einer Leiterplatte 45 elektrisch verbunden. Somit wird der Schallwandler 1 mit dem Wandlerelement 25, der Leiterplatte 45 und dem Membrantopf 5, umfassend die Membran 10 und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente 20a und 20b, ausgebildet.
  • In dieser Ausführungsform weist die zweite Baugruppe 2 zeitlich vor dem Einspritzen des Kunststoffmaterials zwischen Wandlerelement 25 und Faserverstärkung 15 einen Hohlraum 19 auf. Dieser Hohlraum 19 wird beim Einspritzen des Kunststoffmaterials mit dem Kunststoffmaterial aufgefüllt, wodurch ein Zapfen 17 als Erhöhung der Membran 10 erzeugt wird. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung der Membran 10 mit dem Wandlerelement 25.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19626293 [0002]

Claims (13)

  1. Membrantopf (5), insbesondere für einen Schallwandler (1), wobei der Membrantopf (5) eine Membran (10) aufweist, wobei die Membran (10) des Membrantopfs (5) einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet ist, wobei der Membrantopf (5) wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente (20a, 20b) zur elektrischen Verbindung eines Wandlerelements (25), insbesondere eines piezoelektrischen Wandlerelements des Schallwandlers (1), mit einer Leiterplatte (45) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) integriert sind.
  2. Membrantopf (5) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (10) zumindest teilweise eine Faserverstärkung (15) aufweist.
  3. Membrantopf (5) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) jeweils eine erste (21a, 21b) und eine zweite elektrische Kontaktierungsseite (22a, 22) aufweisen, wobei die erste Kontaktierungsseite (21a, 21b) zur elektrischen Kontaktierung des Wandlerelements (25) ausgebildet ist, und zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) integriert ist.
  4. Membrantopf (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zur elektrischen Verbindung des Wandlerelements (25) mit der Leiterplatte (45) als wenigstens zwei elektrische Kontaktpins, insbesondere elektrische Steckstifte, ausgebildet sind.
  5. Membrantopf (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) derart eingebettet sind, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) formschlüssig mit der Membran (10) des Membrantopfs (5) verbunden sind.
  6. Membrantopf (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrantopf (5) zusätzlich eine Wandung (6) aufweist, wobei die Membran (10) und die Wandung (6) des Membrantopfs (5) einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet sind, und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in die Wandung (6) des Membrantopfs (5) integriert sind.
  7. Schallwandler (1), aufweisend - einen Membrantopf (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, und - einem Wandlerelement (25), insbesondere einem piezoelektrischen Wandlerelement, und - einer Leiterplatte (45), wobei eine Membran (10) des Membrantopfs (5) einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet ist, wobei der Membrantopf (5) wenigstens zwei elektrische Verbindungselemente (20a,20b) zur elektrischen Verbindung des Wandlerelements (25) mit der Leiterplatte (45) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) integriert sind.
  8. Schallwandler (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement (25) als piezoelektrisches Wandlerelement mit einer Oberseite (11a) und einer Unterseite (11b) ausgebildet ist, wobei die Oberseite (11a) in Richtung der Membran (10) des Membrantopfs (5) ausgerichtet ist, wobei die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) in die Membran (10) des Membrantopfs (5) zumindest teilweise derart integriert sind, dass die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b), insbesondere eine erste Kontaktierungsseite (21a) des jeweiligen elektrischen Verbindungselements (20a, 20b), mit der Oberseite (11a) des Wandlerelements (25), insbesondere mit Elektroden (30) des Wanderelements (25), zumindest mittelbar verbunden sind.
  9. Schallwandler (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (11a) des Wandlerelements (25) mittelbar mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes (40) mit den wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen (20a, 20b) verbunden sind.
  10. Schallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (10) und das Wandlerelement (25) formschlüssig verbunden sind.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Membrantopfs (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Anordnen von wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen (20a, 20b) auf einer Faserverstärkung (15), insbesondere einer Fasermatte, sodass eine erste Baugruppe (3) erzeugt wird, und - Einbringen der ersten Baugruppe (3) in eine Kavität einer Gussmaschine, insbesondere einer Spritzgussmaschine, und - Einspritzen eines Kunststoffmaterials in die Kavität, wobei die Faserverstärkung (15) vollständig und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen werden, , wodurch der Membrantopf (5) mit der Membran (10) und den wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen (20a, 20b) ausgebildet wird, wobei die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in die Membran (10) des Membrantopfs (5) integriert sind.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: - Anordnen von wenigstens zwei elektrischen Verbindungselementen (20a, 20b) auf einer Faserverstärkung (15), insbesondere einer Fasermatte, sodass eine erste Baugruppe (3) erzeugt wird, und - zumindest mittelbares Verbinden einer ersten Kontaktierungsseite (21a, 21b) des jeweiligen elektrischen Verbindungselements (20a, 20b), mit einer Oberseite (11a) eines Wandlerelements (25), insbesondere mit Elektroden (30) des Wanderelements (25), sodass eine zweite Baugruppe (2) erzeugt wird, wobei die zweite Baugruppe (2) die erste Baugruppe (3) umfasst, und - Einbringen der zweiten Baugruppe (2) in eine Kavität einer Gussmaschine, insbesondere einer Spritzgussmaschine, und - Einspritzen eines Kunststoffmaterials in die Kavität, wobei die Faserverstärkung (15) vollständig und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen werden, wodurch die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) zumindest teilweise in eine Membran (10) eines Membrantopfs (5) integriert sind, und - Verbinden einer zweiten Kontaktierungsseite (22a, 22b) des jeweiligen elektrischen Verbindungselements (20a, 20b) mit einer Leiterplatte (45), , wodurch der Schallwandler (1) mit dem Wandlerelement (25), der Leiterplatte (45) und dem Membrantopf (5), umfassend die Membran (10) und die wenigstens zwei elektrischen Verbindungselemente (20a, 20b) ausgebildet wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der zweiten Baugruppe (2) die erste Kontaktierungsseite (21a, 21b) des jeweiligen elektrischen Verbindungselements (20a, 20b) mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes (40) mit der Oberseite (11a) des Wandlerelements (25) verbunden wird.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626293A1 (de) 1996-07-01 1998-01-08 Teves Gmbh Alfred Ultraschallwandler mit Kontaktglied

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMO20060361A1 (it) * 2006-11-07 2008-05-08 Meta System Spa Dispositivo sensore, particolarmente per applicazioni in sistemi di assitenza al parcheggio, anti-intrusione od altro
DE102017205375A1 (de) * 2017-03-30 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
DE102017216868A1 (de) * 2017-09-25 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Schallwandler
DE102019116080A1 (de) * 2019-06-13 2020-12-17 USound GmbH MEMS-Schallwandler mit einer aus Polymer ausgebildeten Membran

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626293A1 (de) 1996-07-01 1998-01-08 Teves Gmbh Alfred Ultraschallwandler mit Kontaktglied

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