DE102021128282A1

DE102021128282A1 - Halterungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021128282A1
Application number: DE102021128282.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Gebhardt; Andre Püschel
Original assignee: Pi Ceram GmbH; PI Ceramic GmbH Keramische Technologien und Bauelemente
Current assignee: Pi Ceram GmbH; PI Ceramic GmbH Keramische Technologien und Bauelemente
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2041-10-30
Also published as: DE102021128282B4; WO2023072341A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung (1), umfassend ein Halteelement (2) und wenigstens ein durch das Halteelement (2) zu halterndes elektromechanisches Element (3), an dessen Außenfläche wenigstens zwei Elektroden (32) angeordnet sind, wobei das Halteelement (2) einen Aufnahmeabschnitt (22) aufweist, in welchen das elektromechanische Element (3) eingesetzt und darin gehaltert ist, und das Halteelement (2) wenigstens einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (24) aufweist, welcher über einen leitfähigen Klebstoff (4) elektrisch leitend zumindest mit einer der Elektroden (32) verbunden ist, so dass mittels einer an dem leitfähigen Abschnitt (24) anbringbaren elektrischen Leitung (5) eine elektrische Ansteuerung des elektromechanischen Elements (3) ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterungsvorrichtung für ein elektromechanisches Element.
Im Bestreben, elektromechanische Elemente in Form von Aktoren zur Generierung von Schwingungen oder von Stellbewegungen damit gekoppelter mechanischer Körper insbesondere in miniaturisierten Vorrichtungen mit sehr geringen Abmessungen auszuführen, wächst die Schwierigkeit, an den oftmals winzigen Aktoren die zur elektrischen Ansteuerung notwendigen Zuleitungen bzw. Kabel, etwa durch einen Lötprozess, anzubringen. Die entsprechende Kontaktierung bereitet Schwierigkeiten in der Handhabung bereits aufgrund der geringen Abmessungen der elektromechanischen Elemente. Hinzu kommt, dass es etwa durch die Kontaktierung mittels Lötprozess zu mechanischen Klemmungen kommen kann, welche den Betrieb der elektromechanischen Elemente stören und beeinträchtigen. Darüber hinaus kann der durch den Lötprozess generierte Wärmeeintrag in das elektromechanische Element dazu führen, dass sich die daran angeordneten Elektroden, an welche die elektrischen Zuleitungen angelötet werden, ablösen. Dies kann zu Problemen während des Betriebs der elektromechanischen Elemente bis hin zu deren Ausfall führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die es erlaubt, insbesondere miniaturisierte elektromechanische Elemente mit einer verlässlichen elektrischen Kontaktierung zu versehen, so dass ein dauerhafter ungestörter Betrieb des elektromechanischen Elements ohne Ausfall ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Halterungsvorrichtung mit einem Halteelement, in welchem ein Aufnahmeabschnitt vorgesehen ist, in welches das elektromechanische Element eingesetzt und darin gehaltert ist. Mittels einem an dem Halteelement angeordneten elektrisch leitfähigen Abschnitt, welcher über einen elektrisch leitfähigen Kleber mit einer Elektrode des elektromechanischen Elements elektrisch leitend verbunden ist, gelingt die Kontaktierung zur elektrischen Ansteuerung des elektromechanischen Elements. Somit wird eine direkte Verbindung zwischen den Elektroden des elektromechanischen Elements und den elektrischen Zuleitungen vermieden, und das elektromechanische Element wird nicht durch die elektrischen Zuleitungen belastet. Stattdessen ist das elektromechanische Element sicher in dem Halteelement gehaltert, und das insbesondere mechanisch, aber auch thermisch wesentlich robustere und widerstandsfähigere Halteelement dient der Anbringung der elektrischen Zuleitungen.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Halteelement ein acrylatbasiertes UV-Harz aufweist und bevorzugt aus diesem besteht. Acrylatbasierte UV-Harze erlauben eine Aktivierung des Halteelements mittels Laser, so dass im Anschluss an die Aktivierung eine galvanische Metallisierung des ansonsten elektrisch isolierenden Halteelements erfolgen kann. Bevorzugt ist hierbei die Verwendung von mit Pigmenten gefüllten acrylatbasierten UV-Harzen, wobei insbesondere die Verwendung von mit LDS-Additiven gefüllten acrylatbasierten UV-Harzen vorteilhaft ist. Letztere zeichnen sich dadurch aus, dass eine Laserdirektstrukturierung (LDS) des Halteelements ermöglicht ist.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das elektromechanische Element ein piezoelektrisches Material aufweist. Piezoelektrische Materialien wandeln sehr schnell und mit hoher Dynamik elektrische Energie in mechanische Deformationen, so dass sie für schnelle Stellbewegungsvorgänge oder zur Ultraschallwellenerzeugung prädestiniert sind.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt durch einen metallisierten Bereich des Halteelements gebildet ist. Dadurch gelingt eine vergleichsweise einfache und zudem integrierte Realisierung eines elektrisch leitfähigen Bereichs des Halteelements, der zur Kontaktierung mit einer elektrischen Zuleitung vorgesehen ist und über welchen das elektromechanische Element mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass an dem Halteelement wenigstens eine nutenartige Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher der leitfähige Abschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Verbindungsstelle - beispielsweise ein Lötpunkt - zwischen dem elektrisch leitfähigen Abschnitt und einer damit leitend verbundenen elektrischen Zuleitung von der übrigen Oberfläche des Halteelements zurückgesetzt angeordnet und dadurch vor mechanischen Einflüssen besser geschützt. Es kann zudem vorteilhaft sein, wenn die nutenartige Ausnehmung derart ausgebildet ist, dass darin auch der von der Verbindungsstelle weg weisende Teil der elektrischen Zuleitung verstaut bzw. verlegt werden kann, so dass die eine elektrische Zuleitung, insbesondere in Form eines Kabels oder einer Litze, die zur elektrischen Kontaktierung des leitfähigen Abschnitts vorgesehen ist, einfach und platzsparend in dem Halteelement verstaut werden. Der Begriff „nutenartig“ bezeichnet hierbei eine Ausnehmung, die im Wesentlichen nutenförmig oder aber komplett nutenförmig ist. Somit ist darunter eine Ausnehmung zu verstehen, die entweder in Form einer gleichförmigen Nut mit gleichbleibender Querschnittsgeometrie oder aber in Form einer Ausnehmung, die eine nutenähnliche Geometrie aufweist mit einer insbesondere nicht gleichförmigen Querschnittsgeometrie.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Halteelement zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, welche den Aufnahmeabschnitt umfasst oder diesen ausbildet. Die Durchgangsöffnung erlaubt zum Einen die Aufnahme des elektromechanischen Elements, bei dem dieses in die Durchgangsöffnung bzw. in den Aufnahmeabschnitt derselben eingesetzt ist. Zum Anderen erlaubt die Durchgangsöffnung eine entsprechende Verlegung oder Anordnung weiterer Elemente innerhalb des Halteelements, beispielsweise von Lichtleitfasern. Die Durchgangsöffnung bildet somit einen Hohlkanal in dem Halteelement aus.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnung kreisförmig ist und den Aufnahmeabschnitt umfasst, wobei der Aufnahmeabschnitt einen größeren Durchmesser aufweist als der sich an den Aufnahmeabschnitt anschließende Teil der Durchgangsöffnung. Der resultierende Absatz oder Bund an der Übergangsstelle zwischen den beiden Durchmessern der Durchgangsöffnung dient der Anlage und definierten Positionierung des elektromechanischen Elements.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das elektromechanische Element hohlzylinderförmig ist und der Aufnahmeabschnitt einen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des hohlzylinderförmigen elektromechanischen Elements entspricht, und der sich an den Aufnahmeabschnitt anschließende Abschnitt der Durchgangsöffnung einen Durchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen elektromechanischen Elements entspricht. Auf diese Weise schließt der Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen elektromechanischen Elements, welches in den Aufnahmeabschnitt eingesetzt ist, bündig mit dem sich daran anschließenden Abschnitt der einen Hohlkanal bildenden Durchgangsöffnung ab. Eine solche bündige Anordnung erleichtert beispielsweise das Durchführen von in dem Hohlkanal verlegten Elementen wie etwa Lichtleitfasern.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das elektromechanische Element in den Aufnahmeabschnitt eingeklebt ist. Diese Art der Befestigung ist einfach zu realisieren und sie generiert eine verlässliche und zugleich schonende Halterung des elektromechanischen Elements. Insbesondere vorteilhaft ist es, dass als Kleber für die Befestigung des elektromechanischen Elements in dem Aufnahmeabschnitt der leitfähige Kleber zur elektrischen Verbindung zwischen dem leitfähigen Abschnitt und der Elektrode des elektromechanischen Elements verwendet wird.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Halteelement eine kuppelförmige Geometrie mit einer Vielzahl von Aufnahmeabschnitten aufweist, in welche jeweils ein scheibenförmiges elektromechanisches Element eingesetzt ist. Hierdurch ist eine sogenannte Fokusschale realisierbar, bei der jeweils ein Teil der Aufnahmeabschnitte und damit auch der darin eingesetzten elektromechanischen Elemente ringförmig angeordnet ist und die entsprechenden Aufnahmeabschnitte bzw. elektromechanischen Elemente zusammen eine Ringanordnung ergeben.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass benachbarte elektromechanische Elemente über einen elektrisch leitfähigen Abschnitt miteinander verbunden sind. Somit ist es nicht notwendig, jedes der elektromechanischen Elemente separat bzw. einzeln zu kontaktieren; stattdessen kann somit die elektrische Spannung von elektromechanischem Element zu benachbartem elektromechanischem Element weitergeleitet bzw. durchgeleitet werden.
Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiger Abschnitt flächenmäßig größer ausgebildet ist als der übrige Teil der elektrisch leitfähigen Abschnitte, wobei der größer ausgebildete elektrisch leitfähige Abschnitt zur Anbringung einer elektrischen Leitung vorgesehen ist. Dies erleichtert das elektrisch leitfähige Anbringen der elektrischen Zuleitungen bzw. Kabel, was gewöhnlich über einen Lötprozess erfolgt.
Der Ausdruck „elektromechanisches Element“ bezeichnet hierin ein Element, welches durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung eine mechanische Deformation erfährt.
Unter der Bezeichnung „im Wesentlichen“ in Bezug auf ein vorzugsweise geometrisches Merkmal bzw. auf eine Anordnung oder einen Wert wird hierin insbesondere verstanden, dass das Merkmal oder der Wert eine Abweichung von 20% und speziell von 10% von dem entsprechenden Merkmal oder Wert aufweist.
Hierin wird unter der logischen Verknüpfung „oder“ in Bezug auf zwei Alternativen ausschließlich die eine oder die andere der Alternativen verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
Hierin ist die Beschreibung von Merkmalen oder Komponenten von erfindungsgemäßen Ausführungsformen so zu verstehen, dass eine betreffende Ausführungsform erfindungsgemäß, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist, auch zumindest ein Merkmal einer anderen Ausführungsform aufweisen kann, jeweils als zusätzliches Merkmal dieser betreffenden Ausführungsform oder als alternatives Merkmal, das ein anderes Merkmal dieser betreffenden Ausführungsform ersetzt. Die
Figuren zeigen:

1: Perspektivische Ansicht einer Halterungsvorrichtung mit einem rohrförmigen piezoelektrischen Element
2: Schnittdarstellung der Halterungsvorrichtung nach 1
3a: Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Halterungsvorrichtung; 3b: Schnittdarstellung zu 3a
4: Perspektivische Ansicht eines kuppelförmigen Halteelements einer weiteren Ausführungsform einer Halterungsvorrichtung
5a: Darstellung eines Ausschnitts einer Halterungsvorrichtung mit einem kuppelförmigen Halteelement nach 4; 5b: Schnittdarstellung eines Bereichs der Halterungsvorrichtung nach 5b; 5c: Schnittdarstellung eines Bereichs einer Halterungsvorrichtung ähnlich der gemäß 5b mit teilweise andersartig ausgeführten Klebepunkten

1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung 1 mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Halteelement 2, in dessen Aufnahmeabschnitt 22 ein rohrförmiges elektromechanisches Element 3 aus einem piezokeramischen Material eingesetzt bzw. eingeklebt ist. Am Außenumfang des rohrförmigen elektromechanischen Elements 3 sind über den Umfang verteilt und entlang der Umfangsrichtung beabstandet zueinander und dadurch elektrisch voneinander isoliert insgesamt vier Elektroden 32 angeordnet, wobei sich die Elektroden 32 entlang der Längserstreckungsrichtung und über die gesamte Länge des elektromechanischen Elements 3 erstrecken. Am Innenumfang des rohrförmigen elektromechanischen Elements 3 ist eine einzige und in 1 nicht erkennbare Elektrode 32 angeordnet, die zum Betrieb des elektromechanischen Elements 3 jedoch nicht kontaktiert ist und lediglich für den Prozess zur Polarisierung des elektromechanischen Elements 3 vorgesehen ist.
Das Halteelement 2, welches aus einem acrylatbasierten und mit LDS-Additiven gefüllten UV-Harz besteht, weist vier entlang seines Umfangs gleich verteilte bzw. äquidistant zueinander angeordnete vertiefte Abschnitte bzw. Ausnehmungen 26 auf, die im Wesentlichen bzw. größtenteils nutenförmig sind und die parallel zur bzw. entlang der Längserstreckungsrichtung des Halteelements 2 verlaufen. Ein mittlerer Bereich der jeweiligen nutenartigen Ausnehmung 26 ist entlang der Umfangsrichtung des Halteelements breiter ausgeführt als der restliche Bereich der Ausnehmung 26. In diesem verbreiterten Bereich und in dem sich in Richtung auf das elektromechanische Element 3 zu weisenden Bereich der jeweiligen nutenartigen Ausnehmung 26 ist ein elektrisch leitfähiger Abschnitt 24 angeordnet, wobei dieser bis an das aus dem Halteelement 2 herausragende elektromechanische Element 3 bzw. die an diesem an seiner Außenoberfläche angeordneten Elektroden 32 heranreicht. Für die Applizierung einer elektrischen Spannung an der jeweiligen Elektrode 32 des elektromechanischen Elements 3 dient eine elektrische Zuleitung 5 in Form eines Kabels oder einer Litze, die mittels eines Lötpunktes elektrisch leitend mit dem elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 verbunden ist. Aufgrund der tiefer liegenden Anordnung des Löt- bzw. Verbindungspunkts innerhalb der nutenartigen Ausnehmung 26 ist die entsprechende Verbindung zwischen der elektrischen Zuleitung 5 und dem elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 vor mechanischen Einwirkungen besser geschützt.
Der leitfähige Abschnitt 24 ist gebildet durch ein System von Schichten aus Kupfer, Nickel und Gold ist nach vorhergehender Laserbearbeitung der entsprechenden Bereiche des Halteelements 2 durch eine galvanische Metallisierung hergestellt. Für eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem leitfähigen Abschnitt 24 und der zugeordneten Elektrode 32 des elektromechanischen Elements 3 wird ein elektrisch leitfähiger Klebstoff 4 verwendet, indem damit ein Klebepunkt an die Grenzfläche zwischen einem elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 und der zugeordneten Elektrode 3 des elektromechanischen Elements 3 gesetzt wird. Mittels des gleichen elektrisch leitfähigen Klebstoffs ist zudem das elektromechanische Element 3 in den Aufnahmeabschnitt 22 des Halteelements 2 eingeklebt.
Die nutenartigen Ausnehmungen 26 dienen insbesondere in dem sich an den mittleren breiteren Abschnitt anschließenden und von dem elektromechanischen Element 3 weg weisenden Abschnitt der Aufnahme bzw. der Verlegung der elektrischen Zuleitung 5 in Form eines Kabels oder einer Litze.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung die Halterungsvorrichtung 1 gemäß 1, wobei der entsprechende Schnitt nicht exakt durch die Mitte bzw. das Zentrum der Halterungsvorrichtung 1 verläuft. In der Schnittdarstellung ist klar die Durchgangsöffnung 28 des Halteelements 2 zu erkennen, deren Durchmesser für den überwiegenden Teil des Halteelements 2 deutlich kleiner als der Durchmesser des rohrförmigen elektromechanischen Elements 3 ist. Das Halteelement 2 ist somit größtenteils wesentlich dickwandiger und stabiler als das elektromechanische Element 3 ausgeführt. Lediglich im Bereich des Aufnahmeabschnitts 22 am in 2 oberen Ende des Halteelements 2, welcher der Aufnahme und Halterung des elektromechanischen Elements 3 dient, ist der Durchmesser der Durchgangsöffnung 28 deutlich größer als im restlichen Teil des Halteelements. Der dortige Innendurchmesser der Durchgangsöffnung ist geringfügig größer als der Außendurchmesser des elektromechanischen Elements, so dass nur ein schmaler Spalt zwischen dem Außendurchmesser des elektromechanischen Elements 3 und dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 28 in diesem Bereich vorhanden ist, wobei dieser Spalt zur Aufnahme von Klebstoff zur stoffschlüssigen bzw. Klebe-Verbindung des elektromechanischen Elements 3 mit dem Halteelement 2 dient.
Es ist ebenso denkbar, dass der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung im Bereich des Aufnahmeabschnitts 22 im Wesentlichen dem Außendurchmesser des elektromechanischen Elements entspricht, so dass sich dieses dort umfangsseitig an der Innenwand des Halteelements 2 abstützen kann, und eine stoffschlüssige bzw. Klebe-Verbindung mit dem Halteelement nur über die Stirnseite des elektromechanischen Elements realisiert ist. Weiterhin ist denkbar, dass der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung im Bereich des Aufnahmeabschnitts 22 geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des elektromechanischen Elements 3 ist, so dass eine reibschlüssige oder KlemmVerbindung zwischen dem elektromechanischen Element 3 und dem Halteelement 2 bzw. dessen Aufnahmeabschnitt 22 ermöglicht ist.
Das elektromechanische Element 3 stützt sich stirnseitig an dem Bund oder Absatz ab, der durch den Übergang des kleineren Innendurchmessers zu dem größeren Innendurchmesser des Halteelements 2 gebildet ist. Eine alleinige oder zusätzliche stoffschlüssige bzw. Klebe-Verbindung in diesem Bereich ist ebenso denkbar.
An der in 2 linken Seite des Halteelements 2 ist an dem entsprechenden elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 über eine Lötverbindung bzw. einen Lötpunkt eine elektrische Zuleitung 5 in Form einer Litze angeordnet, wobei der von der Lötverbindung weg weisende Teil der elektrischen Zuleitung 5 innerhalb der entsprechenden nutenartigen Ausnehmung 26 angeordnet bzw. darin verlegt ist.
In dem Bereich, in welchem der jeweilige leitfähige Abschnitt 24 an das elektromechanische Element 3 bzw. an dessen entsprechende Elektrode 32 angrenzt bzw. dazu benachbart ist, ist ein Klebepunkt mit dem leitfähigen Klebstoff 4 vorgesehen, welcher eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem leitfähigen Abschnitt 24 und der Elektrode 32 herstellt.
Dadurch, dass der Längsschnitt gemäß 2 nicht durch die Mitte bzw. das Zentrum der Halterungsvorrichtung 1 verläuft, ist sowohl die elektrische Zuleitung samt Verbindung (Lötpunkt) mit dem elektrisch leitfähigen Abschnitt, als auch der Klebepunkt aus elektrisch leitfähigem Kleber 4 nur auf der in 2 linken Seite der Halterungsvorrichtung zu sehen.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung 1 in einer Draufsicht (linke Darstellung bzw. 3a) und in einer Schnittdarstellung (rechte Darstellung bzw. 3b), wobei der entsprechende Längsschnitt nicht durch die Mitte bzw. das Zentrum der Halterungsvorrichtung gemäß der linken Darstellung von 3 gelegt ist. Das Halteelement 2 aus einem acrylatbasierten und mit LDS-Additiven gefüllten UV-Harz weist hier im Wesentlichen die Form einer rechteckigen dickeren Platte auf, wobei an dessen flächenmäßig größten und gegenüberliegend angeordneten Hauptflächen jeweils nutenartige Ausnehmungen oder Vertiefungen 26 vorgesehen sind, die sich entlang der gesamten Länge des Halteelements 2 erstrecken. Ein mittlerer Abschnitt jeder der Ausnehmungen 26 ist breiter ausgeführt als dessen restlicher Bereich, der wesentlich schmaler ist.
Innerhalb des breiteren Bereichs der nutenartigen Ausnehmung 26 und in dem sich daran anschließenden schmalen Bereich, welcher sich bis zu dem elektromechanischen Element 3 hin erstreckt, ist der elektrisch leitfähige Abschnitt 24 angeordnet, der aus einem System von Schichten aus Kupfer, Nickel und Gold gebildet und mittels galvanischer Metallisierung realisiert ist. Der elektrisch leitfähige Abschnitt 24 weist analog zur Geometrie der nutenartigen Ausnehmung 26 einen breiteren Bereich und einen sich daran anschließenden schmaleren Bereich auf, wobei der schmalere Bereich in Richtung auf das elektromechanische Element 3 zu weist und sich bis zu diesem hin erstreckt.
Ein elektromechanisches Element 3 in Form einer dünnen Scheibe oder Platte ist in den Aufnahmeabschnitt 22 in Form einer schlitz- oder nutenförmigen Ausnehmung eingeklebt. Auf beiden seiner flächenmäßig größten Hauptflächen ist jeweils eine Elektrode 32 angeordnet, wobei jede der Elektroden 32 über einen durch den elektrisch leitfähigen Kleber 4 realisierten Klebepunkt mit dem schmaleren und an die jeweilige Elektrode 32 angrenzenden Bereich des zugehörigen elektrisch leitfähigen Abschnitts 24 leitend verbunden ist.
An dem jeweils breiteren Bereich des leitfähigen Abschnitts 24 ist mittels einer Lötverbindung eine elektrische Zuleitung 5 in Form einer Litze angeordnet, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der elektrischen Zuleitung 5 und dem elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 vorliegt. Der von dem Lötpunkt weg weisende Teil der elektrischen Zuleitung 5 ist im Bereich des Halteelements 2 innerhalb der nutenartigen Ausnehmung 26 verlegt bzw. darin verlaufend angeordnet.
4 zeigt ein nach außen gewölbtes, kuppelförmiges Halteelement 2 für eine erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung zum Einsatz als sogenannte Fokusschale für therapeutische Ultraschallanwendungen. Mit Hilfe von fokussiertem Ultraschall ist es beispielsweise möglich, bestimmte Gewebestrukturen gezielt abzutragen. Durch die Vielzahl der in einer Fokusschale eingesetzten elektromechanischen Elemente kann hochintensiver fokussierter Ultraschall (HIFU) erzeugt und in den menschlichen Körper projiziert werden. Die entsprechenden akustischen Wellen führen dort zu einer thermischen Ablation, da mit der Absorption der Ultraschall-Wellenenergie eine durch Reibung verursachte Wärmebildung von über 42°C erfolgt, so dass die Eiweiße der Zellstrukturen denaturieren und ganze Gewebeareale im Schallfokus koagulieren.
Das Halteelement 2 weist eine Vielzahl von jeweils einen Aufnahmeabschnitt 22 umfassenden Durchgangsöffnungen 28 auf, die zur Aufnahme von elektromechanischen Elementen vorgesehen sind. Jeweils ein Teil der Durchgangsöffnungen 28 ist entlang einer Kreislinie, d.h. kreisförmig, angeordnet. Anders ausgedrückt bildet ein Teil der Durchgangsöffnungen 28 eine Kreisanordnung, und insgesamt bilden die Durchgangsöffnungen mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Kreisanordnungen.
Jede der Durchgangsöffnungen 28 weist zwei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern auf. So ist der Durchmesser des Bereichs einer Durchgangsöffnung 28, welcher an die nach außen gewölbte, d.h. konvexe Oberfläche des Halteelements 2 angrenzt, kleiner als der Durchmesser des sich daran anschließenden Bereichs der Durchgangsöffnung, der an die innere konkave Oberfläche des Halteelements 2 angrenzt. Somit bildet die Durchgangsöffnung 28 einen Absatz oder Bund, an dem sich ein darin einsetzbares elektromechanisches Element 3 abstützen bzw. daran anlegen kann, so dass eine definierte Lage des elektromechanischen Elements innerhalb der Durchgangsöffnung bzw. innerhalb des Halteelements auf einfache Weise erzielbar ist.
5 zeigt in der linken Abbildung mit 5a in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung 1 für den Einsatz als Fokusschale mit einem kuppelförmigen Halteelement 2 gemäß 4. In jede der Durchgangsöffnungen 28 ist ein elektromechanisches Element 3 eingesetzt, wobei diese an dem in der Durchgangsöffnung 28 ausgebildeten Bund bzw. Absatz anliegen und damit insbesondere bezüglich der Oberflächen des Halteelements 2 definiert ausgerichtet sind. Diese Art der Anordnung kann insbesondere 5b und 5c entnommen werden. Jedes der elektromechanischen Elemente 3 weist sowohl an seiner Ober-, als auch an seiner Unterseite eine nicht dargestellte Elektrode auf, wobei im Betrieb der Fokusschale lediglich die der äußeren und konvex geformten Oberfläche des Halteelements zugewandten Elektroden elektrisch kontaktiert sind. Jedoch hängt es vom Anwendungsfall ab, welche Elektroden des elektromechanischen Elements 3 kontaktiert sind.
Wie anhand der linken Darstellung gemäß 5a zu erkennen, sind die einzelnen elektromechanischen Elemente, die entlang eines Kreises angeordnet sind bzw. die zusammen eine Kreisanordnung bilden, über elektrisch leitfähige Abschnitte 24 miteinander elektrisch leitend verbunden, wobei stets zwischen zwei benachbarten elektromechanischen Elementen 3 ein linienförmiger elektrisch leitfähiger Abschnitt 24 angeordnet ist. Dieser ist - wie dies insbesondere den Darstellungen 5b und 5c zu entnehmen ist - auf der Oberfläche des kuppelförmigen Halteelements 2 angeordnet und nicht in einer darin vorgesehen nutenartigen Ausnehmung versenkt. Eine solche Ausführungsform, bei der jeweils zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffnungen 28 bzw. den darin eingesetzten elektromechanischen Elementen 3 eine nutenartige Ausnehmung vorhanden ist, in welcher der jeweilige elektrisch leitfähige Abschnitt angeordnet ist, ist ebenso denkbar.
Zwischen zumindest zwei benachbarten elektromechanischen Elementen 3 innerhalb einer kreisförmigen Anordnung derselben ist der elektrisch leitfähige Abschnitt 24` breiter ausgeführt als bei den übrigen elektrisch leitfähigen Abschnitten 24 derselben kreisförmigen Anordnung. Diese breiter ausgeführten elektrisch leitfähigen Abschnitte 24' dienen jeweils der elektrisch leitfähigen Anordnung einer in 5a nicht dargestellten elektrischen Zuleitung, während die übrigen und schmaler bzw. dünner ausgeführten elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 derselben Kreisanordnung der Weiterleitung der elektrischen Spannung von einem elektromechanischem Element 3 zum benachbarten elektromechanischen Element dienen.
Wie anhand von 5b und 5c zu erkennen, ist die in Richtung der konvexen äußeren Oberfläche des Haltelements 2 weisende Elektrode 32 über zwei Klebepunkte aus einem elektrisch leitfähigen Klebstoff 4 mit dem jeweils angrenzenden elektrisch leitfähigen Abschnitt 24 elektrisch leitend verbunden. Die in Richtung der konkaven inneren Oberfläche des Halteelements 2 weisende Elektrode 32 ist über zwei Klebepunkte mit dem angrenzenden Bereich des Halteelements 2 verbunden, so dass das jeweilige elektromechanische Element in der Durchgangsöffnung dauerhaft und verlässlich fixiert ist. Es ist ebenso denkbar, das jeweilige elektromechanische Element 3 alleine oder zusätzlich über eine stoffschlüssige oder Klebe-Verbindung mit dem Absatz bzw. Bund in der Durchgangsöffnung 28 zu verbinden. Weiterhin ist denkbar, dass auch auf bzw. an der inneren konkaven Oberfläche des Halteelements 2 elektrisch leitfähige Abschnitte analog zu denen auf der konvexen Oberfläche angeordneten elektrisch leitfähigen Abschnitte 24 vorgesehen sind, um alle in Richtung der konkaven inneren Oberfläche des Halteelements 2 weisende Elektroden 32 elektrisch miteinander zu verbinden, wobei dann ebenfalls über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff eine leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden 32 und den daran angrenzenden elektrisch leitfähigen Abschnitte 24 hergestellt wird.
In Abweichung zu 5b schließt der Klebepunkt aus dem leitfähigen Klebstoff bei der Ausführungsform gemäß 5c bündig mit der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Abschnitts 24 ab, während er in 5b deutlich von der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Abschnitts 24 absteht.
Bezugszeichenliste

1: Halterungsvorrichtung
2: Halteelement
3: elektromechanisches Element
4: leitfähiger Klebstoff
5: elektrische Zuleitung
22: Aufnahmeabschnitt (des Halteelements 2)
24, 24': elektrisch leitfähiger Abschnitt (des Halteelements 2)
26: nutenartige Ausnehmung (des Halteelements 2)
28: Durchgangsöffnung (des Halteelements 2)
32: Elektrode (des elektromechanischen Elements 3)

Claims

Halterungsvorrichtung (1), umfassend ein Halteelement (2) und wenigstens ein durch das Halteelement (2) zu halterndes elektromechanisches Element (3), an dessen Außenfläche wenigstens zwei Elektroden (32) angeordnet sind, wobei das Halteelement (2) einen Aufnahmeabschnitt (22) aufweist, in welchen das elektromechanische Element (3) eingesetzt und darin gehaltert ist, und das Halteelement (2) wenigstens einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (24, 24`) aufweist, welcher über einen leitfähigen Klebstoff (4) elektrisch leitend zumindest mit einer der Elektroden (32) verbunden ist, so dass mittels einer an dem leitfähigen Abschnitt (24) anbringbaren elektrischen Leitung (5) eine elektrische Ansteuerung des elektromechanischen Elements (3) ermöglicht ist.
Halterungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) ein acrylatbasiertes UV-Harz aufweist und bevorzugt aus diesem besteht.
Halterungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Element (3) ein piezoelektrisches Material aufweist.
Halterungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Abschnitt (24, 24`) durch einen metallisierten Bereich des Halteelements (2) gebildet ist.
Halterungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Halteelement (2) wenigstens eine nutenartige Ausnehmung (26) ausgebildet ist, in welcher der leitfähige Abschnitt (24, 24`) angeordnet ist.
Halterungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) zumindest eine Durchgangsöffnung (28) aufweist, welche den Aufnahmeabschnitt (22) umfasst oder diesen ausbildet.
Halterungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (28) kreisförmig ist und den Aufnahmeabschnitt (22) umfasst, wobei der Aufnahmeabschnitt (22) einen größeren Durchmesser aufweist als der sich an den Aufnahmeabschnitt (22) anschließende Teil der Durchgangsöffnung (28).
Halterungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Element (3) hohlzylinderförmig ist und der Aufnahmeabschnitt (22) einen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des hohlzylinderförmigen elektromechanischen Elements (3) entspricht, und der sich an den Aufnahmeabschnitt (22) anschließende Abschnitt der Durchgangsöffnung (28) einen Durchmesser aufweist, welcher dem Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen elektromechanischen Elements (3) entspricht.
Halterungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Element (3) in den Aufnahmeabschnitt (22) eingeklebt ist.
Halterungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) eine kuppelförmige Geometrie mit einer Vielzahl von Aufnahmeabschnitten (22) aufweist, in welche jeweils ein scheibenförmiges elektromechanisches Element (3) eingesetzt ist.
Halterungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Aufnahmeabschnitte (22) ringförmig angeordnet ist.
Halterungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte elektromechanische Elemente (3) über einen elektrisch leitfähigen Abschnitt (24, 24`) miteinander verbunden sind.
Halterungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrisch leitfähiger Abschnitt (24`) flächenmäßig größer ausgebildet ist als die übrigen elektrisch leitfähigen Abschnitte (24), wobei der größer ausgebildete elektrisch leitfähige Abschnitt (24`) zur Anbringung einer elektrischen Leitung (5) vorgesehen ist.