DE102021123352A1

DE102021123352A1 - Verfahren zur Befestigung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche mittels eines Klebstoffs und Klebehilfe zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102021123352A1
Application number: DE102021123352.6A
Authority: DE
Inventors: Thorben Brandt
Original assignee: Hasytec D&p GmbH
Current assignee: HASYTEC ELECTRONICS AG, DE
Priority date: 2021-09-09
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: DE102021123352B4

Abstract

Verfahren zur Befestigung eines Ultraschallwandlers (10) an einer Oberfläche (20) eines Körpers mittels eines Klebstoffs (30), mit den Schritten: Aufbringen eines Klebstoffs (30) auf die Stirnfläche (12) eines Ultraschallwandlers (10) und/oder auf eine Oberfläche (20), an der der Ultraschallwandler (10) befestigt werden soll, Aufsetzen der Stirnfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) auf die Oberfläche (20), Verschieben einer auf den Ultraschallwandler (10) aufgesetzten Manschette (40), die die Form eines eine konische Aufweitung (42) aufweisenden Rohrs aufweist und mit ihrem der Oberfläche (20) fernen Ende dem Ultraschallwandler (10) dichtend anliegt, in Richtung der Oberfläche (20) bis der Rand der konischen Aufweitung (42) der Oberfläche (20) dichtend anliegt, Aushärten lassen des Klebstoffs (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche mittels eines Klebstoffs.
Die Verwendung von Ultraschall zur Beseitigung von an Oberflächen anhaftenden anorganischen oder organischen Ablagerungen, z.B. anhaftendem Biofilm, oder zur Vermeidung von deren Entstehung, beispielsweise auf der Außenhülle von Wasserfahrzeugen oder auf der Innenseite von Behältern oder Leitungen, ist bereits durch Vorbenutzungshandlungen bekannt. Zur Entfernung oder zum Freihalten von derartigen Ablagerungen an flüssigkeitsführenden oder mit Flüssigkeiten in Kontakt stehenden Oberflächen mittels Ultraschall wird ein Ultraschallwandler auf die gegenüberliegende Seite der freizuhaltenden bzw. zu reinigenden Oberfläche geklebt.
In der Praxis hat sich die Verklebung der Ultraschallwandler mit den Oberflächen der zu behandelnden Körper als Schwachstelle erwiesen, wobei eine sichere und dauerhafte Verklebung oftmals vom Geschick derjenigen Person abhängig ist, die die Verklebung vornimmt. Insbesondere bereits unebene Oberflächen und rundgebogene Oberflächen, beispielsweise die Oberfläche von Rohrleitungen, oftmals Schwierigkeiten eine beständige Verbindung zwischen dem Ultraschallwandler und der Oberfläche des zu beschallenden Körpers herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe, Ultraschallwandler sicher und dauerhaft an Oberflächen von Körpern befestigt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und die Klebehilfe mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, eine standardisierte Verklebung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche dadurch zu erreichen, dass eine auf den Ultraschallwandler aufgesetzte Klebehilfe in Form einer einen definierten Zwischenraum zwischen Oberfläche, Ultraschallwandler und Klebehilfe ausbildenden Manschette verwendet wird, die das Volumen und die Form des eingesetzten Klebstoffs bestimmt und einen geschützten Raum für die Aushärtung des Klebstoffs bildet. Aufgrund der Verwendung einer insbesondere elastischen Manschette ist es problemlos möglich, Unebenheiten der Oberfläche auszugleichen und Ultraschallwandler sogar auf rundgebogenen Rohren zu befestigen.
Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zur Befestigung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche eines Körpers mittels eines Klebstoffs vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist:

1. Aufbringen eines Klebstoffs auf die Stirnfläche eines Ultraschallwandlers und/oder auf eine Oberfläche, an der der Ultraschallwandler befestigt werden soll;
2. Aufsetzen der Stirnfläche des Ultraschallwandlers auf die Oberfläche; und
3. Verschieben einer auf den Ultraschallwandler aufgesetzten Manschette, die die Form eines eine konische Aufweitung aufweisenden Rohrs aufweist und mit ihrem der Oberfläche fernen Ende dem Ultraschallwandler dichtend anliegt, in Richtung der Oberfläche bis der Rand der konischen Aufweitung der Oberfläche dichtend anliegt; und
4. Aushärten lassen des Klebstoffs.

Der verwendete Klebstoff ist bevorzugt ein Epoxidklebstoff, der insbesondere als Zweikomponentenklebstoff ausgebildet ist. Allerdings kann auch einer anderer Klebstoff verwendet werden, sofern dieser nicht stark an Silikon haftet und das Entfernen der Manschette vom Ultraschallwandler verhindert.
Der Durchmesser des Abschnitts der Manschette, der dem Schallwandler anliegt, ist bevorzugt etwas kleiner als der Durchmesser des Schallgebers selbst. Aufgrund der Elastizität der beim Überziehen über den Schallwandler gedehnten Manschette wird damit eine gute Anbindung an und Dichtung gegenüber dem Schallgeber erreicht. Die Höhe der Manschette ist bevorzugt so ausgelegt, dass sie etwa der halben Höhe des Schallgebers entspricht, um genügend Auflagefläche zu erhalten. Die Aufweitung ist dabei speziell so gestaltet, dass sie kurz vor dem stirnseitigen Ende des Schallwandlers anfängt, um eine zusätzliche Stabilität durch Klebehaftung an der Außenseite des Schallwandlers herzustellen und dadurch die Scherstabilität zu erhöhen.
Zusätzlich zur Stirnfläche wird der Klebstoff bevorzugt auf einen die Stirnfläche umgebenden Abschnitt wenigstens einer Seitenfläche des Ultraschallwandlers aufgebracht. Ist der Ultraschallwandler als runder Zylinder ausgebildet, handelt es sich bei der wenigstens einen Seitenfläche um die Mantelfläche des Rundzylinders. Sollte der Ultraschallwandler hingegen ein Zylinder mit einer polygonalen Grundfläche aufweisen, wird bevorzugt Klebstoff auf allen Seitenflächen auftragen. Dabei handelt es sich bei dem Abschnitt der Seitenfläche(n) um eine sich unmittelbar an die Stirnfläche anschließende Fläche, die sich in Richtung des der Stirnfläche gegenüberliegenden Endes des Ultraschallwandlers nur soweit erstreckt, als dieses zur Befestigung des Ultraschallwandlers an der Oberfläche des Körpers notwendig erscheint. Die Länge des Abschnitts sollte jedoch nicht länger als die Länge der verwendeten Manschette sein.
Um eine sichere und dauerhafte Befestigung des Ultraschallwandlers an der Oberfläche des Körpers gewährleisten zu können, ist eine ausreichende Verwendung von Klebstoff unerlässlich. Daher wird in der Regel mehr Klebstoff verwendet werden müssen, als für die Verbindung tatsächlich notwendig ist. Um eine einwandfreie Verklebung zu schaffen, die keine Angriffsfläche für einen etwaigen Abriss des Ultraschallwandlers von der Oberfläche bietet und auch optisch einwandfrei ist, ist bevorzugt vorgesehen, dass aus dem von dem Ultraschallwandler, der Oberfläche und der Manschette gebildeten Zwischenraum austretender Klebstoff vor dessen Aushärten entfernt wird. Die Entfernung überschüssigen Klebstoff sorgt also für eine glatte Kantenbildung, die insbesondere ein Unterwandern der Klebstoffverbindung mit Feuchtigkeit verhindert.
Das Aufsetzen der Manschette auf den Ultraschallwandler wird bevorzugt vor dem Aufbringen des Klebstoffs auf die Stirnfläche und/oder die wenigstens eine Seitenfläche vorgenommen. Dieses Vorgehen erleichtert die Dosierung des Klebstoffs und kann insbesondere von der Stirnfläche des Ultraschallwandlers aus erfolgen, sollte der Ultraschallwandler bereits verdrahtet sein. Weist der Ultraschallwandler zunächst keine Verbindung mit einem elektrischen Leiter auf, kann die Manschette auch zu einem anderen Zeitpunkt auf den Ultraschallwandler aufgesetzt werden.
Nach Aushärten des Klebstoffs kann die Manschette auf dem Ultraschallwandler verbleiben. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Manschette nach Aushärten des Klebstoffs, beispielsweise durch Abziehen der Manschette in der der Oberfläche entgegengesetzten Richtung oder Aufschneiden der Manschette entlang deren Längsachse und Abnehmen der Manschette in radialer Richtung, entfernt wird. Besonders bevorzugt ist dabei das Abziehen der Manschette, ohne diese zu beschädigen, weil die Manschette in diesem Fall wiederverwendet werden kann.
Schließlich wird auch die Manschette selbst als Klebehilfe zur klebstoffvermittelten Befestigung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche beansprucht, wobei die Klebehilfe erfindungsgemäß eine aus Silikon gefertigte elastische Manschette in Form eines eine konische Aufweitung aufweisenden Rohrs ist. Dabei ist die konische Aufweitung speziell trompetenartig ausgebildet, sodass sich eine gleichmäßige Kraftübertragung des Schallwandlers in den Körper ergibt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Klebehilfe aus Silikonkautschuk gefertigt, das eine einfache Fertigung der Manschette und eine häufige Wiederverwendung ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 einen besonders bevorzugt ausgebildeten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms; und
2 eine geschnittene Ansicht eines an einer Oberfläche befestigten Ultraschallwandlers während der Trocknungsphase des Klebstoffs (A) und nach Entfernen der als Manschette ausgebildeten Klebehilfe (B).

1 zeigt einen besonders bevorzugt ausgebildeten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Gemäß dem in 1 dargestellten Verfahrensablauf zur Befestigung eines Ultraschallwandlers an einer Oberfläche eines Körpers mittels eines Klebstoffs ist in Schritt 100 vorgesehen, einen Klebstoff auf die Stirnfläche des Ultraschallwandlers und/oder auf eine Oberfläche, an der der Ultraschallwandler befestigt werden soll, aufzubringen. Nachdem der Klebstoff auf den Ultraschallwandler und/oder die Oberfläche aufgebracht worden ist, wird in Schritt 200 die Stirnfläche des Ultraschallwandlers - gegebenenfalls nach einer vorbestimmten Zeit, innerhalb der der Klebstoff antrocknen kann -auf die Oberfläche aufgesetzt. Dieses kann unter Druck und/oder einer vorbestimmten Temperatur erfolgen, die für die Herstellung der Verbindung zwischen dem Ultraschallwandler und der Oberfläche besonders vorteilhaft ist.
In dem sich daran anschließenden Schritt 300 wird eine auf den Ultraschallwandler aufgesetzte Manschette, die die Form eines eine konische Aufweitung aufweisenden Rohrs hat und mit ihrem der Oberfläche fernen Ende dem Ultraschallwandler dichtend anliegt, in Richtung der Oberfläche verschoben bis der Rand der konischen Aufweitung der Oberfläche dichtend anliegt. Die Manschette verhindert also, dass zwischen dem Ultraschallwandler und der Oberfläche angeordneter Klebstoff unkontrolliert austritt und formt diesen zu einer vordefinierten Klebeverbindung.
Schließlich lässt man in Schritt 400 den zwischen der Oberfläche des Körpers, dem Ultraschallwandler und der Manschette angeordneten Klebstoff aushärten, woraufhin die Manschette entweder verbleibt oder abgenommen werden kann.
Die zuvor beschriebene Anordnung wird zum besseren Verständnis in 2 dargestellt, die eine geschnittene Ansicht eines an einer Oberfläche befestigten Ultraschallwandlers während der Trocknungsphase des Klebstoffs (A) und nach Entfernen der als Manschette ausgebildeten Klebehilfe (B) zeigt. Insbesondere zeigt 2 einen mit seiner Stirnfläche 12 auf die Oberfläche 20 eines Körpers aufgesetzten Ultraschallwandler 10 mit kreisrunder Grundfläche. Der Ultraschallwandler 10 weist auf seiner Stirnfläche 12 und zusätzlich auf einem die Stirnfläche 12 umgebenden Abschnitt der Mantelfläche 14 des Ultraschallwandlers 10 einen Klebstoff 30 zur Verbindung des Ultraschallwandlers 10 mit dem die Oberfläche 20 ausbildenden Körper auf.
Der Klebstoff 30 wird dabei durch die als Manschette ausgebildete Klebehilfe 40 zur klebstoffvermittelten Befestigung des Ultraschallwandlers 10 an der Oberfläche 20 des Körpers in Form gebracht und gehalten, wobei die die Klebehilfe 40 eine insbesondere aus Silikonkautschuk gefertigte elastische Manschette in Form eines eine konische Aufweitung 42 aufweisenden Rohrs ist. Wie gut zu erkennen ist die konische Aufweitung 42 trompetenartig ausgebildet, sodass eine gute Anbindung des Ultraschallwandlers 10 an die Oberfläche 20 des Körpers erfolgt.
Nach Aushärtung des Klebstoffs 30 wird die Klebehilfe 40 entfernt, sodass sich der in 2B dargestellte Aufbau mit einer standardisierten Verklebung ergibt.

Claims

Verfahren zur Befestigung eines Ultraschallwandlers (10) an einer Oberfläche (20) eines Körpers mittels eines Klebstoffs (30), mit den Schritten: Aufbringen eines Klebstoffs (30) auf die Stirnfläche (12) eines Ultraschallwandlers (10) und/oder auf eine Oberfläche (20), an der der Ultraschallwandler (10) befestigt werden soll; Aufsetzen der Stirnfläche (12) des Ultraschallwandlers (10) auf die Oberfläche (20); Verschieben einer auf den Ultraschallwandler (10) aufgesetzten Manschette (40), die die Form eines eine konische Aufweitung (42) aufweisenden Rohrs aufweist und mit ihrem der Oberfläche (20) fernen Ende dem Ultraschallwandler (10) dichtend anliegt, in Richtung der Oberfläche (20) bis der Rand der konischen Aufweitung (42) der Oberfläche (20) dichtend anliegt; und Aushärten lassen des Klebstoffs (30).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (30) zusätzlich zur Stirnfläche (12) auf einen die Stirnfläche (12) umgebenden Abschnitt wenigstens einer Seitenfläche (14) des Ultraschallwandlers (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Entfernen von aus dem von dem Ultraschallwandler (10), der Oberfläche (20) und der Manschette (40) gebildeten Zwischenraum austretendem Klebstoff (30) vor dessen Aushärten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsetzen der Manschette (40) auf den Ultraschallwandler (10) vor dem Aufbringen des Klebstoffs (30) auf die Stirnfläche (12) und/oder die wenigstens eine Seitenfläche (14) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: Entfernen der Manschette (40) nachdem der Klebstoff (30) ausgehärtet ist.
Klebehilfe (40) zur klebstoffvermittelten Befestigung eines Ultraschallwandlers (10) an einer Oberfläche (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Klebehilfe (40) eine aus Silikon gefertigte elastische Manschette in Form eines eine konische Aufweitung (42) aufweisenden Rohrs ist.
Klebehilfe (40) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebehilfe (40) aus Silikonkautschuk gefertigt ist.
Klebehilfe (40) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Aufweitung (42) trompetenartig ausgebildet ist.