DE19927797C1 - Ultrasonic transducer for measurements in gases, employs cast elastomer between its sidewalls and an outer holder, to prevent undesirable wall coupling - Google Patents

Ultrasonic transducer for measurements in gases, employs cast elastomer between its sidewalls and an outer holder, to prevent undesirable wall coupling

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Abstract

An ultrasonic transducer. The connection between transducer casing (3), the sidewalls and the holder (8) is formed by a cast elastomer, engaging one or more projections or recesses (9, 10) in their walls, and completely covering the rear of the casing. An Independent claim is included for the method of making the transducer. A special mold fits between and locates the casing and holder, relative to each other. This mold part-fills an interspace that is defined between them, up to a point to which the elastomer should reach. The remaining interspace is cast with elastomer. The mold is then removed, and the plastic foam is used to fill the interspace. Alternatively, a prefabricated foam of this type is adhered into place. Preferred features: Elastomer hardness is less than 50, on the Shore A scale. The shapes of the recesses and projections depart from rectangular when seen in cross section. This facilitates the escape of bubbles during casting. The edges are angled. The edges of the recesses and projections facing the base are angled with respect to it, to allow the bubbles to escape. Sidewalls have a circumferential collar as a projection; the holder has an internal circumferential groove as a recess. On the transducer body (1) a rear damping layer (5) is provided, on top of which the elastomer rests.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, insbesondere für die Durchführung von Messungen in Gasen, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Ultra­ schallwandlers.The invention relates to an ultrasonic transducer, especially for taking measurements in Gases, as well as a process for producing the Ultra sound converter.

Die Einbindung von Ultraschallwandlern in Meß­ anordnungen erfordert in vielen Fällen eine Entkopplung des Wandlergehäuses vom Befestigungsmedium an dem der Wandler fixiert wird. So muß der Ultraschallwandler beispielsweise bei Messungen in rohrförmigen Körpern, an der Rohrinnenwand oder in einer Öffnung in der Rohrwand befestigt werden. Hierfür ist in der Regel eine Halterung vorgesehen, die fest mit dem Rohr verbunden wird und den Ultraschallwandler in einer festen Position hält. Bei vielen Meßanordnungen werden jedoch entlang einer Meßstrecke, im vorliegenden Beispiel entlang des Rohres, mehrere Ultraschallwandler angeordnet, von denen einer als Sender und ein weiterer als Empfänger dient. Hierbei tritt das Problem auf, daß sich die Ultraschallwelle nicht nur über das Meßmedium im Rohr sondern auch über das Gehäuse des Wandlers und die Rohrwand ausbreitet. Diese Ausbreitung von Körper­ schall führt jedoch in vielen Fällen zu Störungen bei der Messung, da der als Empfänger dienende Ultraschall­ wandler nicht zwischen dem Empfang des Körperschalls und dem Empfang des gewünschten Signals aus dem Meß­ medium unterscheiden kann. The integration of ultrasonic transducers in measuring In many cases, arrangements require decoupling of the converter housing from the mounting medium to which the Converter is fixed. So the ultrasonic transducer for example when measuring in tubular bodies, on the inner pipe wall or in an opening in the Pipe wall to be attached. This is usually a bracket is provided that is fixed to the pipe is connected and the ultrasonic transducer in one holds a fixed position. With many measuring arrangements however along a measurement path, in the present case Example along the pipe, several ultrasonic transducers arranged, one of which acts as a transmitter and another serves as a recipient. Here the problem arises that the ultrasonic wave does not only spread over the measuring medium in the tube but also over the housing of the transducer and the pipe wall spreads out. This spread of body However, sound leads to malfunctions in many cases the measurement, since the ultrasound serving as the receiver transducer between the reception of structure-borne noise and receiving the desired signal from the measurement can distinguish medium.  

Gerade bei Messungen in Gasen, bei denen es aufgrund der geringen Schallübertragung in Gasen auf eine hohe Meßempfindlichkeit ankommt, wirkt sich der Körperschall besonders störend aus. In diesen Fällen ist daher eine wirksame Körperschallentkopplung des Ultraschallwandlers vom Befestigungsmedium, beispiels­ weise der Rohrwandung, besonders wichtig. Die Ent­ kopplung wird in der Regel durch das Verbindungsmedium zwischen dem Wandlergehäuse und der dieses Gehäuse tragenden Halterung bewirkt.Especially for measurements in gases where it is due to the low sound transmission in gases arrives at a high sensitivity, the Structure-borne noise is particularly annoying. In these cases is therefore an effective decoupling of structure-borne noise Ultrasonic transducer from the mounting medium, for example way of the tube wall, particularly important. The Ent coupling is usually through the connection medium between the converter housing and the this housing carrying bracket causes.

Aus der DE 42 30 773 C1 ist ein Ultraschallwandler mit einem Gehäuse mit einer Bodenwandung und Seiten­ wandungen sowie einem Keramikschwinger an der Boden­ wandung des Gehäuses bekannt. Zwischen der Bodenwandung und dem Keramikschwinger ist eine Anpaß-Schicht aus Kunststoff vorgesehen. Der restliche Freiraum des Gehäuses ist zur Bedämpfung des Keramikschwingers mit einer Kunststoffbedämpfungsschicht aus einem Silikon­ elastomer hoher Dichte mit einem hohen Anteil an Metalloxid aufgefüllt. Dies soll eine maschinelle Aufbringung der Bedämpfungsschicht bei der Herstellung des Ultraschall-Wandlers ermöglichen. Die Bedämpfungs­ schicht innerhalb des Wandlergehäuses dient bei diesem Wandler der Verkürzung der Ausschwingzeit, um die sogenannte Blockdistanz des Wandlers zu verringern. Eine vergleichbare Ausgestaltung, bei der eine Bedämp­ fungsschicht aus Polyurethanschaum auf der Rückseite des Wandlerkörpers aufgebracht ist, ist aus der DE 33 01 848 C2 bekannt.DE 42 30 773 C1 is an ultrasonic transducer with a housing with a bottom wall and sides walls and a ceramic transducer on the floor wall of the housing known. Between the bottom wall and the ceramic transducer is made of a matching layer Plastic provided. The remaining free space of the Housing is used to dampen the ceramic transducer a plastic damping layer made of a silicone high density elastomer with a high proportion of Padded metal oxide. This is supposed to be a machine Application of the damping layer during manufacture enable the ultrasonic transducer. The damping layer inside the converter housing serves this Transducers reducing the swing-out time to the reduce the so-called block distance of the converter. A comparable embodiment in which a damping layer of polyurethane foam on the back of the transducer body is applied from DE 33 01 848 C2 known.

Bei beiden Ultraschall-Wandlern stellt sich jedoch im Einsatz ebenfalls die Frage nach einer wirksamen Körperschallentkopplung des Wandlergehäuses vom Befestigungsmedium, beispielsweise einem Rohr.However, with both ultrasonic transducers in use also the question of an effective  Structure-borne noise decoupling of the converter housing from Fastening medium, for example a pipe.

In der DE 38 32 947 wird hierzu vorgeschlagen, das Wandlergehäuse des Ultraschallwandlers in ein Meßrohr als Halterung einzuspannen und über einen in einer Nut am Gehäuse und am Meßrohr umlaufenden Gummiring (O- Ring) vom Meßrohr akustisch zu entkoppeln.DE 38 32 947 proposes that Transducer housing of the ultrasonic transducer in a measuring tube to be clamped as a holder and via a in a groove rubber ring on the housing and on the measuring tube (O- Ring) acoustically decoupled from the measuring tube.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß das Gummimaterial des O-Ringes zur Gewährleistung einer sicheren Ausrichtung des Ultraschallwandlers in der Halterung eine Mindesthärte aufweisen muß, die wiederum eine Körperschallentkopplung nur teilweise ermöglicht. Weiterhin kann sich bei dieser Anordnung bei Messungen in Luft oder in Gasen mit hohem Feuchtigkeitsanteil Wasser an dem Wandlergehäuse und dem O-Ring absetzen, wodurch eine neue Brücke für den Körperschall zwischen dem Wandlergehäuse und der Halterung entsteht, so daß die entkoppelnde Wirkung des O-Ringes zum Teil nicht zum Tragen kommt.However, this arrangement has the disadvantage that Rubber material of the O-ring to ensure a secure alignment of the ultrasonic transducer in the Bracket must have a minimum hardness, which in turn structure-borne noise decoupling only partially possible. This arrangement can also be used for measurements in air or in gases with a high moisture content Deposit water on the converter housing and the O-ring, creating a new bridge for structure-borne noise between the converter housing and the bracket is created so that some of the decoupling effect of the O-ring is not comes into play.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallwandler mit einer Halterung anzugeben, der eine wirksame Körperschallentkopplung bei gleichzeitiger Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit bietet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ultraschallwandlers anzugeben.The object of the present invention is therein an ultrasonic transducer with a bracket specify the effective structure-borne noise decoupling with insensitivity to  Provides moisture. Another object of the invention is a process for making one to specify such ultrasonic transducer.

Die Aufgabe wird mit dem Ultraschallwandler nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ultraschallwandlers und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is performed using the ultrasonic transducer Claim 1 and the method according to claim 11 solved. Advantageous refinements of the ultrasound transducer and the procedure are the subject of the subclaims.

Der erfindungsgemäße Ultraschallwandler besteht in üblicher Weise aus einem Gehäuse mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen sowie einem Wandlerkörper, der an einer Innenfläche der Bodenwandung angeordnet ist. Das Gehäuse kann hierbei beispielsweise eine topfförmige Gestalt aufweisen. Die Bodenwandung ist vorzugsweise als λ/4 Anpassungsschicht für den verwendeten Ultra­ schallwellenbereich ausgestaltet. Der Wandlerkörper selbst besteht in der Regel aus einer piezoelektrischen Scheibe, beispielsweise einer Piezokeramik, die auf die Bodenwandung aufgeklebt ist.The ultrasonic transducer according to the invention consists in usually from a housing with a bottom wall and side walls as well as a converter body, which an inner surface of the bottom wall is arranged. The Housing can be, for example, a cup-shaped Have shape. The bottom wall is preferred as λ / 4 adaptation layer for the Ultra used designed sound wave range. The converter body itself usually consists of a piezoelectric Disc, for example a piezoceramic, on the Bottom wall is glued.

Das Gehäuse ist in einer Halterung angeordnet, die zumindest in einem von der Bodenwandung beabstandeten hinteren Bereich des Gehäuses über ein Verbindungs­ element mit den Außenflächen der Seitenwandungen verbunden ist. Die Halterung selbst kann beispielsweise eine rohrförmige Gestalt aufweisen. Erfindungsgemäß besteht das Verbindungselement aus einem zwischen die Seitenwandungen des Gehäuses und die Halterung ein­ gegossenen Elastomer, das in ein oder mehrere Vor­ sprünge oder Vertiefungen, die an den Außenflächen der Seitenwandungen und an den diesen gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Halterung vorgesehen sind, eingreift. Das Elastomer ist nicht nur im Zwischenraum zwischen den Seitenwandungen und der Halterung vorgesehen, sondern bedeckt den hinteren Bereich des Gehäuses vollständig, wie dies beispielsweise in den Fig. 1 und 3 des Ausführungsbeispiels zu erkennen ist.The housing is arranged in a holder which is connected at least in a rear region of the housing spaced from the bottom wall via a connecting element to the outer surfaces of the side walls. The holder itself can have a tubular shape, for example. According to the invention, the connecting element consists of a cast elastomer between the side walls of the housing and the holder, which engages in one or more projections or depressions which are provided on the outer surfaces of the side walls and on the boundary surfaces of the holder opposite these. The elastomer is not only provided in the space between the side walls and the holder, but completely covers the rear area of the housing, as can be seen, for example, in FIGS. 1 and 3 of the exemplary embodiment.

Die Ausgestaltung des Verbindungselementes als ein zwischen das Gehäuse und die Halterung eingegossenes Elastomer ermöglicht eine sichere Ausrichtung des Ultraschallwandlers relativ zur Halterung. Durch die ein oder mehreren Vorsprünge oder Vertiefungen an den Außenflächen des Gehäuses bzw. den Innenflächen der Halterung wird eine gegenseitige Fixierung zwischen Gehäuse, Elastomer und Halterung erreicht, die eine Verschiebung der einzelnen Elemente zueinander verhindert. Gerade das Eingießen des Elastomers ermöglicht hierbei ein gutes Eingreifen in die Vorsprünge und Vertiefungen und somit eine optimale Haltewirkung.The design of the connecting element as a poured between the housing and the bracket Elastomer enables a secure alignment of the Ultrasonic transducer relative to the bracket. Through the one or more protrusions or depressions on the Outer surfaces of the housing or the inner surfaces of the Bracket becomes a mutual fixation between Housing, elastomer and bracket achieved one Shift of the individual elements to each other prevented. Just pouring the elastomer enables good intervention in the Projections and depressions and thus an optimal Holding effect.

Die vollständige Bedeckung des hinteren Bereiches des Gehäuses durch das Elastomer verhindert eine Brückenbildung zwischen Gehäuse und Halterung in diesem Bereich durch niedergeschlagene Feuchtigkeit.Complete coverage of the back area of the housing by the elastomer prevents Bridging between housing and bracket in this Area due to precipitated moisture.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers besteht darin, daß ein Elastomer mit einer Shorehärte von weniger als 50 Shore A, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Shore A, eingesetzt werden kann, ohne die sichere Wandlerausrichtung innerhalb der Halterung zu gefährden. Gerade mit derart weichen Elastomeren läßt sich eine sehr gute Dämpfung im Luftschallbereich und damit eine hervorragende Körperschallentkopplung erreichen. A particular advantage of the invention Ultrasonic transducer is an elastomer with a Shore hardness of less than 50 Shore A, preferably between 10 and 40 Shore A. can be done without the safe transducer alignment within the bracket. Just like that soft elastomers can be very good damping in the airborne sound area and therefore an excellent one Achieve structure-borne noise decoupling.  

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei der die Halterung das Gehäuse des Ultraschall­ wandlers nahezu über seine gesamte Länge umschließt, ist das Elastomer nur in einem hinteren Bereich des Gehäuses zwischen die Halterung und die Seitenwandungen des Gehäuses eingegossen und der verbleibende Zwischen­ raum im vorderen Bereich mit PU- oder Silikonschaum kleiner bis mittlerer Dichte ausgefüllt. Hierdurch wird eine noch bessere Entkopplung des Körperschalls von der Halterung erreicht. Der PU- oder Silikonschaum kann hierbei eingeschäumt oder in Form von einem oder mehreren vorgefertigten Körpern eingeklebt sein.In a further advantageous embodiment, where the bracket is the housing of the ultrasound transducer encompasses almost its entire length, is the elastomer only in a rear area of the Housing between the bracket and the side walls of the housing and the remaining intermediate Room in the front area with PU or silicone foam filled in small to medium density. This will an even better decoupling of structure-borne noise from the Bracket reached. The PU or silicone foam can foamed here or in the form of an or be glued in several prefabricated bodies.

Die Vorsprünge und/oder Vertiefungen an der Außenwandung des Gehäuses bzw. der Innenwandung der Halterung weisen vorzugsweise keine rechteckige Querschnittsform auf. Die Querschnittsform wird vielmehr so gewählt, daß beim Eingießen des Elastomers keine Luftblasen an den Vorsprüngen oder Vertiefungen hängen bleiben. Hierfür werden vorzugsweise die Kanten dieser Querschnittsformen abgeschrägt und waagrechte, das Aufsteigen der Luftblasen behindernde Flächen vermieden.The protrusions and / or depressions on the Outer wall of the housing or the inner wall of the Bracket preferably have no rectangular Cross-sectional shape. The cross-sectional shape will rather chosen so that when pouring the elastomer no air bubbles on the protrusions or depressions get stuck. For this, the edges are preferred of these cross-sectional shapes, beveled and horizontal, surfaces preventing the air bubbles from rising avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Ultraschallwandlers verwendet eine geeignete Form zum Eingießen des Elastomers zwischen Gehäuse und Halterung. Das Gehäuse des Ultraschallwandlers mit dem darin befindlichen Wandlerkörper und zugehörigen elektrischen Kontaktierungen wird in üblicher Weise hergestellt. Hierbei können die Vertiefungen und Vorsprünge am Gehäuse mit einer entsprechend ausge­ stalteten Vergußform, in die das Gehäuse eingegossen wird, realisiert werden.The inventive method for producing the Ultrasonic transducer uses a suitable form for Pour the elastomer between the housing and Bracket. The housing of the ultrasonic transducer with the contained converter body and associated electrical contacts are made in the usual way manufactured. The wells and Projections on the housing with a correspondingly  designed potting mold, in which the housing is poured will be realized.

Die für das Eingießen des Elastomers erforderliche Form hat Ausnehmungen, um Gehäuse und Halterung in der erforderlichen relativen Position zueinander zu fixieren. Die Form erstreckt sich hierbei in dem Zwischenraum zwischen der Halterung und den Seiten­ wandungen des Gehäuses bis zu einer Höhe vom Boden des Gehäuses, bis zu der sich das Elastomer von der Rückseite des Gehäuses erstrecken soll. Auf diese Weise verbleibt von der Rückseite des Gehäuses bis zur Form ein Zwischenraum, der mit dem Elastomer aufgefüllt wird. Das Elastomer wird hierbei soweit eingefüllt, daß die Rückseite des Gehäuses vollständig bedeckt wird. Nach der Verfestigung des in fließfähigem Zustand ein­ gegossenen Elastomers wird die Form entfernt.The one required for pouring the elastomer Form has recesses to make housing and bracket in the required relative position to each other fix. The shape extends in the Space between the bracket and the sides walls of the housing up to a height from the bottom of the Housing, up to which the elastomer extends from the Back of the housing should extend. In this way remains from the back of the case to the mold a space that is filled with the elastomer becomes. The elastomer is filled in so far that the back of the case is completely covered. After solidification of the flowable state cast elastomer, the mold is removed.

Anschließend kann in den verbleibenden Zwischen­ raum zwischen den Seitenwänden des Gehäuses und der Halterung, der vorher von der Form eingenommen wurde, ein PU- oder Silikonschaum eingefüllt werden.Then you can in the remaining intermediate space between the side walls of the housing and the Bracket that was previously taken from the mold a PU or silicone foam can be filled.

Selbstverständlich muß sich die Halterung nicht bis an den Bodenbereich des Gehäuses erstrecken, sondern kann auch nur den hinteren Bereich des Gehäuses umschließen. Hierbei wird die entsprechende Form zum Eingießen des Elastomers entsprechend angepaßt.Of course, the bracket does not have to extend to the bottom of the case, but can also only the rear area of the housing enclose. The corresponding form becomes Pouring the elastomer adjusted accordingly.

Der erfindungsgemäße Ultraschallwandler und das Verfahren zu seiner Herstellung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen: The ultrasonic transducer according to the invention and that Processes for its manufacture are as follows using exemplary embodiments in connection with the Drawings explained again. Here show:  

Fig. 1 ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler; Fig. 1 shows an example for an inventive ultrasonic transducer;

Fig. 2 eine Anordnung mit einer entsprechenden Form zur Herstellung des Ultraschallwandlers der Fig. 1; FIG. 2 shows an arrangement with a corresponding shape for producing the ultrasonic transducer of FIG. 1;

Fig. 3 ein weiteres Beispiel für einen erfindungs­ gemäßen Ultraschallwandler; und Fig. 3 shows another example of an ultrasonic transducer according to the Invention; and

Fig. 4 ein Beispiel für eine Form zur Herstellung des Ultraschallwandlers gemäß Fig. 3. Fig. 4 is an example of a mold for manufacturing the ultrasonic transducer of FIG. 3.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen Ultraschall­ wandler gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Ultra­ schallwandler besteht aus dem Gehäuse 3 mit einem als piezoelektrische Scheibe ausgeführten Wandlerkörper 1, der mittels einer Klebeschicht 2 an der Bodenfläche des topfförmigen Gehäuses 3 angebracht ist. Die Bodenfläche kann als λ/4 Anpassungsschicht ausgeführt sein. Der Wandlerkörper 1 besteht vorzugsweise aus einer Piezo­ keramik. Die beiden Hauptoberflächen der Piezokeramik 1 sind in üblicher Weise mit Elektroden versehen, die über die Kontaktdrähte 4 angesteuert werden. Auf der Rückseite der Piezokeramik 1 ist eine Dämpfungsschicht 5 vorgesehen, die den Innenraum des Gehäuses voll­ ständig ausfüllt. Die Dämpfungsschicht 5 besteht aus bekannten Dämpfungsmaterialien für Ultraschall. Fig. 1 shows an example of an ultrasonic transducer according to the present invention. The ultra sound transducer consists of the housing 3 with a transducer body 1 designed as a piezoelectric disk, which is attached by means of an adhesive layer 2 to the bottom surface of the pot-shaped housing 3 . The bottom surface can be designed as a λ / 4 adaptation layer. The transducer body 1 is preferably made of a piezo ceramic. The two main surfaces of the piezoceramic 1 are provided in the usual way with electrodes, which are controlled via the contact wires 4 . On the back of the piezoceramic 1 , a damping layer 5 is provided which completely fills the interior of the housing. The damping layer 5 consists of known damping materials for ultrasound.

Das Wandlergehäuse 3 ist in einer Halterung 8 angeordnet und mit dieser über das Verbindungselement 6, ein eingegossenes Elastomer, verbunden. In der Figur sind deutlich Vorsprünge 9 am Gehäuse 3 sowie Vertiefungen 10 an der Innenfläche der Halterung 8 zu erkennen, in die das Elastomer 6 eingreift. Im vor­ liegenden Beispiel wird der Vorsprung 9 am Gehäuse 3 durch einen umlaufenden Kragen gebildet, der über eine Phase angeformt ist, so daß er keine rechtwinklige Querschnittsform aufweist. Die Vertiefung 10 in der Halterung beziehungsweise im Außengehäuse ist in Form einer umlaufenden Nut ausgebildet, die ebenfalls nicht rechtwinklig, sondern mit abgeschrägten Kanten ausge­ führt ist. Dies ist aus Fig. 1 ersichtlich. Diese jeweiligen Abschrägungen am Kragen bzw. an der Nut dienen dazu, beim Vergießen des Elastomers den Ein­ schluß von Luftblasen zu verhindern. Die Nut der Halterung bzw. der Kragen des Wandlergehäuses dienen dazu, den Elastomer-Verguß mechanisch sicher zu halten. Die Halterung selbst ist in diesem Beispiel in Rohrform ausgeführt und kann auch rückseitig geschlossen sein. Die Bodenfläche des Wandlergehäuses, die der dem Schall abstrahlenden Fläche entspricht, darf selbstverständ­ lich nicht mit eingegossen werden.The converter housing 3 is arranged in a holder 8 and connected to this via the connecting element 6 , a cast elastomer. In the figure, projections 9 on the housing 3 and depressions 10 on the inner surface of the holder 8 , into which the elastomer 6 engages, can be clearly seen. In the example lying before the projection 9 is formed on the housing 3 by a circumferential collar which is formed over a phase so that it has no rectangular cross-sectional shape. The recess 10 in the holder or in the outer housing is designed in the form of a circumferential groove, which is also not at right angles, but with bevelled edges. This can be seen from Fig. 1. These respective bevels on the collar or on the groove serve to prevent the inclusion of air bubbles when casting the elastomer. The groove of the holder or the collar of the converter housing serve to hold the elastomer encapsulation mechanically securely. In this example, the holder itself is tubular and can also be closed on the back. The bottom surface of the converter housing, which corresponds to the surface that emits the sound, must of course not be cast in.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit für eine Vergußform 11 zur gegenseitigen Verbindung zwischen dem Wandler­ gehäuse 3 und der Halterung 8. Die Vergußform 11 ist so ausgeführt, daß sie das Wandlergehäuse 3 und die Halterung 8 in der erforderlichen relativen Position zueinander fixiert. Anschließend wird das Elastomer 6 in fließfähigem Zustand zwischen die Halterung 8 und das Gehäuse 3 eingefüllt. Die Füllhöhe wird so gewählt, daß die Rückseite des Gehäuses 3, aus der die Kontakt­ drähte 4 herausgeführt werden, vollständig vom Elastomer 6 bedeckt wird. Es versteht sich von selbst, daß hierzu die Halterung über die Rückseite des Gehäuses hinausragen muß, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Nach dem Entfernen der Form 11 steht somit ein Ultraschallwandler bereit, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Fig. 2 shows a possibility for a casting mold 11 for mutual connection between the converter housing 3 and the bracket 8th The casting mold 11 is designed so that it fixes the converter housing 3 and the holder 8 in the required relative position to one another. The elastomer 6 is then poured into the flowable state between the holder 8 and the housing 3 . The fill level is chosen so that the back of the housing 3 , from which the contact wires 4 are led out, is completely covered by the elastomer 6 . It goes without saying that for this purpose the holder must protrude beyond the rear of the housing, as shown in FIG. 2. After removal of the mold 11 , an ultrasonic transducer is then available, as is shown in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Ultraschallwandler, der eine gegenüber der Ausführungs­ form der Fig. 1 verbesserte Körperschallentkopplung bei gleichzeitig minimalem Einfluß auf die Akustik des Wandlers aufweist. Das Wandlergehäuse 3 wird hier nur bis zum unteren Rand des Kragens 9 mit einem Elastomer 6 vergossen. Der restliche Zwischenraum zwischen der Halterung 8 und dem Gehäuse 3 wird nach dem Aushärten des Elastomers 6 mit einem PU- oder Silikonschaum 7 kleiner bis mittlerer Dichte ausgeschäumt. Fig. 3 zeigt hierbei weiterhin, wie bei Fig. 1, den piezo­ keramischen Wandlerkörper 1, eine Klebeschicht 2, ein Dämpfungsmaterial 5 sowie die elektrischen Kontaktie­ rungen 4. Fig. 3 shows a further example of an ultrasonic transducer, which has an improved structure-borne noise decoupling compared to the embodiment of FIG. 1 with a minimal impact on the acoustics of the transducer. The converter housing 3 is only potted with an elastomer 6 up to the lower edge of the collar 9 . The remaining space between the holder 8 and the housing 3 is foamed with a PU or silicone foam 7 of low to medium density after the elastomer 6 has hardened. Fig. 3 further shows, as in Fig. 1, the piezo-ceramic transducer body 1 , an adhesive layer 2 , a damping material 5 and the electrical contacts 4 .

Alternativ zum Ausschäumen kann der PU- oder Silikonschaum in Form von vorgefertigten Formteilen, beispielsweise aus Spritzguß oder durch Ausstanzen aus entsprechenden Matten, in den Zwischenraum zwischen Halterung 8 und Wandlergehäuse 3 eingeklebt werden.As an alternative to foaming, the PU or silicone foam can be glued into the space between the holder 8 and converter housing 3 in the form of prefabricated molded parts, for example from injection molding or by punching out from corresponding mats.

In Fig. 4 ist eine Möglichkeit für eine Verguß­ form 11 dargestellt, mit der ein Wandler gemäß Fig. 3 hergestellt werden kann. Die Vergußform 11 hält das Wandlergehäuse 3 und die Halterung 8 während des Vergießens des Elastomers 6 zentriert zueinander. Der Teil des Zwischenraums zwischen dem Wandlergehäuse 3 und der Halterung 8, der später von dem PU- oder Silikonschaum ausgefüllt werden soll, wird hier zunächst durch die entsprechende Vergußform 11 ein­ genommen. Nach dem Aushärten des Elastomers 6 wird die Vergußform entfernt und der PU- oder Silikonschaum kann in den dadurch entstehenden Zwischenraum eingefüllt werden. Auch hier wird die Rückseite des Wandler­ gehäuses 3, wie bei Fig. 2, wieder vollständig vom Elastomer 6 bedeckt.In Fig. 4, a possibility for a potting form 11 is shown with which a converter according to FIG. 3 can be produced. The casting mold 11 holds the converter housing 3 and the holder 8 centered on one another during the casting of the elastomer 6 . The part of the space between the converter housing 3 and the holder 8 , which is to be filled later by the PU or silicone foam, is first taken here by the corresponding casting mold 11 . After the elastomer 6 has hardened, the casting mold is removed and the PU or silicone foam can be poured into the resulting space. Here too, the back of the converter housing 3 , as in FIG. 2, is again completely covered by the elastomer 6 .

Die Vergußformen 11 für das Elastomer 6 werden vorzugsweise aus Teflon hergestellt. Werden Verguß­ formen aus anderen Materialien eingesetzt, so sollten diese vorzugsweise mit Teflon oder einem anderen Trennmittel beschichtet sein, um ein leichtes Entfernen der Form nach dem Aushärten des Elastomers zu ermöglichen. Bevorzugte Elastomere für den Einsatz als Verbindungselement bei der vorliegenden Erfindung sind Polyurethan-Elastomere (z. B. Sikaflex® 228) oder Elastomere auf Silikonbasis (z. B. Elastosil® A234).The casting molds 11 for the elastomer 6 are preferably made of Teflon. If potting molds made of other materials are used, they should preferably be coated with Teflon or another release agent to allow easy removal of the mold after the elastomer has hardened. Preferred elastomers for use as a connecting element in the present invention are polyurethane elastomers (e.g. Sikaflex® 228) or silicone-based elastomers (e.g. Elastosil® A234).

Claims (14)

1. Ultraschallwandler, insbesondere für Messungen in Gasen, der ein Gehäuse (3) mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen, einen Wandlerkörper (1), der an einer Innenfläche der Bodenwandung angeordnet ist, und eine Halterung (8) für das Gehäuse (3) aufweist, die zumindest in einem von der Bodenwandung beabstandeten hinteren Bereich des Gehäuses über ein Verbindungs­ element (6) mit Außenflächen der Seitenwandungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (6) ein zwischen die Seitenwandungen und die Halterung (8) eingegossenes Elastomer ist, das in ein oder mehrere Vorsprünge oder Vertiefungen (9, 10) eingreift, die an den Außenflächen der Seitenwandungen und an der Halterung (8) vorgesehen sind und den hinteren Bereich des Gehäuses (3) vollständig bedeckt.1. Ultrasonic transducer, in particular for measurements in gases, which has a housing ( 3 ) with a bottom wall and side walls, a transducer body ( 1 ) which is arranged on an inner surface of the bottom wall, and a holder ( 8 ) for the housing ( 3 ) at least element in one of the bottom wall spaced rear portion of the housing via a connection (6), is connected to outer surfaces of the side walls characterized in that the connecting element (6) is connected between the side walls and the holder (8) an over-molded elastomer, which engages in one or more projections or recesses ( 9 , 10 ) which are provided on the outer surfaces of the side walls and on the holder ( 8 ) and completely cover the rear region of the housing ( 3 ). 2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer eine Shorehärte von weniger als 50 Shore A aufweist.2. Ultrasonic transducer according to claim 1, characterized, that the elastomer has a Shore hardness of less than 50 Shore A. 3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem vorderen Bereich des Gehäuses (3) zwischen der Halterung (8) und den Seitenwandungen verbleibender Zwischenraum mit PU- oder Silikonschaum (7) ausgefüllt ist. 3. Ultrasonic transducer according to claim 1 or 2, characterized in that in a front region of the housing ( 3 ) between the holder ( 8 ) and the side walls remaining space is filled with PU or silicone foam ( 7 ). 4. Ultraschallwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PU- oder Silikonschaum (7) eingeschäumt oder als ein oder mehrere vorgefertigte Körper eingeklebt ist.4. Ultrasonic transducer according to claim 3, characterized in that the PU or silicone foam ( 7 ) is foamed or glued in as one or more prefabricated bodies. 5. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und/oder Vertiefungen (9, 10) eine von einer rechteckigen Querschnittsform abweichende Querschnittsform aufweisen, die ein Entweichen von Gasblasen beim Eingießen des Elastomers erleichtert.5. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the projections and / or depressions ( 9 , 10 ) have a cross-sectional shape deviating from a rectangular cross-sectional shape, which facilitates the escape of gas bubbles when pouring the elastomer. 6. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und/oder Vertiefungen (9, 10) abgeschrägte Kanten aufweisen.6. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the projections and / or depressions ( 9 , 10 ) have chamfered edges. 7. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bodenfläche gerichtete Begrenzungsflächen der Vorsprünge oder Vertiefungen (9, 10) gegenüber der Bodenfläche geneigt sind, um ein Entweichen von Gasblasen beim Eingießen des Elastomers zu erleichtern. 7. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 6, characterized in that directed towards the bottom surface of the projections or depressions ( 9 , 10 ) are inclined to the bottom surface to facilitate escape of gas bubbles when pouring the elastomer. 8. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen einen umlaufenden Kragen als Vorsprung (9) aufweisen.8. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 7, characterized in that the side walls have a circumferential collar as a projection ( 9 ). 9. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine umlaufende Nut als Vertiefung (10) aufweist.9. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 8, characterized in that the holder has a circumferential groove as a recess ( 10 ). 10. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wandlerkörper (1) eine rückwärtige Dämpfungsschicht (5) vorgesehen ist, auf der das Elastomer aufliegt.10. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 9, characterized in that a rear damping layer ( 5 ) is provided on the transducer body ( 1 ) on which the elastomer rests. 11. Verfahren zur Herstellung des Ultraschallwandlers nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
  • - Bereitstellung der Halterung (8) und des Gehäuses (3) mit dem Wandlerkörper (1);
  • - Bereitstellung einer Form (11) zur gegenseitigen Fixierung von Gehäuse (3) und Halterung (8) in der erforderlichen relativen Position zueinander, wobei die Form den Zwischenraum zwischen der Halterung und den Seitenwandungen des Gehäuses von der Bodenwandung des Gehäuses bis zu einem Abstand von der Bodenwandung ausfüllt, bis zu der sich dem sich das Elastomer (6) erstrecken soll;
  • - Aufsetzen der Halterung (8) und des Gehäuses (3) auf die Form (11);
  • - Eingießen des Elastomers (6) in fließfähigem Zustand in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Halterung und Seitenwandungen; und
  • - Entfernen der Form (11).
11. The method for producing the ultrasonic transducer according to claim 1, comprising the following steps:
  • - Provision of the holder ( 8 ) and the housing ( 3 ) with the transducer body ( 1 );
  • - Provision of a mold ( 11 ) for the mutual fixing of the housing ( 3 ) and the holder ( 8 ) in the required relative position to one another, the shape taking the space between the holder and the side walls of the housing from the bottom wall of the housing to a distance of fills the bottom wall up to which the elastomer ( 6 ) is to extend;
  • - Placing the holder ( 8 ) and the housing ( 3 ) on the mold ( 11 );
  • - Pouring the elastomer ( 6 ) in a flowable state into the remaining space between the holder and the side walls; and
  • - Remove the mold ( 11 ).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Form (11) in den durch die Form eingenommenen Zwischenraum zwischen Halterung und Seitenwandungen ein PU- oder Silikonschaum (7) eingeschäumt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that after removing the mold ( 11 ) in the space occupied by the mold between the holder and side walls, a PU or silicone foam ( 7 ) is foamed. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Form (11) in den durch die Form eingenommenen Zwischenraum zwischen Halterung und Seitenwandungen vorgefertigte PU- oder Silikonschaumkörper (7) eingeklebt werden.13. The method according to claim 11, characterized in that after removal of the mold ( 11 ) in the space occupied by the mold between the holder and side walls prefabricated PU or silicone foam body ( 7 ) are glued. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (11) aus Teflon oder mit einer Oberflächenbeschichtung aus Teflon eingesetzt wird.14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that a mold ( 11 ) made of Teflon or with a surface coating made of Teflon is used.
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