DE3431620A1 - Material for adapting bodies for ultrasonic transducers - Google Patents

Material for adapting bodies for ultrasonic transducers

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DE3431620A1 DE19843431620 DE3431620A DE3431620A1 DE 3431620 A1 DE3431620 A1 DE 3431620A1 DE 19843431620 DE19843431620 DE 19843431620 DE 3431620 A DE3431620 A DE 3431620A DE 3431620 A1 DE3431620 A1 DE 3431620A1
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Abstract

Ultrasonic transducers, particularly in accordance with Patents 2541491 and 2537788, are provided with adapting bodies which are compression-moulded and preferably pressed onto the transducer body and cured. <IMAGE>

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark

Berlin und München -J. VPA -. - * e Q 7 QCBerlin and Munich -J. VPA -. - * e Q 7 QC

Material für Anpassungskörper für Ultraschall-Wandler. 5Material for adapting body for ultrasonic transducers. 5

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material für Ultraschall-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a material for ultrasonic transducers according to the preamble of the patent claim 1.

Ultraschall-Schwinger nach den deutschen Patenten 25 41 492 und 25 37 788 besitzen auf dem eigentlichen piezokeramischen Schwingungserzeugungsteil einen scheibenförmigen, daran angebrachten Anpassungskörper, der aus einem Material mit dementsprechend ausgewählten Eigenschaften besteht. Insbesondere für Schallabstrahlung in Luft bzw. Schallempfang aus einem Luftvolumen hat dieses Material durch einen schaumstoffartigen Aufbau verhältnismäßig geringe Dichte, aber dennoch erhebliche Steifigkeit. Nach obengenannten Patenten ausgestaltete, im Verkehr befindliche Ultraschall-Wandler haben derartige Anpassungskörper aus einem unter der Bezeichnung XP241 (der Fa. 3M) bekannten Material, das aus einem Epoxidharz besteht, das mit kleinen Glas-Hohlkugeln gefüllt ist. Dieses Material weist bereits für Luft-Ultraschall-Wandler gute akustische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Anpassung, auf. Dieses Material, das im ausgehärteten Zustand geliefert wird, ist mit Hartmetall-Stählen zu bearbeiten, wobei jedoch die entstehende Staubentwicklung und Abnutzung der Werkzeuge nicht zu vernachlässigen sind.Ultrasonic transducers according to German patents 25 41 492 and 25 37 788 have on the actual piezoceramic Vibration generating part has a disk-shaped attached thereto Adaptation body made of a material with appropriately selected properties. In particular for sound radiation in air or sound reception from one This material has air volume through a foam-like Structure relatively low density, but still considerable rigidity. Designed according to the above-mentioned patents, Ultrasonic transducers on the market have such adapting bodies from one under the name XP241 (from 3M) known material, which consists of an epoxy resin which is filled with small hollow glass spheres. This material already has good acoustic properties for air-to-ultrasonic transducers, in particular with regard to the Adjustment, on. This material, which is supplied in the hardened state, must be machined with hard metal steels, However, the resulting dust and wear and tear on the tools should not be neglected.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches für die obengenannten Zwecke geeignetes Material anzugeben, bei dessen Verwendung man obengenanntes Bearbeiten einspart und das auch einen geringeren akustischen Wellenwiderstand hat.The object of the present invention is to provide such a material which is suitable for the above-mentioned purposes the use of which saves the above-mentioned processing and which also has a lower acoustic wave resistance.

21 .8.1984 / Bts 1 BIaAugust 21, 1984 / Bts 1 BIa

Diese Aufgabe wird mit einem nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hergestellten Material gelöst.This task is achieved according to the features of the claim 1 produced material dissolved.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, nicht bereits ausgehärtetes Material hinsichtlich der Formgebung anzupassen, sondern die Formgebung in das Herstellungsverfahren des Materials zu integrieren. Weiter liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, zuzulassen, daß das herzustellende Material'in Zwischenstadien, insbesondere bei der Formgebung, für den eigentliehen Verwendungszweck noch völlig unzureichende mechanische Eigenschaften hat.The invention is based on the idea of not already hardened Adjust the material in terms of shape, but rather the shape in the manufacturing process of the material to integrate. Furthermore, the invention is based on the idea of allowing the material to be produced in intermediate stages, especially in terms of shaping, mechanical which are still completely inadequate for the intended use Has properties.

Die Erfindung besteht darin, zunächst eine abgemessene Menge eines Epoxid-Klebstoffes (wie z.B. Araldit AV8 von Ciba) im Wasserbad oder Wärmeschrank auf eine Temperatur zwischen 60 und 12Q0C, insbesondere auf ca. 800C, zu erwärmen. Diese Temperaturen sind noch so niedrig gehalten, daß noch keine wesentliche Aushärtung des Epoxidklebers eintritt. Zum Beispiel liegt bei 13O°C die Aushärtedauer für das angegebene Araldit AV8 bei ca. 14 Stunden. Mit der angegebenen Erwärmung wird das bei Raumtemperatur noch sehr zähe Kunstharz relativ flüssig, und zwar so flüssig, daß in dieses Kunstharz handelsübliches Glaskugelpulver unter Rühren hereingemischt werden kann. Derartiges Glaskugelpulver gibt es unter der Bezeichnung Eccospheres SI der Fa. Emerson & Cumming. Das Mengenverhältnis von Epoxidharz zu Glaskugelpulver wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so bemessen, daß die Menge des Harzes höchstens dazu ausreicht, die zwischen den einzelnen Kugeln des Glaskugelpulvers zwangsläufig vorhandenen Volumina auszufüllen. Ein solcher Wert läßt sich gegebenenfalls rechnerisch aus der Größenverteilung der Kugeln im Glaskugelpulver ermitteln.The invention consists in heating at first a measured amount of an epoxy adhesive (eg Araldite AV8 from Ciba) in a water bath or heating oven to a temperature between 60 and 12Q 0 C, and in particular about 80 0 C. These temperatures are kept so low that the epoxy adhesive does not yet cure significantly. For example, at 130 ° C the curing time for the specified Araldit AV8 is approx. 14 hours. With the indicated heating, the synthetic resin, which is still very viscous at room temperature, becomes relatively liquid, namely so liquid that commercial glass ball powder can be mixed into this synthetic resin with stirring. Such glass ball powder is available under the name Eccospheres SI from Emerson & Cumming. The quantitative ratio of epoxy resin to glass ball powder is preferably dimensioned in the context of the invention so that the amount of resin is at most sufficient to fill the volumes inevitably present between the individual balls of the glass ball powder. Such a value can be determined mathematically from the size distribution of the spheres in the glass sphere powder.

Das Hereinrühren des Glaskugelpulvers in das erwärmte Epoxidharz führt zu einer bröseligen, fast granulatartigen MasseStirring the glass ball powder into the heated epoxy resin leads to a crumbly, almost granular mass

-:- - 3A3162J3- : - - 3A3162J3

-;- 84 P 16 3 7 Ob-; - 84 P 16 3 7 Ob

die dementsprechend (noch) keine feste Form hat. Diese bröselige Masse wird zur Formgebung in eine Preßform gegeben, und der gewünschte Körper durch Pressen geformt. Anschließend erfolgt das Aushärten, z.B. 6-10 Stunden lang bei 13O0C. Es hängt von den Bedingungen des Einzelfalles ab, ob während des Aushärtens der Preßling in der Preßform belassen werden muß. Nach dem geschilderten Verfahren hergestellte Formkörper haben ohne Nachbearbeitung bereits die gewünschte Gestalt und aufgrund ihrer geringen Dichte und ihrer geringen Schallgeschwindigkeit sehr kleinen akustischen Wellenwiderstand, was einer effizienteren Schallübertragung vom Keramikschwinger auf Luft zugute kommt.which accordingly does not (yet) have a fixed form. This crumbly mass is placed in a mold for shaping, and the desired body is shaped by pressing. This is followed by curing, eg C. at 13O 0 6-10 hours, it depends on the conditions of the individual case, whether it must be left in the mold during curing of the compact. Shaped bodies produced according to the described method already have the desired shape without post-processing and, due to their low density and their low speed of sound, have very low acoustic wave resistance, which benefits more efficient sound transmission from the ceramic transducer to air.

Da das Epoxidharz vor erfolgtem Aushärten klebende Eigenschaft hat, ist von besonderem Vorteil die weitere Maßnahme, den Körper aus Piezokeramik und dem gegebenenfalls vorgesehenen Beschwerungsring in die Preßform zu legen und die noch bröselige granulatartige Masse auf die Oberfläche des Keramikkörpers aufzupressen. Während des Aushärtens des Epoxidharzes entsteht eine völlig ausreichend feste Klebverbindung zum Piezokeramikkörper, so daß mit der Erfindung auch das Herstellen dieser Verbindung - vergleichsweise zum Stand der Technik - in integrierter Weise ohne Mehraufwand erreicht ist.Since the epoxy resin has adhesive properties before it has hardened, the further measure is of particular advantage to place the body made of piezoceramic and the optionally provided weighting ring in the mold and to press the still crumbly granular mass onto the surface of the ceramic body. While the Epoxy resin creates a completely sufficiently strong adhesive bond to the piezoceramic body, so that with the invention also the production of this connection - compared to the prior art - in an integrated manner without additional effort is reached.

Die beigfügte Fig.1 zeigt eine Preßform mit eingelegter Piezokeramikscheibe und auf diese Scheibe bereits aufgepreßtem Anpassungskörper aus nach den obengenannten Maßnahmen hergestelltem Anpassungsmaterial.The attached Fig.1 shows a mold with inserted Piezoceramic disk and adapter body already pressed onto this disk according to the above measures manufactured adjustment material.

Die Fig.2 zeigt ein Fließbild des Herstellungsverfahrens, dessen Inhalt aus sich heraus die notwendigen Angaben macht.2 shows a flow diagram of the manufacturing process, the content of which provides the necessary information on its own.

In Fig.1 ist der Wandler mit 1 bezeichnet. Er besteht aus 35The converter is denoted by 1 in FIG. It consists of 35

- feder Piezokeramikscheibe 2, dem Anpassungskörper 3 aus wie erfindungsgemäß hergestelltem Material, und einem Beschwerungsring 4 aus beispielsweise Aluminium. Ein solcher Wandler entspricht im Ergebnis einem Wandler nach dem deutschen Patent 25 41 492.- Feather piezoceramic disk 2, the adapter body 3 from as produced according to the invention, and one Weighting ring 4 made, for example, of aluminum. As a result, such a converter corresponds to a converter according to the German patent 25 41 492.

Mit 11 ist das äußere Teil und mit 12 der Stempel der Preßform bezeichnet. Der Stempel wird durch eine Kraft P aus der mit gestrichelten Linien dargestellten Stellung 112 des Stempels 12 in die in Fig.1 dargestellte Endlage bewegt.11 is the outer part and 12 is the punch of the mold designated. The stamp is by a force P from the position 112 of the shown with dashed lines Stamp 12 is moved into the end position shown in Figure 1.

Zunächst werden die Teile 2 und 4 des Wandlers 1 in die Preßform eingelegt. In den Raum oberhalb der Teile 2 und 4 wird die granulatartige Mischung aus Epoxidharz und Glaskugelpulver eingefüllt, z.B. bis zur Unterseite des Stempels in der Stellung 112. Durch Pressen und anschließendes Aushärten erhält man schließlich den fertigen Wandler 1, bei dem die Teile 2, 3 und 4 infolge der Klebeigenschaft des Epoxidharzanteils des Ausgangsmaterials des Anpassungskörpers 3 fest miteinander verbunden sind.First, the parts 2 and 4 of the transducer 1 are placed in the mold. In the space above parts 2 and 4 is the granular mixture of epoxy resin and glass ball powder filled, e.g. up to the bottom of the stamp in position 112. By pressing and then After curing, the finished transducer 1 is obtained, in which the parts 2, 3 and 4 are due to the adhesive properties of the Epoxy resin portion of the starting material of the adaptation body 3 are firmly connected to one another.

Mit 20 ist die Preßunterlage der gesamten, aus den Teilen 11 und 12 bestehenden Preßform bezeichnet.At 20, the press pad of the entire die consisting of parts 11 and 12 is designated.

Ein Wandler 1 nach der Erfindung ist gegenüber Wandlern nach dem Stand der Technik daran zu erkennen, daß bei ihm mechanische Nachbearbeitungen des Anpassungskörpers 3 entbehrlich sind und daher fehlen. Auch sind die Klebverbindungen zwischen dem Teil 3 einerseits und den Teilen 2 und 4 andererseits integrale Bestandteile des Materials des Anpassungskörpers 3, d.h. es ist kein zusätzlicher Klebstoff verwendet.A transducer 1 according to the invention can be recognized compared to transducers according to the prior art by the fact that with him mechanical reworking of the adapter body 3 can be dispensed with and is therefore absent. Also are the glue joints between part 3 on the one hand and parts 2 and 4 on the other hand, integral components of the material of the adaptation body 3, i.e. no additional adhesive is used.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ultraschall-Wandler, der einen keramischen Körper als piezoelektrisches Anregungselement, einen Anpassungskörper (3) und gegebenenfalls einen Beschwerungsring (4) hat, die fest miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch,1. Ultrasonic transducer that uses a ceramic body as piezoelectric excitation element, a matching body (3) and, if applicable, a weighting ring (4), which are firmly connected to each other, characterized by: - daß der Anpassungskörper aus einer Glashohlkugel-Masse,- That the adapter body consists of a hollow glass sphere mass, - die mit Epoxid-Klebstoffmaterial gebunden ist, besteht, - wobei das Mengenverhältnis von Glashohlkugel-Masse und Klebstoffmaterial derart gewählt ist, daß das Klebstoffmaterial im wesentlichen höchstens in einer solchen Menge enthalten ist, daß die zwischen den Kugeln der Masse zwangsläufig vorhandenen Hohlräume wenigstens weitgehend ausgefüllt sind.- which is bonded with epoxy adhesive material, - The quantitative ratio of hollow glass sphere mass and adhesive material is selected such that the adhesive material is essentially contained at most in such an amount that that between the balls of the mass inevitably existing cavities are at least largely filled. 2. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Masse dieses Anpassungskörpers (3) vor ausgehärtetem Zustand auf den keramischen Körper (2) gepreßt und mit dem Aushärten mit dem keramischen Körper (2) des Wandlers (1) verbunden ist.2. Converter according to claim 1, characterized in that the mass of this adapter body (3) in front cured state pressed onto the ceramic body (2) and with the hardening with the ceramic body (2) of the converter (1) is connected. 3. Verfahren zur Herstellung eines Wandlers nach Anspruch3. A method for manufacturing a transducer according to claim 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zunächst Epoxidharz bis zum Erreichen eines flüssigen Zustands bei einer Temperatur, bei der während der Verarbeitungszeit keine wesentliche Aushärtung eintritt, erwärmt und mit Glaskugelpulver vermischt wird, wobei die Menge des Epoxidharzes so gewählt ist, daß im wesentlichen höchstens die zwischen den Kugeln des Glaskugelpulvers befindlichen Hohlräume weitgehend gefüllt sind, daß die entstandene granulatartige Masse formgepreßt wird und der Aushärtung überlassen wird.1 or 2, characterized in that initially epoxy resin until a liquid state is reached a temperature at which no significant hardening occurs during the processing time, heated and with glass ball powder is mixed, the amount of epoxy resin is chosen so that essentially at most that between the Balls of the glass ball powder located cavities are largely filled so that the resulting granular mass is compression molded and is left to harden. J-J- 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch/ daß das Pressen unter Beilage sonstiger Teile (2-4) des Wandlers (1) erfolgt und man das Verkleben des aushärtenden, aus dem Granulat gepreßten Anpassungskörpers (3) mit den weiteren Teilen (2-4) des Wandlers (1) vor sich gehen läßt.4. The method according to claim 3, characterized in / that the pressing is carried out with the addition of other parts (2-4) of the transducer (1) and the bonding of the hardening, pressed from the granulate adapter body (3) with the other parts (2- 4) of the converter (1) can go ahead.
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