DE102021209732A1

DE102021209732A1 - sound transducer

Info

Publication number: DE102021209732A1
Application number: DE102021209732.4A
Authority: DE
Inventors: Andre Gerlach; Bernd Scheufele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2023-03-09
Also published as: CN115752526A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler (1a) mit einem Membrantopf (16) und einem Wandlerelement (4). Der Membrantopf (16) weist eine Membran (2) und eine Wandung (3) auf. Die Membran (2) ist an einem Boden des Membrantopfs (16) angeordnet und die Wandung (3) des Membrantopfs (16) bildet einen Innenraum (6) des Membrantopfs (16) aus. Das Wandlerelement (4) ist an der Membran (2) des Membrantopfs (16) angeordnet. Der Schallwandler (1a) weist zusätzlich wenigstens ein Versteifungselement (5a) auf, welches in dem Innenraum (6) des Membrantopfs (16) angeordnet ist und zumindest teilweise mit der Wandung (3) des Membrantopfs (16) verbunden ist. Das Versteifungselement (5a) ist derart ausgebildet und/oder derart in dem Innenraum (6) des Membrantopfs (16) angeordnet, dass der Schallwandler (1a) einen ersten resonanten Arbeitspunkt und einen zweiten resonanten Arbeitspunkt aufweist.

The invention relates to a sound transducer (1a) with a diaphragm pot (16) and a transducer element (4). The membrane pot (16) has a membrane (2) and a wall (3). The membrane (2) is arranged on a bottom of the membrane pot (16) and the wall (3) of the membrane pot (16) forms an interior (6) of the membrane pot (16). The converter element (4) is arranged on the membrane (2) of the membrane pot (16). The sound transducer (1a) additionally has at least one stiffening element (5a) which is arranged in the interior (6) of the membrane pot (16) and is at least partially connected to the wall (3) of the membrane pot (16). The stiffening element (5a) is designed and/or arranged in the interior (6) of the diaphragm pot (16) in such a way that the sound transducer (1a) has a first resonant operating point and a second resonant operating point.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler, welcher insbesondere als Ultraschallwandler ausgebildet ist. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Schallwandlers.The invention relates to a sound transducer which is designed in particular as an ultrasonic transducer. In addition, the invention relates to a method for producing the sound transducer.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Dokument DE 10 2006 050 037 A1 ist ein Ultraschallwandler mit einem Membrantopf bekannt, der auf einer resonanten Arbeitsfrequenz betrieben wird.From the document DE 10 2006 050 037 A1 an ultrasonic transducer with a membrane pot is known, which is operated at a resonant operating frequency.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leistungsfähigeren Schallwandler mit Membrantopf zu entwickeln.Proceeding from this state of the art, it is the object of the present invention to develop a more powerful sound transducer with a diaphragm pot.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schallwandler gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers gemäß Anspruch 15 vorgeschlagen.To solve the problem, a sound transducer according to claim 1 is proposed. In addition, a method for producing a sound transducer according to claim 15 is proposed.

Der Schallwandler weist einen Membrantopf und ein Wandlerelement auf, welches insbesondere als piezoelektrisches Wandlerelement ausgebildet ist. Der Membrantopf weist eine Membran und eine Wandung auf. Die Membran ist hierbei an einem Boden des Membrantopfs angeordnet und die Wandung des Membrantopfs bildet einen Innenraum des Membrantopfs aus. Die Wandung des Membrantopfs ist insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet. Das Wandlerelement ist an der Membran des Membrantopfs angeordnet. Insbesondere ist das Wandlerelement an der Membran befestigt. Der Schallwandler weist zusätzlich wenigstens ein, insbesondere separates, Versteifungselement auf, welches in dem Innenraum des Membrantopfs angeordnet ist und zumindest teilweise, insbesondere radial umlaufend, mit der Wandung des Membrantopfs verbunden ist. Das Versteifungselement ist hierbei derart ausgebildet und/oder derart in dem Innenraum des Membrantopfs angeordnet, dass der Schallwandler wenigstens einen ersten resonanten Arbeitspunkt und einen zweiten resonanten Arbeitspunkt aufweist. Mit dem ersten resonanten Arbeitspunkt ist insbesondere eine erste resonante Arbeitsfrequenz der Membran und mit dem zweiten resonanten Arbeitspunkt eine zweite resonante Arbeitsfrequenz der Membran des Schallwandlers gemeint. Die Membran weist eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen auf, wobei beispielsweise zur Ultraschallmessung nur ein bestimmter Frequenzbereich für resonante Arbeitspunkte in Frage kommt. Die Resonanzfrequenzen der Membran werden unter anderem durch die Dicke und die Fläche der Membran bestimmt. Jedoch werden die Resonanzfrequenzen auch durch die Einspannung der Membran und somit den restlichen Teil des Membrantopfs, insbesondere die Wandung des Membrantopfs, bestimmt. Durch das Versteifungselement wird eine Versteifung der Einspannung der Membran erreicht, welche wiederum zu einem Verschieben der Frequenzlagen der Resonanzfrequenzen führt. Durch eine geeignete Ausbildung des Versteifungselements und/oder eine geeignete Positionierung des Versteifungselements innerhalb des Membrantopfs werden die Resonanzfrequenzen der Membran nun derart verschoben, dass sich zwei Resonanzfrequenzen der Membran innerhalb des in Frage kommenden Frequenzbereichs für resonante Arbeitspunkte des Schallwandlers befinden. Der Frequenzbereich befindet sich insbesondere zwischen 35kHz und 75kHz. So wären beispielsweise für einen Ultraschallwandler zwei Arbeitsfrequenzen bei ungefähr 45 kHz und ungefähr 52 kHz möglich. Beide Arbeitsfrequenzen können durch geeignetes mechanisches Design des Schallwandlers unterschiedliche schwingungsmechanische und akustische Eigenschaften aufweisen. Neben den verschiedenen Resonanzfrequenzen werden so auch unterschiedliche Richtcharakteristiken der Schallaussendung und des Schallempfanges möglich. In der Folge ist ein solcher Schallwandler wesentlich leistungsfähiger.The sound converter has a diaphragm pot and a converter element, which is designed in particular as a piezoelectric converter element. The membrane pot has a membrane and a wall. In this case, the membrane is arranged on a base of the membrane pot and the wall of the membrane pot forms an interior space of the membrane pot. The wall of the diaphragm pot is in particular designed in the form of a hollow cylinder. The converter element is arranged on the membrane of the membrane pot. In particular, the transducer element is attached to the membrane. The sound transducer additionally has at least one, in particular separate, stiffening element which is arranged in the interior of the diaphragm pot and is connected at least partially, in particular radially circumferentially, to the wall of the diaphragm pot. The stiffening element is designed and/or arranged in the interior of the diaphragm pot in such a way that the sound transducer has at least a first resonant operating point and a second resonant operating point. The first resonant working point means in particular a first resonant working frequency of the membrane and the second resonant working point means a second resonant working frequency of the membrane of the sound transducer. The membrane has a plurality of resonant frequencies, with only a specific frequency range for resonant operating points being possible, for example for ultrasonic measurement. The resonant frequencies of the membrane are determined, among other things, by the thickness and the area of the membrane. However, the resonant frequencies are also determined by the clamping of the membrane and thus the remaining part of the membrane pot, in particular the wall of the membrane pot. The stiffening element stiffens the clamping of the membrane, which in turn leads to a shift in the frequency positions of the resonant frequencies. A suitable design of the stiffening element and/or a suitable positioning of the stiffening element within the diaphragm pot shifts the resonance frequencies of the diaphragm in such a way that two resonance frequencies of the diaphragm are within the frequency range in question for resonant operating points of the sound transducer. The frequency range is in particular between 35 kHz and 75 kHz. For example, two operating frequencies at approximately 45 kHz and approximately 52 kHz would be possible for an ultrasonic transducer. Both working frequencies can have different vibration-mechanical and acoustic properties through a suitable mechanical design of the sound transducer. In addition to the different resonance frequencies, different directional characteristics of the sound emission and sound reception are also possible. As a result, such a sound transducer is significantly more powerful.

Vorzugsweise ist das Versteifungselement als eine Platte ausgebildet. Die Platte ist insbesondere als eine Resonatorplatte ausgebildet. Solch eine Platte ist ein einfach herzustellendes und kostengünstiges Element. Bevorzugt ist die Platte aus einem Metall, einem Kunststoff, einer Keramik und/oder als ein Kunststoff-Faser-Verbundbauteil ausgebildet. Bevorzugt ist die Platte vollständig radial umlaufend mit der Wandung des Membrantopfs verbunden. Vorzugsweise weist die Platte eine kreuzförmige Form auf. Vorzugsweise unterscheidet sich eine Längsausdehnung der Platte und eine Querausdehnung der Platte voneinander. Vorzugsweise weist die Platte eine kreisförmige Form auf. Durch diese Form ergibt sich in Kombination mit einem hohlzylinderförmigen Innenraum des Membrantopfs die Möglichkeit, die Platte passgenau mit der Wandung, insbesondere der Innenwandung, des Membrantopfs zu verbinden. Bevorzugt weist die Platte in Richtung einer Längsachse der Platte einen ungleichmäßigen Querschnitt auf. Zum einen kann die Platte dreidimensional in unterschiedlichen Ebenen verlaufen. Zum anderen kann aber auch die Dicke der Platte in Richtung der Längsachse der Platte variieren. Somit ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten zur Realisierung von gewünschten schwingungsmechanischen und akustischen Eigenschaften des Ultraschallsensors. Insbesondere können die schwingungsmechanischen und akustischen Eigenschaften des Sensors in ihrer Asymmetrie somit erhöht oder auch verringert werden.The stiffening element is preferably designed as a plate. The plate is designed in particular as a resonator plate. Such a plate is an easy to manufacture and inexpensive element. The plate is preferably formed from a metal, a plastic, a ceramic and/or as a plastic-fiber composite component. The plate is preferably connected to the wall of the diaphragm pot so that it extends completely radially around it. Preferably the plate is cruciform in shape. A longitudinal extension of the panel and a transverse extension of the panel preferably differ from one another. Preferably the plate has a circular shape. This shape, in combination with a hollow-cylindrical interior space of the diaphragm pot, makes it possible to connect the plate to the wall, in particular the inner wall, of the diaphragm pot with a precise fit. The plate preferably has a non-uniform cross-section in the direction of a longitudinal axis of the plate. On the one hand, the plate can run three-dimensionally in different planes. On the other hand, however, the thickness of the plate can also vary in the direction of the longitudinal axis of the plate. This results in additional possibilities for realizing desired vibration-mechanical and acoustic properties of the ultrasonic sensor. In particular, the asymmetry of the vibration-mechanical and acoustic properties of the sensor can thus be increased or also reduced.

Bevorzugt ist eine erste Haupterstreckungsebene des Versteifungselements im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Haupterstreckungsebene der Membran des Membrantopfs, insbesondere in einer Ruhelage der Membran, ausgerichtet. Insbesondere ist die Platte als Versteifungselement parallel zu der Membran, insbesondere in der Ruhelage der Membran, ausgerichtet.A first main extension plane of the stiffening element is preferably aligned essentially parallel to a second main extension plane of the membrane of the membrane pot, in particular when the membrane is in a rest position. In particular, the plate, as a stiffening element, is aligned parallel to the membrane, in particular when the membrane is in the rest position.

Vorzugsweise ist das Versteifungselement derart ausgebildet ist und/oder derart in dem Innenraum des Membrantopfs angeordnet, dass in dem Innenraum des Membrantopfs zwischen dem Boden des Membrantopfes und dem Versteifungselement ein Zwischenraum ausgebildet ist. Der Zwischenraum ist insbesondere als eine Kavität ausgebildet. Das Versteifungselement deckt somit das Wandlerelement, welches sich innerhalb des Zwischenraums befindet, zumindest teilweise vor einer äußeren Umgebung des Schallwandlers ab. Durch das geschlossene Luftvolumen innerhalb des Zwischenraums ergibt sich eine zusätzliche Versteifung der Membran, was wiederum zum Verschieben der Lagen der Resonanzfrequenzen verwendet werden kann. Bevorzugt weist der Zwischenraum wenigstens eine Öffnung auf. Diese Öffnung ist insbesondere in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer ersten Hauptstreckungsebene des Versteifungselements führt, ausgerichtet. Die Öffnung dient dem Druckausgleich für den statischen Luftdruck und vereinfacht die Führung der Kontaktierungsdrähte. Bevorzugt weist der Zwischenraum wenigstens zwei Öffnungen auf, sodass die beiden Kontaktierungsdrähte durch unterschiedliche Öffnungen geführt werden können. Vorzugsweise weist das Versteifungselement die wenigstens eine Öffnung selbst auf. Die Öffnung ist insbesondere als eine Durchgangsbohrung ausgebildet.The stiffening element is preferably designed and/or arranged in the interior of the membrane pot in such a way that an intermediate space is formed in the interior of the membrane pot between the bottom of the membrane pot and the stiffening element. The intermediate space is designed in particular as a cavity. The stiffening element thus at least partially covers the transducer element, which is located within the intermediate space, from an external environment of the sound transducer. The closed volume of air within the space results in an additional stiffening of the membrane, which in turn can be used to shift the positions of the resonance frequencies. The intermediate space preferably has at least one opening. This opening is aligned in particular in a direction that is essentially perpendicular to a first main extension plane of the stiffening element. The opening serves to equalize the static air pressure and simplifies the routing of the contacting wires. The intermediate space preferably has at least two openings, so that the two contacting wires can be guided through different openings. The stiffening element preferably has the at least one opening itself. The opening is designed in particular as a through hole.

Vorzugsweise ist das Versteifungselement in die Wandung des Membrantopfs integriert. Durch die Integration des Versteifungselements in die Wandung 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 zumindest teilweise eingegossen sein. Vorzugsweise ist diese formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Versteifungselement und der Wandung des Membrantopfs nicht lösbar ausgeführt.The stiffening element is preferably integrated into the wall of the diaphragm pot. The integration of the stiffening element in the wall of the membrane pot means that the structure of the membrane pot is much simpler than that of conventionally manufactured membrane pots, the components of which are assembled individually. In order to integrate the stiffening element into the wall of the diaphragm pot, the stiffening element can be cast at least partially into the wall, for example. This form-fitting and/or material-to-material connection between the stiffening element and the wall of the diaphragm pot is preferably non-detachable.

Bevorzugt ist die Membran und die Wandung des Membrantopfs einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet.The membrane and the wall of the membrane pot are preferably designed in one piece as a plastic component, in particular as a fiber-plastic composite component.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Schallwandlers. Hierbei wird zunächst ein Membrantopf mit einer Membran und einer Wandung bereitgestellt. Insbesondere wird der Membrantopf hierbei einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, bereitgestellt. Weiterhin wird ein Wandlerelement an der Membran des Membrantopfs befestigt. Außerdem wird ein, insbesondere separates, Versteifungselement in einem Innenraum des Membrantopfs angeordnet und anschließend zumindest teilweise, insbesondere radial umlaufend, mit einer Wandung des Membrantopfs verbunden. Das Versteifungselement ist hierbei derart ausgebildet ist und/oder wird derart in dem Innenraum des Membrantopfs angeordnet, dass der Schallwandler einen ersten resonanten Arbeitspunkt und einen zweiten resonanten Arbeitspunkt aufweist.Another object of the present invention is a method for producing the sound transducer described above. In this case, a membrane pot with a membrane and a wall is first provided. In particular, the diaphragm pot is provided in one piece as a plastic component, in particular as a fiber-plastic composite component. Furthermore, a converter element is attached to the membrane of the membrane pot. In addition, a stiffening element, in particular a separate one, is arranged in an interior space of the diaphragm pot and is then connected at least partially, in particular radially circumferentially, to a wall of the diaphragm pot. The stiffening element is designed in such a way and/or is arranged in the interior of the diaphragm pot in such a way that the sound transducer has a first resonant operating point and a second resonant operating point.

Bevorzugt wird eine Platte als Versteifungselement verwendet. Eine solche Platte kann beispielsweise mittels Ausstanzen, Gießen, Wasserstrahlscheiden oder Laserschneiden hergestellt werden.A plate is preferably used as the stiffening element. Such a plate can be produced, for example, by means of stamping, casting, water jet cutting or laser cutting.

Bevorzugt wird das Versteifungselement durch Verpressen, Pressklemmen, Presspassung, Kleben oder Schweißen mit der Wandung des Membrantopfs verbunden. Alternativ kann das Versteifungselement auch in die Wandung des Membrantopfs integriert werden. Hierbei wird beispielsweise das Versteifungselement in die Wandung des Membrantopfs eingegossen.The stiffening element is preferably connected to the wall of the diaphragm pot by pressing, press clamping, a press fit, gluing or welding. Alternatively, the stiffening element can also be integrated into the wall of the diaphragm pot. Here, for example, the stiffening element is cast into the wall of the diaphragm pot.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

1a zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Schallwandlers.
1b zeigt die erste Ausführungsform des Schallwandlers in einer dreidimensionalen Ansicht.
1c zeigt einen Längsschnitt der ersten Ausführungsform des Schallwandlers.
2a zeigt einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform des Schallwandlers.
2b zeigt einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform des Schallwandlers.
2c zeigt einen Längsschnitt einer vierten Ausführungsform des Schallwandlers.
3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers.

Show it:

1a shows a cross section of a first embodiment of a sound transducer.
1b shows the first embodiment of the sound transducer in a three-dimensional view.
1c shows a longitudinal section of the first embodiment of the sound transducer.
2a shows a longitudinal section of a second embodiment of the sound transducer.
2 B shows a longitudinal section of a third embodiment of the sound transducer.
2c shows a longitudinal section of a fourth embodiment of the sound transducer.
3 shows a method for producing a sound transducer.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1a zeigt schematisch einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Schallwandlers 1a. Der Schallwandler 1a, welcher hierbei als ein Ultraschallwandler, insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs, ausgebildet ist, weist einen Membrantopf 16 und ein Wandlerelement 4 auf. Das Wandlerelement 4 ist hierbei als ein piezoelektrisches Wandlerelement ausgebildet. Der Membrantopf 16 weist eine Membran 2 und eine Wandung 3 auf. Die Membran 2 ist an einem Boden des Membrantopfs 16 angeordnet und die Wandung 3 des Membrantopfs 16 bildet, insbesondere zusammen mit der Membran 2, einen Innenraum 6 des Membrantopfs 16 aus. Das Wandlerelement 4 ist an der Membran 2 des Membrantopfs 16 befestigt. Der Schallwandler 1a weist zusätzlich ein, insbesondere separates, Versteifungselement 5a auf, welches in dem Innenraum 6 des Membrantopfs angeordnet ist. Wie anhand des Längsschnitts entlang der Ebene 15 auf 1c zu erkennen ist, ist das Versteifungselement 5a in dieser Ausführungsform vollständig radial umlaufend mit der Wandung 3 des Membrantopfs 16 verbunden. Das Versteifungselement 5a ist derart ausgebildet und/oder derart in dem Innenraum 6 des Membrantopfs 16 angeordnet, dass der Schallwandler 1a wenigstens einen ersten resonanten Arbeitspunkt und einen zweiten resonanten Arbeitspunkt aufweist. Der erste resonante Arbeitspunkt und der zweite resonante Arbeitspunkt weisen unterschiedliche resonante Arbeitsfrequenzen der Membran 2 auf. 1a shows schematically a cross section of a first embodiment of a sound transducer 1a. The sound transducer 1a, which is in the form of an ultrasonic transducer, in particular for a driver assistance system of a vehicle, has a diaphragm pot 16 and a transducer element 4 . In this case, the converter element 4 is designed as a piezoelectric converter element. The membrane pot 16 has a membrane 2 and a wall 3 . The membrane 2 is arranged on a bottom of the membrane pot 16 and the wall 3 of the membrane pot 16 forms, in particular together with the membrane 2, an interior 6 of the membrane pot 16. The converter element 4 is attached to the membrane 2 of the membrane pot 16 . The sound transducer 1a additionally has, in particular a separate, stiffening element 5a, which is arranged in the interior 6 of the diaphragm pot. As shown by the longitudinal section along the plane 15 1c As can be seen, the stiffening element 5a in this embodiment is connected to the wall 3 of the diaphragm pot 16 in a completely radially circumferential manner. The stiffening element 5a is designed and/or arranged in the interior 6 of the diaphragm pot 16 in such a way that the sound transducer 1a has at least a first resonant operating point and a second resonant operating point. The first resonant working point and the second resonant working point have different resonant working frequencies of the membrane 2 .

Die Membran 2 und die Wandung 3 des Membrantopfs 16 ist hierbei einstückig als ein Kunststoffbauteil, insbesondere als ein Faser-Kunststoff-Verbundbauteil, ausgestaltet.The membrane 2 and the wall 3 of the membrane pot 16 is designed in one piece as a plastic component, in particular as a fiber-plastic composite component.

Das Versteifungselement 5a ist hierbei als eine Platte, insbesondere eine Resonatorplatte, ausgebildet. Die Platte weist hierbei entlang der ersten Haupterstreckungsebene 7 des Versteifungselements einen gleichmäßigen Querschnitt auf. Die erste Haupterstreckungsebene 7 des Versteifungselements 5a verläuft, insbesondere in einer Ruhelage der Membran 2, im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Haupterstreckungsebene 8 der Membran 2 des Membrantopfs 16. Wie anhand der dreidimensionalen Abbildung des Schallwandlers 1a auf 1b zu erkennen ist, weist der Membrantopf 16 eine hohlzylinderförmige Wandung 3 auf, wobei eine Wanddicke der Wandung 3 teilweise ausgedünnt ist. Die Platte ist als Versteifungselement 5a derart dimensioniert und derart in dem Innenraum 6 des Membrantopfs 16 angeordnet, dass in dem Innenraum 6 des Membrantopfs 16 zwischen der Membran 2 des Membrantopfes 16 und dem Versteifungselement 5a ein Zwischenraum 9, insbesondere eine Kavität, ausgebildet ist. In diesem Zwischenraum 9 ist das Wandlerelement 4 angeordnet und wird mittels des Versteifungselements teilweise gegenüber der äußeren Umgebung abgedeckt. Zum statischen Druckausgleich und zum Durchführen der hier nicht dargestellten Kontaktierungsdrähte des Wandlerelements 4 weist das Versteifungselement 5a in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptstreckungsebene 7 des Versteifungselements 5a als Öffnungen 10a und 10b zwei Durchgangsbohrungen auf.The stiffening element 5a is in this case designed as a plate, in particular a resonator plate. In this case, the plate has a uniform cross section along the first main extension plane 7 of the stiffening element. The first main extension plane 7 of the stiffening element 5a runs, in particular in a rest position of the membrane 2, essentially parallel to a second main extension plane 8 of the membrane 2 of the membrane pot 16. As shown in the three-dimensional image of the sound transducer 1a 1b As can be seen, the diaphragm pot 16 has a hollow-cylindrical wall 3, with a wall thickness of the wall 3 being partially thinned out. The plate is dimensioned as a stiffening element 5a and arranged in the interior space 6 of the membrane pot 16 in such a way that an intermediate space 9, in particular a cavity, is formed in the interior space 6 of the membrane pot 16 between the membrane 2 of the membrane pot 16 and the stiffening element 5a. The converter element 4 is arranged in this intermediate space 9 and is partially covered with respect to the external environment by means of the stiffening element. For static pressure equalization and for passing through the contacting wires of the transducer element 4 (not shown here), the stiffening element 5a has two through holes as openings 10a and 10b in a direction essentially perpendicular to the first main extension plane 7 of the stiffening element 5a.

2a zeigt schematisch entlang der Schnittebene 15 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Schallwandlers 1b. Hierbei weist die Platte als Versteifungselement 5b Platte im Unterschied zu der ersten Ausführungsform eine kreisförmige Form auf. Zum statischen Druckausgleich und zum Durchführen der hier nicht dargestellten Kontaktierungsdrähte des Wandlerelements 4 weist der Zwischenraum 9 in einem ausgedünnten Wandbereich der Wandung 3 zwei Öffnungen 11a und 11b auf. 2a shows schematically along the cutting plane 15 a longitudinal section of a second embodiment of a sound transducer 1b. Here, the plate as the stiffening element 5b plate has a circular shape in contrast to the first embodiment. For static pressure equalization and for the passage of the contacting wires of the transducer element 4 (not shown here), the space 9 has two openings 11a and 11b in a thinned wall area of the wall 3 .

2b zeigt schematisch entlang der Schnittebene 15 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines Schallwandlers 1c. Hierbei weist die Platte als Versteifungselement 5c im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen eine kreuzförmige Form auf. Zum statischen Druckausgleich und zum Durchführen der hier nicht dargestellten Kontaktierungsdrähte des Wandlerelements 4 weist der Zwischenraum 9 in den Zwischenbereichen der kreuzförmigen Platte vier Öffnungen 12a, 12b, 12c und 12d auf. 2 B FIG. 12 schematically shows a longitudinal section of a third embodiment of a sound transducer 1c along the section plane 15. FIG. In contrast to the previous embodiments, the plate as a stiffening element 5c has a cruciform shape. For static pressure equalization and for the passage of the contacting wires of the transducer element 4 (not shown here), the intermediate space 9 has four openings 12a, 12b, 12c and 12d in the intermediate areas of the cross-shaped plate.

2c zeigt schematisch entlang der Schnittebene 15 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines Schallwandlers 1d. Hierbei weist die Platte als Versteifungselement 5d im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen eine längliche Form auf, bei eine Längsausdehnung der Platte größer ist als eine Querausdehnung der Platte. Zum statischen Druckausgleich und zum Durchführen der hier nicht dargestellten Kontaktierungsdrähte des Wandlerelements 4 weist der Zwischenraum 9 seitlich zu dem längsförmigen Versteifungselement 5d zwei Öffnungen 13a und 13b auf. 2c FIG. 12 schematically shows a longitudinal section of a third embodiment of a sound transducer 1d along the section plane 15. FIG. In contrast to the previous embodiments, the plate, as the stiffening element 5d, has an elongate shape in which the longitudinal extent of the plate is greater than the transverse extent of the plate. For static pressure equalization and for passing through the contacting wires of the transducer element 4 (not shown here), the intermediate space 9 has two openings 13a and 13b on the side of the longitudinal stiffening element 5d.

3 zeigt in Form eines Ablaufdiagramms ein Verfahren zur Herstellung eines Schallwandlers gemäß den 1a bis 2c. Hierbei wird in einem Verfahrensschritt 30 ein Membrantopf mit einer Membran und einer Wandung bereitgestellt. In einem folgenden Verfahrensschritt 40 wird ein Wandlerelement an der Membran des Membrantopfs befestigt. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt 50 wird ein, insbesondere separates, Versteifungselement in einem Innenraum des Membrantopfs angeordnet. In einem weiteren Verfahrensschritt 60 wird das Versteifungselement zumindest teilweise, insbesondere radial umlaufend, mit der Wandung des Membrantopfs verbunden. Das Versteifungselement ist derart ausgebildet ist und/oder wird derart in dem Innenraum des Membrantopfs angeordnet, dass der Schallwandler einen ersten resonanten Arbeitspunkt und einen zweiten resonanten Arbeitspunkt aufweist. Daraufhin wird das Verfahren beendet. 3 shows in the form of a flow chart a method for manufacturing an acoustic transducer according to the 1a until 2c . A membrane pot with a membrane and a wall is provided in a method step 30 . In a subsequent method step 40, a transducer element is attached to the membrane of the membrane pot. In a subsequent method step 50, a stiffening element, in particular a separate one, is arranged in an interior space of the diaphragm pot. In a further step 60, the stiffening element connected at least partially, in particular radially circumferentially, to the wall of the diaphragm pot. The stiffening element is designed and/or arranged in the interior of the diaphragm pot in such a way that the sound transducer has a first resonant operating point and a second resonant operating point. The procedure is then ended.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102006050037 A1 [0002]

Claims

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d), in particular an ultrasonic transducer, having - a membrane pot (16) and - a transducer element (4), in particular a piezoelectric transducer element, the membrane pot (16) having a membrane (2) and a wall (3 ), wherein the membrane (2) is arranged on a base of the membrane pot (16) and the wall (3) of the membrane pot (16), in particular a hollow-cylindrical wall (3) of the membrane pot (16), an interior space (6) of the membrane pot (16), the transducer element (4) being arranged on the membrane (2) of the membrane pot (16), the sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) additionally having at least one, in particular separate, stiffening element (5a, 5b , 5c, 5d) which is arranged in the interior (6) of the membrane pot (16) and is connected at least partially, in particular radially circumferentially, to the wall (3) of the membrane pot (16), characterized in that the stiffening element ( 5a, 5b, 5c, 5d) is designed in such a way un d/or is arranged in the interior (6) of the diaphragm pot (16) in such a way that the sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) has at least a first resonant operating point and a second resonant operating point.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to claim 1 , characterized in that the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) is designed as a plate, in particular a resonator plate.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to claim 2 , characterized in that the plate is connected to the wall (3) of the diaphragm pot (16) so that it extends completely radially around it.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the plate has a cruciform shape.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of claims 2 until 4 , characterized in that a longitudinal extension of the plate and a transverse extension of the plate differ from each other.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of claims 2 or 3 , characterized in that the plate has a circular shape.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of claims 2 until 6 , characterized in that the plate has a non-uniform cross-section in the direction of a longitudinal axis of the plate.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that a first main extension plane (7) of the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) is essentially parallel to a second main extension plane (8) of the membrane (2) of the membrane pot (16), in particular in a rest position of the membrane ( 16) is aligned.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) is designed and/or arranged in such a way in the interior (6) of the membrane pot (16) that in the interior (6) of the membrane pot (16) between an intermediate space (9), in particular a cavity, is formed between the bottom of the diaphragm pot (16) and the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d).

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to claim 9 , characterized in that the intermediate space (9), in particular in a direction essentially perpendicular to the first main extension plane (7) of the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d), at least one opening (10a, 10b, 11a, 11b, 12a , 12b, 12c, 12d, 13a, 13b), in particular for pressure compensation.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to claim 10 , characterized in that the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) has at least one opening (10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b), in particular designed as a through hole.

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the first resonant working point and the second resonant working point have different resonant working frequencies, in particular of the membrane (2).

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 12 , characterized in that the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) is integrated into the wall (3) of the diaphragm pot (16).

Sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 13 , characterized in that the membrane (2) and the wall (3) of the membrane pot (16) are designed in one piece as a plastic component, in particular as a fiber-plastic composite component.

Method for producing a sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d) according to one of Claims 1 until 14 , wherein the method has the following method steps: - Providing (30) a membrane pot (16) with a membrane (2) and a wall (3), and - fastening (40) a transducer element (4) to the membrane (2) of the membrane pot (16), and - arranging (50) a, in particular separate, stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) in an interior (6) of the membrane pot (16), and - at least partially, in particular radially circumferential, connection (60) of the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) to the wall (3) of the membrane pot (16) characterized in that the stiffening element (5a, 5b, 5c, 5d) is designed and/or arranged in the interior (6) of the diaphragm pot (16) in such a way that the sound transducer (1a, 1b, 1c, 1d ) has a first resonant operating point and a second resonant operating point.