DE202015007840U1

DE202015007840U1 - Piezo ultrasonic transducers

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Publication number: DE202015007840U1
Application number: DE202015007840.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2025-11-17

Abstract

Piezo-Ultraschallwandler (1), aufweisend ein Piezokeramikelement (3), welches an zueinander entgegen gesetzten Endflächen (5a, b) je eine elektrisch leitfähige Beschichtung (6) aufweist, welche an der jeweiligen Endfläche (5a, b) eine elektrisch leitfähige Kontaktierfläche (7a, b) bildet, wobei an jeder Kontaktierfläche (7a, b) je ein Stück elektrisch leitfähiger Folie (9a, b) in flächigem Kontakt mit der Kontaktierfläche (7a, 7b) angeordnet ist, welches die Kontaktierfläche (7a, 7b) über den flächigen Kontakt elektrisch leitfähig kontaktiert.Piezo-ultrasonic transducer (1), comprising a piezoceramic element (3) which has an electrically conductive coating (6) on mutually opposite end surfaces (5a, b), which on the respective end face (5a, b) an electrically conductive contacting surface (5). 7a, b), wherein on each contacting surface (7a, b) each a piece of electrically conductive film (9a, b) in surface contact with the contacting surface (7a, 7b) is arranged, which the contacting surface (7a, 7b) on the flat contact contacted electrically conductive.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Piezo-Ultraschallwandler.The present invention relates to a piezoelectric ultrasonic transducer.

Bei bekannten Piezo-Ultraschallwandlern, welche von einem Piezokeramikelement Gebrauch machen, an welchem an zueinander entgegen gesetzten Seiten je eine dünne Silberschicht (oder eine andere leitfähige Schicht) angeordnet ist, stellt sich das Problem, dass bei einem Anlöten von Leitern wie etwa Kabeln an die Silberschicht dieselbe aufgrund hoher Temperatur abblättern oder aufbrechen kann, so dass das beschichtete Piezokeramikelement nicht mehr verwendbar ist, insbesondere auch aufgrund von Sicherheitsaspekten.In known piezoelectric ultrasonic transducers, which make use of a piezoceramic element on which a thin silver layer (or another conductive layer) is arranged on mutually opposite sides, the problem arises that when soldering conductors such as cables to the Silver layer can flake off the same due to high temperature or break, so that the coated piezoceramic element is no longer usable, especially due to safety aspects.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde einen Piezo-Ultraschallwandler anzugeben, welcher vorstehende Herstellungsprobleme überwindet.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a piezoelectric ultrasonic transducer which overcomes the above manufacturing problems.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the further claims.

Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Piezo-Ultraschallwandler bzw. Piezo-Transducer, aufweisend ein Piezokeramikelement, insbesondere in Form einer Piezokeramikscheibe. Das Piezokeramikelement weist an zueinander entgegen gesetzten Endflächen, insbesondere Stirnflächen, je eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf, welche an der jeweiligen Endfläche eine elektrisch leitfähige Kontaktierfläche bildet. Die Beschichtung ist bevorzugt eine metallische Beschichtung, insbesondere eine Silberbeschichtung (und weiterhin insbesondere eine sehr dünne Beschichtung, vorzugsweise im Bereich einer Stärke unterhalb 0,05 mm), wobei sich eine jeweilige Beschichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt auch über die jeweilige gesamte Endfläche erstreckt.According to the invention, a piezoelectric ultrasonic transducer or piezoelectric transducer is proposed, comprising a piezoceramic element, in particular in the form of a piezoceramic disk. The piezoceramic element has opposite end surfaces, in particular end surfaces, each an electrically conductive coating which forms an electrically conductive contacting surface on the respective end surface. The coating is preferably a metallic coating, in particular a silver coating (and furthermore in particular a very thin coating, preferably in the range of a thickness below 0.05 mm), wherein a respective coating in the context of the present invention preferably also extends over the respective entire end face ,

Bei dem vorgeschlagenen Piezo-Ultraschallwandler ist an jeder Kontaktierfläche weiterhin je ein Stück elektrisch leitfähiger Folie in flächigem Kontakt mit der Kontaktierfläche angeordnet, welches die Kontaktierfläche über den flächigen Kontakt elektrisch leitfähig kontaktiert. Angemerkt sei hierbei, dass die Folienstücke im Rahmen der vorliegenden Erfindung voneinander separiert bzw. je eigenständig gebildet sind.In the case of the proposed piezoelectric ultrasonic transducer, a piece of electrically conductive foil is additionally arranged on each contacting surface in planar contact with the contacting surface, which contacts the contacting surface via the planar contact in an electrically conductive manner. It should be noted here that the film pieces are separated from each other in the context of the present invention or each formed independently.

Der Piezo-Ultraschallwandler weist mit der vorgeschlagenen Anordnung der Folienstücke an dem beschichteten Piezokeramikelement somit eine Sandwichanordnung auf, im Rahmen derer ein erstes Folienstück gegen die erste Kontaktierfläche an der ersten Endfläche in Anlage ist, und wobei ein zweites Folienstück gegen die zweite Kontaktierfläche an der zweiten Endfläche in Anlage ist und wobei das Piezokeramikelement zwischen der ersten und der zweiten Kontaktierfläche angeordnet ist.The piezoelectric ultrasonic transducer thus has, with the proposed arrangement of the pieces of film on the coated piezoceramic element, a sandwich arrangement in which a first piece of film bears against the first contacting surface on the first end surface, and wherein a second piece of film bears against the second contacting surface on the second End surface is in Appendix and wherein the piezoceramic element between the first and the second contacting surface is arranged.

Hierdurch wird vorteilhaft einfach die Möglichkeit eröffnet, die Kontaktierflächen über die jeweiligen Folienstücke elektrisch ankontaktieren zu können, ohne Kontaktierstellen, insbesondere im Rahmen eines Lötschritts, unmittelbar an den Kontaktierflächen bzw. der sensiblen Beschichtung vorsehen zu müssen. Im Rahmen der Erfindung können die jeweiligen Folienstücke weiterhin vorteilhaft bereits vor einer Endmontage des Piezo-Ultraschallwandlers bzw. vor der Anordnung an dem beschichteten Piezokeramikelement mit einem Leitungsstrang verlötet werden, so dass das beschichtete Piezokeramikelement weder eine thermische noch eine mechanische Beanspruchung durch einen Lötschritt zur Herstellung des Piezo-Ultraschallwandlers erfährt.This advantageously opens up the possibility of being able to electrically contact the contacting surfaces via the respective foil pieces without having to provide any contacting points, in particular in the context of a soldering step, directly on the contacting surfaces or the sensitive coating. In the context of the invention, the respective pieces of film can furthermore advantageously already be soldered to a wiring harness prior to a final assembly of the piezoelectric ultrasonic transducer or before the arrangement on the coated piezoceramic element, so that the coated piezoceramic element neither undergoes thermal nor mechanical stress by a soldering step for the production the piezo-ultrasonic transducer learns.

Ein jeweiliges Folienstück leitfähiger Folie ist bevorzugt ein Kupferfolienstück, insbesondere ein Stück sehr dünner Kupferfolie, zum Beispiel mit einer Materialstärke im Bereich von 0,01 mm bis 0,05 mm, bevorzugt 0,03 mm. Eine Ausgestaltung der Folienstücke ist insbesondere dergestalt vorgesehen, dass das jeweilige Folienstück einen Ankontaktierabschnitt oder ein Ankontaktierelement aufweist. Hierfür kann das Folienstück zum Beispiel einen Fortsatz aufweisen, zum Beispiel um eine Lötfahne (für ein Verlöten, z. B. mit einem Strangleiter) oder zum Beispiel selbst einen Strangleiter zu bilden. Ein solcher Ankontaktierabschnitt oder ein solches Ankontaktierelement ist kann integral, insbesondere einstückig und einstoffig, mit einem jeweiligen Folienstück gebildet sein. Weiterhin kann das Ankontaktierelement z. B. ein Lötpunkt sein, welcher auf dem Folienstück gebildet ist.A respective foil piece of conductive foil is preferably a copper foil piece, in particular a piece of very thin copper foil, for example with a material thickness in the range of 0.01 mm to 0.05 mm, preferably 0.03 mm. An embodiment of the film pieces is provided in particular such that the respective piece of film has a Ankontaktierabschnitt or a Ankontaktierelement. For this purpose, the foil piece can, for example, have an extension, for example to form a soldering tag (for soldering, eg with a stranded conductor) or, for example, itself a stranded conductor. Such Ankontaktierabschnitt or such Ankontaktierelement may be integrally formed, in particular in one piece and einstoffig, with a respective foil piece. Furthermore, the Ankontaktierelement z. B. may be a soldering point, which is formed on the film piece.

Vorteilhafte Ausgestaltungen können zum Beispiel dahin gehen, einen Ankontaktierabschnitt eines Folienstücks randseitig über das Piezokeramikelement bzw. dessen Kontaktierfläche herausgeführt zu bilden. Hierbei sieht eine bevorzugte Ausgestaltung des Piezo-Ultraschallwandlers zum Beispiel vor, den Ankontaktierabschnitt des einen Folienstücks als Fortsatz zu bilden und um das Piezokeramikelement – außenseitig – herum zu falten bis es das andere Folienstück zumindest bereichsweise überlappt. Hierbei kann der überlappende Fortsatz einen Strangleiter bilden, daneben aber auch das weitere Folienstück, insbesondere in Form eines ähnlichen Fortsatzes, welche Fortsätze hierbei sodann vorteilhaft an einer einzigen Seite des Piezokeramikelements für eine einfache elektrische Ankontaktierung zusammengeführt sein können. Hierbei ist für die Erzielung einer Kurzschlusssicherheit vorgesehen, dass der Ankontaktierabschnitt des überlappenden Fortsatzes zumindest am überlappenden Bereich eine elektrische Isolierung aufweist.Advantageous embodiments may, for example, go to form a contacting portion of a piece of film at the edge over the piezoceramic element or its contacting surface. In this case, a preferred embodiment of the piezoelectric ultrasonic transducer, for example, to form the Ankontaktierabschnitt of a piece of film as an extension and to the piezoceramic element - on the outside - to fold around until it overlaps the other piece of film at least partially. In this case, the overlapping extension can form a strand conductor, but also the other piece of film, in particular in the form of a similar extension, which extensions can then advantageously be brought together on a single side of the piezoceramic element for a simple electrical Ankontaktierung. In this case, it is provided for the achievement of a short circuit security that the Ankontaktierabschnitt of the overlapping Extension, at least on the overlapping region has an electrical insulation.

Allgemein wird mit der Erfindung angestrebt, eine möglichst großflächige elektrische Kontaktierung (und auch Abstützung) zwischen dem jeweiligen Folienstück und der Kontaktfläche zu erzielen, wozu das jeweilige Folienstück möglichst eine Kontaktfläche ausbildet, deren Abmessung der Abmessung der damit kontaktierenden Kontaktierfläche entspricht. Hierbei liegen die Kontaktfläche und die Kontaktierfläche bevorzugt je vollflächig aneinander an (deckungsgleiche Überlappung) und kontaktieren hierbei bevorzugt je auch vollflächig elektrisch leitfähig.Generally, the invention seeks to achieve the largest possible electrical contact (and also support) between the respective piece of film and the contact surface, for which the respective piece of film as possible forms a contact surface whose dimension corresponds to the dimension of contacting therewith contacting surface. In this case, the contact surface and the contact surface are preferably each each other over the entire surface (congruent overlap) and in this case preferably also contact the entire surface in an electrically conductive manner.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Piezo-Ultraschallwandlers ergeben sich weiterhin mit Ausgestaltungen, bei welchen die Folienstücke lose gegen das beschichtete Piezokeramikelement gedrängt an demselben angeordnet sind, insbesondere dauerhaft, z. B. durch Anpressen. Ein zusätzlicher Klebeschritt oder Vergussschritt, allgemein eine stoffschlüssige Verbindung, zur Befestigung der Folienstücke an der Beschichtung ist hierbei vorteilhaft entbehrlich und eine Demontage problemlos möglich.Particularly advantageous embodiments of the piezoelectric ultrasonic transducer further result in embodiments in which the pieces of film are loosely pressed against the coated piezoceramic element arranged on the same, in particular permanently, for. B. by pressing. An additional gluing step or potting step, generally a cohesive connection, for attaching the pieces of film to the coating is advantageously unnecessary and disassembly without any problems.

Vorgesehen kann mit solchen Ausgestaltungen des Piezo-Ultraschallwandlers insoweit sein, dass die Folienstücke und das beschichtete Piezokeramikelement zu einem Verbund zusammengedrängt oder verpresst sind. Zum Beispiel kann der Piezo-Ultraschallwandler hierfür eine Abstützfläche bereitstellen, welche zum Beispiel durch ein Gehäuse des Piezo-Ultraschallwandlers gebildet wird, wobei ein Stapel aus erstem und zweitem Folienstück und dem Piezokeramikelement z. B. via eine Andruckanordnung gegen die Abstützfläche gedrängt ist.Provided may be with such embodiments of the piezoelectric ultrasonic transducer to the extent that the pieces of film and the coated piezoceramic element are compressed or pressed into a composite. For example, the piezoelectric ultrasonic transducer for this purpose can provide a support surface, which is formed for example by a housing of the piezoelectric ultrasonic transducer, wherein a stack of first and second pieces of film and the piezoceramic element z. B. is urged via a pressure assembly against the support surface.

Die Andruckanordnung wiederum kann hierbei ein elastisches Element und/oder ein Fixierelement umfassen. Als elastisches Element kann zum Beispiel ein Gummiring oder eine Feder dienen, als Fixierelement zum Beispiel eine Endkappe bzw. ein Deckel, welcher zum Beispiel auch das Gehäuse verschließt und z. B. das Andruckelement zwischen dem Stapel und dem Fixierelement fängt. Ein Gehäuse, welches die Folienstücke (samt etwaiger Strangleiter), die Piezokeramik und bevorzugt das elastische Element aufnimmt (und mittels des Fixierelements in dieser Anordnung bevorzugt auch positionstreu festlegt), kann bevorzugt aus Kunststoff gefertigt sein, d. h. kostengünstig und robust.The pressure arrangement in turn may in this case comprise an elastic element and / or a fixing element. As an elastic element can serve for example a rubber ring or a spring, as a fixing, for example, an end cap or a lid, which closes, for example, the housing and z. B. captures the pressure element between the stack and the fixing. A housing which receives the foil pieces (including any strand conductors), the piezoceramic and preferably the elastic element (and preferably also positionally fixed by means of the fixing element in this arrangement), may preferably be made of plastic, d. H. inexpensive and robust.

Mit der Erfindung wird auch eine Ultraschall-Messvorrichtung vorgeschlagen, welche wenigstens einen wie vorstehend erörterten Piezo-Ultraschallwandler aufweist. Bevorzugt ist eine solche Ultraschall-Messvorrichtung zum Beispiel ein Ultraschall-Durchflussmesser, welcher insbesondere von einem ersten und einem zweiten Piezo-Ultraschallwandler zur Bildung einer Ultraschall-Messstrecke Gebrauch macht.The invention also proposes an ultrasonic measuring device which has at least one piezoelectric ultrasonic transducer as discussed above. Such an ultrasonic measuring device is preferably an ultrasonic flow meter, for example, which makes use in particular of a first and a second piezoelectric ultrasonic transducer for forming an ultrasonic measuring path.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be implemented individually for themselves or for a plurality of different combinations in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 exemplarisch und schematisch einen Piezo-Ultraschallwandler gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittansicht. 1 by way of example and schematically a piezoelectric ultrasonic transducer according to a first possible embodiment of the invention in a sectional view.

2 exemplarisch und schematisch eine explodierte Ansicht des Ultraschallwandlers nach 1 mit Andruckelementen. 2 exemplary and schematically an exploded view of the ultrasonic transducer according to 1 with pressure elements.

3 exemplarisch und schematisch eine Komponentenanordnung zur Herstellung eines gehäusten und verpressten Piezo-Ultraschallwandlers gemäß 1 und 2. 3 exemplary and schematically a component assembly for producing a packaged and compressed piezoelectric ultrasonic transducer according to 1 and 2 ,

4 exemplarisch und schematisch einen Piezo-Ultraschallwandler gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer explodierten Ansicht mit Andruckelementen. 4 exemplary and schematically a piezoelectric ultrasonic transducer according to a second possible embodiment of the invention in an exploded view with pressure elements.

5 exemplarisch und schematisch den Piezo-Ultra-Schallwandler mit Andruckelementen gemäß der zweiten möglichen Ausführungsform. 5 exemplary and schematically the piezo-ultrasonic transducer with pressure elements according to the second possible embodiment.

6 exemplarisch und schematisch einen Ultraschall-Durchflusssensor gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung. 6 exemplary and schematically an ultrasonic flow sensor according to a possible embodiment of the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.

Anhand der 1 bis 3 wird zunächst eine erste mögliche Ausführungsform des Piezo-Ultraschallwandlers 1 näher erläutert.Based on 1 to 3 First, a first possible embodiment of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 explained in more detail.

Der Piezo-Ultraschallwandler 1 weist ein Piezokeramikelement 3 auf, welches als Piezokeramikscheibe bereitgestellt ist, wobei entgegengesetzte Stirn- bzw. Endflächen 5a, 5b des Piezokeramikelements 3 elektrisch leitfähig beschichtet sind, vorliegend insbesondere eine dünne Silberbeschichtung 6 aufweisen. Die Beschichtung 6 erstreckt sich hierbei insbesondere über die gesamte Endfläche 5a, 5b, so dass an der jeweiligen Endfläche eine Kontaktierfläche 7a, 7b mit den flächenmäßigen Abmessungen der Endfläche 5a, 5b, d. h. zum Zwecke einer elektrischen Ankontaktierung des Piezokeramikelements 3, gebildet ist.The piezo ultrasonic transducer 1 has a piezoceramic element 3 which is provided as a piezoceramic disk, with opposite end faces or end faces 5a . 5b of the piezoceramic element 3 electrically conductive coated, in this case, in particular a thin silver coating 6 exhibit. The coating 6 extends here especially over the entire end surface 5a . 5b , so that at the respective end face a contacting surface 7a . 7b with the areal dimensions of the end face 5a . 5b , ie for the purpose of electrical Ankontaktierung the piezoceramic element 3 , is formed.

Bei dem Piezo-Ultraschallwandler 1 ist weiterhin an jeder Kontaktierfläche 7a bzw. 7b je ein Stück elektrisch leitfähiger Folie 9a bzw. 9b in flächigem Kontakt mit der Kontaktierfläche 7a bzw. 7b angeordnet, welches die Kontaktierfläche 7a bzw. 7b über den flächigen Kontakt elektrisch leitfähig kontaktiert. Somit ergibt sich eine Sandwichanordnung aus – s. z. B. 1, von unten nach oben betrachtet – einem ersten Stück leitfähiger Folie bzw. einem ersten Folienstück 9a, dem beidseitig beschichteten Piezokeramikelement 3, sowie einem zweiten Stück leitfähiger Folie bzw. einem zweiten Folienstück 9b.In the piezoelectric ultrasonic transducer 1 is still on every contact surface 7a respectively. 7b one piece each of electrically conductive foil 9a respectively. 9b in surface contact with the contact surface 7a respectively. 7b arranged, which is the contact surface 7a respectively. 7b contacted via the surface contact electrically conductive. This results in a sandwich arrangement, for example. 1 viewed from the bottom up - a first piece of conductive foil or a first piece of film 9a , the coated on both sides piezoceramic element 3 , and a second piece of conductive foil or a second piece of film 9b ,

Mit Vorteil ergibt sich mit dieser vorgeschlagenen Ausgestaltung des Piezo-Ultraschallwandlers 1 in der Folge die Möglichkeit, eine elektrische Ankontaktierung des Piezokeramikelements 3 über die jeweiligen leitfähigen Folienstücke 9a bzw. 9b zu realisieren, welche elektrisch kontaktierend gegen die Beschichtung 6 anliegen. Somit ist es vorteilhaft nicht länger notwendig, die Ankontaktierung, insbesondere im Rahmen eines Lötschritts, unmittelbar an der empfindlichen Beschichtung 6 vorzusehen.Advantageously results with this proposed embodiment of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 as a result, the possibility of an electrical Ankontaktierung the piezoceramic element 3 over the respective conductive foil pieces 9a respectively. 9b to realize which is electrically contacting against the coating 6 issue. Thus, it is advantageously no longer necessary, the Ankontaktierung, especially in the context of a Lötschritts, directly to the sensitive coating 6 provided.

Für eine elektrische Ankontaktierung – z. B. via einen Strangleiter – weist ein jeweiliges Folienstück 9a, 9b ein Ankontaktierelement 11a bzw. 11b, zum Beispiel einen Lötpunkt auf, welcher bevorzugt randseitig und ohne nennenswerte Überlappung mit der empfindlichen Beschichtung 6 gebildet sein kann. Vorgesehen ist in diesem Zusammenhang, dass die Leiterankontaktierung an das Folienstück 9a, 9b vor einer Montage des Piezo-Ultraschallwandlers 1 bzw. vor einem Anbringen bzw. In-Eingriff-Gelangen des Folienstücks 9a, 9b am Piezokeramikelement 3 erfolgt, so dass eine potentielle Beeinträchtigung desselben durch einen Lötschritt im Wesentlichen ausgeschlossen ist.For an electrical Ankontaktierung - z. B. via a strand conductor - has a respective piece of film 9a . 9b a Ankontaktierelement 11a respectively. 11b , For example, a soldering point, which preferably edge and without significant overlap with the sensitive coating 6 can be formed. It is envisaged in this context that the Leiterankontaktierung to the film piece 9a . 9b before mounting the piezoelectric ultrasonic transducer 1 or before an attachment or engagement of the film piece 9a . 9b at the piezoceramic element 3 takes place, so that a potential impairment of the same by a soldering step is substantially excluded.

Die Folienstücke 9a, 9b sind zum Beispiel aus einer Kupferfolie gefertigt (zum Beispiel je ausgestanzt oder lasergeschnitten), welche bevorzugt eine Materialstärke von 0,03 mm aufweist. Wie insbesondere 2 oder 3 veranschaulicht, sind die Folienstücke 9a, 9b im Hinblick auf eine – elektrisch leitfähig und mechanisch kontaktierende – Kontaktfläche 13a, 13b derselben, i. e. für die Anlage an der Kontaktierfläche 7a, 7b, dabei auch gleich der jeweiligen Kontaktierfläche 7a, 7b dimensioniert, so dass eine deckungsgleiche Überlappung in Anlage an der jeweiligen Kontaktierfläche 7a, 7b ermöglicht ist, mithin eine vollflächige Kontaktierung der Kontaktierfläche 7a, 7b an der Kontaktfläche 13a, 13b und umgekehrt. Bei der in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform des Piezo-Ultraschallwandlers 1 sind die Folienstücke 9a, 9b und die Kontaktierflächen 7a, 7b z. B. je Kreisflächen, das Piezokeramikelement 3 eine Kreisscheibe.The foil pieces 9a . 9b are made, for example, from a copper foil (for example, each punched or laser cut), which preferably has a material thickness of 0.03 mm. In particular 2 or 3 illustrated are the foil pieces 9a . 9b in view of a - electrically conductive and mechanically contacting - contact surface 13a . 13b the same, ie for the system at the contact surface 7a . 7b , as well as the respective contact surface 7a . 7b dimensioned, so that a congruent overlap in contact with the respective contact surface 7a . 7b is possible, thus a full-surface contact of the contact surface 7a . 7b at the contact surface 13a . 13b and vice versa. At the in 1 to 3 shown embodiment of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 are the foil pieces 9a . 9b and the contact surfaces 7a . 7b z. B. per circular surfaces, the piezoceramic element 3 a circular disk.

Die 2 und 3 zeigen den Piezo-Ultraschallwandlier in Weiterbildung der Erfindung.The 2 and 3 show the piezo-Ultraschallwandlier in development of the invention.

Um eine dauerhafte Festlegung der Folienstücke 9a, 9b am Piezokeramikelement 3 zu ermöglichen, kann der Piezo-Ultraschallwandler 1 zum Beispiel eine Andruckvorrichtung 15 aufweisen. Eine solche kann wenigstens einen gummielastischen Andruckring 17, vorliegend bevorzugt zwei Andruckringe 17, oder allgemein ein gummielastisches Andruckelement umfassen. Die Andruckelemente können hierbei an jenem Folienstück in Anlage sein, welches fern von einer Ultraschallgeberseite A des Piezo-Ultraschallwandlers 1 am Piezokeramikelement 3 angeordnet ist, vorliegend zum Beispiel am zweiten Folienstück 9b.To permanently fix the pieces of film 9a . 9b at the piezoceramic element 3 To allow the piezo ultrasonic transducer 1 for example, a pressure device 15 exhibit. Such can be at least one rubber-elastic pressure ring 17 , in the present case preferably two pressure rings 17 , or generally comprise a rubber-elastic pressure element. The pressure elements may in this case be in contact with that piece of film which is remote from an ultrasound generator side A of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 at the piezoceramic element 3 is arranged, in this case, for example, on the second piece of film 9b ,

3 zeigt weiterhin eine mögliche Vorgehensweise zur Bereitstellung eines gehäusten Piezo-Ultraschallwandlers 1 bzw. zur dauerhaften Anordnung der Komponenten aneinander, welche im Übrigen vorteilhaft einfach auch wieder demontierbar ist, insbesondere zerstörungsfrei. 3 further illustrates one possible approach to providing a packaged piezoelectric ultrasonic transducer 1 or for the permanent arrangement of the components to each other, which, moreover, advantageously also easy to disassemble again, especially non-destructive.

Das Gehäuse 19 des Piezo-Ultraschallwandlers 1 kann ein einfach und robust ausbildbares Kunststoffgehäuse sein, welches zum Beispiel buchsen- oder topfförmig bereitgestellt ist. An der schallgebungsseitigen Seite A weist das Gehäuse 19 eine Abstützfläche 21 auf, gegen welche hierbei das erste Folienstück 9a in Anlage ist. In der gezeigten Stapelrichtung kann nunmehr das beschichtete Piezokeramikelement 3 gegen das erste Folienstück 9a in Anlage gebracht werden, nachfolgend das zweite Folienstück 9b gegen das beschichtete Piezokeramikelement 3 und in der Folge die Andruckringe 17.The housing 19 of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 may be a simple and robust ausbildbares plastic housing, which is provided, for example, bush or cup-shaped. At the sounding side A, the housing has 19 a support surface 21 on, against which here the first piece of film 9a in attachment. In the stacking direction shown, the coated piezoceramic element can now be used 3 against the first piece of film 9a be brought into contact, subsequently the second piece of film 9b against the coated piezoceramic element 3 and subsequently the pressure rings 17 ,

Fixiert wird die so gebildete Stapelanordnung mittels eines Deckel- bzw. Fixierelements 23, welches das aufnehmende Gehäuse 19 endseitig verschließt und zum Beispiel gegen die Andruckelemente 17 wirkend dieselben in Richtung hin zur Abstützfläche 21 gegen das zweite Folienstück 9b drängt. Derart wird eine dauerhafte Komponentenanordnung vorteilhaft einfach erzielt, im Rahmen derer die Komponenten Piezokeramikelement 3 sowie erstes 9a und zweites Folienstück 9b lose angeordnet verpresst werden, so dass auch eine einfache Demontage des derart geschaffenen Pressverbundes ermöglicht ist.The stack arrangement thus formed is fixed by means of a cover or fixing element 23 which the receiving housing 19 closes the end and for example against the pressure elements 17 acting the same towards the support surface 21 against the second piece of film 9b urges. Such a permanent component arrangement is advantageously achieved easily, in the context of which the components piezoceramic element 3 as well as first 9a and second piece of film 9b be arranged loosely arranged, so that a simple disassembly of the thus created Pressverbundes is made possible.

Das Fixierelement 23 kann zum Beispiel in das Gehäuse 19 eingepresst oder verschraubt sein, zum Beispiel auch mit einem Sicherungsstift (nicht dargestellt) gesichert. Eine einfache Abdichtung kann zum Beispiel mittels einer das Fixierelement 23 umgebenden Ringdichtung (O-Ring) 25 erzielt werden. Bei dem so gebildeten Piezo-Ultraschallwandler 1 kann z. B. vorgesehen sein, Strangleiter (nicht dargestellt) randseitig im Gehäuse 19 zwischen der Gehäusewand und den aufgenommenen Komponenten zu führen, zum Beispiel bis zu deren Austritt aus einer hierfür geschaffenen Durchtrittsöffnung (nicht dargestellt).The fixing element 23 For example, in the case 19 be pressed or screwed, for example, with a locking pin (not shown) secured. A simple seal, for example, by means of a fixing 23 surrounding ring seal (O-ring) 25 be achieved. In the thus formed piezoelectric ultrasonic transducer 1 can z. B. be provided, strand conductor (not shown) at the edge in the housing 19 to lead between the housing wall and the recorded components, for example, up to their exit from a passage opening created for this purpose (not shown).

Anhand der 4 und 5 wird nunmehr eine weitere mögliche Ausgestaltung des Piezo-Ultraschallwandlers 1 erörtert.Based on 4 and 5 Now is another possible embodiment of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 discussed.

Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausgestaltung nach den 1 bis 3 weist der Piezo-Ultraschallwandler 1 nach den 4 und 5 je einen Ankontaktierabschnitt 27a, 27b an den Folienstücken 9a, b auf, welcher als strang(leiter)förmiger Fortsatz gebildet ist, z. B. gleichsam eines Drahtes. Der Ankontaktierabschnitt 27a, 27b ist hierbei auch integral, insbesondere einstückig und einstoffig, mit dem jeweiligen Folienstück 9a bzw. 9b gebildet.In contrast to the above-described embodiment of the 1 to 3 has the piezoelectric ultrasonic transducer 1 after the 4 and 5 each a Ankontaktierabschnitt 27a . 27b on the foil pieces 9a , b on, which is formed as a strand (ladder) shaped extension, z. B. as it were a wire. The Ankontaktierabschnitt 27a . 27b is here also integral, in particular one-piece and einstoffig, with the respective film piece 9a respectively. 9b educated.

Wie 5 veranschaulicht, ist bei dieser Ausgestaltung ein Ankontaktierabschnitt 27a des schallgeberseitigen Folienstücks 9a, welcher sich randseitig wegerstreckt, außen um das Piezokeramikelement 3 herum geführt und insbesondere gefaltet, wobei er das andere Folienstück 9b zumindest bereichsweise überlappt.As 5 illustrated, in this embodiment, a Ankontaktierabschnitt 27a the sounder side film piece 9a , which extends away on the edge, outside the piezoceramic element 3 guided around and in particular folded, taking the other piece of film 9b at least partially overlapped.

Mit dieser Ausgestaltung kann ein Piezo-Ultraschallwandler 1 auf einfache Weise bereitgestellt werden, bei welchem die Ankontaktierabschnitte 27a, b für eine Lötverbindung zur Verfügung stehen und weiterhin gemeinsam an einer einzigen Seite des Piezo-Ultraschallwandlers 1. Dies erleichtert eine elektrische Anbindung desselben. Um zu vermeiden, dass der partiell überlappende Ankontaktierabschnitt des einen Folienstücks 9a mit dem weiteren Folienstück 9b unter Einwirken der Andruckelemente 17 kurzschließend kontaktiert, kann hierbei vorgesehen sein, den überlappenden Ankontaktierabschnitt 27a abschnittsweise zu isolieren, s. Bz. 29.With this configuration, a piezoelectric ultrasonic transducer 1 be provided in a simple manner, wherein the Ankontaktierabschnitte 27a , B are available for a solder joint and further together on a single side of the piezoelectric ultrasonic transducer 1 , This facilitates an electrical connection of the same. To avoid that the partially overlapping Ankontaktierabschnitt of a piece of film 9a with the further film piece 9b under the action of the pressure elements 17 short-contacted, this can be provided, the overlapping Ankontaktierabschnitt 27a to isolate in sections, s. Bz. 29 ,

6 zeigt nunmehr exemplarisch und schematisch eine Ultraschall-Messvorrichtung in Form eines Ultraschall-Durchflusssensors 31, welcher eine Messstrecke 33 aufweist, welche mittels eines ersten und eines zweiten, wie vorstehend anhand von 4 und 5 erörterten Piezo-Ultraschallwandlers 1 gebildet ist. 6 now shows an example and schematically an ultrasonic measuring device in the form of an ultrasonic flow sensor 31 , which is a measuring section 33 which, by means of a first and a second, as described above with reference to 4 and 5 discussed piezoelectric ultrasonic transducer 1 is formed.

Der Ultraschall-Durchflusssensor 31 umfasst ein (fluid-)durchströmbares Messrohr 35, in welchem die Piezo-Ultraschallwandler 1 mit Versatz in Durchflussrichtung angeordnet sind, wobei zwischen den Piezo-Ultraschallwandlern 1 auch die Messstrecke 33 sich in Strömungsrichtung erstreckend gebildet ist. Die Piezo-Ultraschallwandler 1 können hierbei je ein Gehäuse 19 aufweisen, welches zum Beispiel auch Abstützelemente 37 aufweist (nur schematisch dargestellt, um die Piezo-Ultraschallwandler 1 positionstreu im Messrohr 35 zu positionieren. Die Piezo-Ultraschallwandler 1 sind elektrisch an eine Messelektronik 39 des Ultraschall-Durchflusssensors 31 ankontaktiert, welche zum Beispiel in einem Elektronikgehäuse 41 desselben aufgenommen ist.The ultrasonic flow sensor 31 comprises a (fluid) flow-through measuring tube 35 in which the piezoelectric ultrasonic transducer 1 are arranged with offset in the flow direction, wherein between the piezoelectric ultrasonic transducers 1 also the measuring section 33 is formed extending in the flow direction. The piezo ultrasonic transducers 1 can each have a housing 19 having, for example, also supporting elements 37 has (only schematically shown to the piezoelectric ultrasonic transducer 1 Positionstreu in the measuring tube 35 to position. The piezo ultrasonic transducers 1 are electrically connected to a measuring electronics 39 of the ultrasonic flow sensor 31 Ankontaktiert which, for example, in an electronics housing 41 is included.

Die Ankontaktierung kann hierbei über jeweilige Strangleiter 43 erfolgen, welche zum Beispiel an die zusammengeführten, als Fortsätze bzw. Extensions gebildeten Ankontaktierabschnitte 27a, b der jeweiligen Folienstücke 9a, 9b angelötet sind. Denkbar ist zum Beispiel eine Durchführung durch das Deckelelement 23, welche mittels einer Dichtmasse 45 oder einem Verguss gedichtet ist. Weiterhin vorteilhaft einfache Lösungen können z. B. auch dahin gehen, dass die Ankontaktierabschnitte 27a, b eine Steckverbindung mit einer im Deckelelement 23 gebildeten Steckdose eingehen (an welche die Strangleiter 43 geführt sind).The Ankontaktierung can in this case via respective strand conductors 43 take place, for example, to the merged Ankontaktierabschnitte formed as extensions or extensions 27a , b of the respective film pieces 9a . 9b are soldered. It is conceivable, for example, a passage through the cover element 23 , which by means of a sealant 45 or a potting is sealed. Further advantageous simple solutions can, for. B. also go there, that the Ankontaktierabschnitte 27a , b a plug connection with a in the cover element 23 formed socket (to which the stranded conductor 43 are guided).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Piezo-UltraschallwandlerPiezo ultrasonic transducers
33: PiezokeramikelementPiezoceramic element
5a, b5a, b: Endflächeend face
66: Beschichtungcoating
7a, b7a, b: Kontaktierflächebonding pad
9a, b9a, b: Folienstückfoil piece
11a, b11a, b: AnkontaktierelementAnkontaktierelement
13a, b13a, b: Kontaktflächecontact area
1515: Andruckvorrichtungpressure device
1717: Andruckelementpresser
1919: Gehäusecasing
2121: Abstützflächesupporting
2323: Fixierelementfixing
2525: Ringdichtungring seal
27a, b27a, b: AnkontaktierabschnittAnkontaktierabschnitt
2929: Isolierunginsulation
3131: Ultraschall-DurchflusssensorUltrasonic flow sensor
3333: Messstreckemeasuring distance
3535: Messrohrmeasuring tube
3737: Abstützelementsupporting
3939: Messelektronikmeasuring electronics
4141: Elektronikgehäuseelectronics housing
4343: Strangleitertrain conductor
4545: Dichtelementsealing element
AA: UltraschallgeberseiteUltrasonic transducer side

Claims

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ), comprising a piezoceramic element ( 3 ), which at opposite end surfaces ( 5a , b) each an electrically conductive coating ( 6 ), which at the respective end surface ( 5a , b) an electrically conductive contacting surface ( 7a , b), wherein at each contact surface ( 7a , b) one piece each of electrically conductive foil ( 9a , b) in surface contact with the contacting surface ( 7a . 7b ) is arranged, which the contacting surface ( 7a . 7b ) contacted via the planar contact electrically conductive.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 1, wherein the respective piece of film ( 9a , b) at least one Ankontaktierabschnitt ( 27a , b) or a Ankontaktierelement ( 11a , b) for an electrical Ankontaktierung, in particular by means of a Lötschritts having.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein a respective piece of film ( 9a , b) a contact surface ( 13a , b) whose dimension dimension of the contacting therewith contact surface ( 7a , b), wherein the contact surface ( 13a , b) and the contacting surface ( 7a , b) each abut each other over the entire surface and contact electrically conductive.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the piezoelectric ultrasonic transducer ( 1 ) is formed such that the film pieces ( 9a , b) loose against the coated piezoceramic element ( 3 ) or the contact surfaces ( 7a . 7b ) are arranged at the same or the same position litter or the film pieces ( 9a , b) and the coated piezoceramic element ( 3 ) do not make a material connection.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the piezoelectric ultrasonic transducer ( 1 ) is formed such that the film pieces ( 9a , b) and the coated piezoceramic element ( 3 ) are pressed together in a composite, in particular in a housing ( 19 ).

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the piezoelectric ultrasonic transducer ( 1 ) a support surface ( 21 ), wherein a piece of film ( 9a ) on the one hand against the support surface ( 21 ) and on the other hand against the coating ( 6 ) of a Kontaktierseite ( 7a ) is supported, and wherein the piezo-ultrasonic transducer ( 1 ) further a pressure application ( 15 ), by means of which the other piece of film ( 9b ) against the other contacting side ( 7b ) is urged.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 6, wherein the pressure arrangement ( 15 ) an elastic element ( 17 ) and / or a fixing element ( 23 ) having.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 2 and one of claims 3 to 7, wherein a contacting portion ( 27a , b) or a Ankontaktierelement ( 11a , b) a piece of film ( 9a . 9b ) forms a Lötfahne, a ladder-shaped extension or a soldering point.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 2 and one of claims 3 to 8, wherein a contact element ( 11a , b) or an Ankontaktierabschnitt ( 27a , b) integral with the film piece ( 9a , b) is formed.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 2 and one of claims 3 to 9, wherein an Ankontaktierabschnitt ( 27a , b) a piece of film ( 9a , b) formed as an extension and around the piezoceramic element ( 3 ), whereby it is the other piece of film ( 9b , a) at least partially overlapping.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to claim 10, wherein the contacting portion (FIG. 27a , b) at least at the overlapping area electrical insulation ( 29 ) having.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a housing ( 19 ) of the piezoelectric ultrasonic transducer ( 1 ), in which the film pieces ( 9a , b) and the coated piezoceramic element ( 3 ) or a pressure application ( 15 ), is a plastic housing.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the film pieces ( 9a , b) have a foil material thickness in the range of 0.02 mm to 0.05 mm or a material thickness of 0.03 mm.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein a piece of film ( 9a , b) is a Kupferfolienstrück.

Piezo ultrasonic transducer ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive coating ( 6 ) is a metallic coating or a silver coating.

Ultrasonic measuring device, comprising at least one piezoelectric ultrasonic transducer ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

An ultrasonic measuring device according to claim 16, wherein said ultrasonic measuring device is an ultrasonic flow sensor ( 31 ).