DE4201141C2 - Akustische Druckimpulsquelle mit elektrisch leitfähigen Membranmitteln - Google Patents
Akustische Druckimpulsquelle mit elektrisch leitfähigen MembranmittelnInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische akustische
Druckimpulsquelle mit elektrisch leitfähigen Membranmitteln
und einer elektrischen Spulenanordnung.
Derartige Druckimpulsquellen werden beispielsweise in der
Medizin verwendet und dienen hier zur Behandlung von
Steinleiden (Lithotripsie), zur Behandlung von Tumorleiden
und zur Behandlung von Knochenleiden (Osteorestauration).
Sie können auch für nichtmedizinische Zwecke eingesetzt
werden. In jedem Fall wird die Druckimpulsquelle mit dem
mit den Druckimpulsen zu beaufschlagenden Objekt akustisch
gekoppelt, und das Objekt und die Druckimpulsquelle werden
relativ zueinander derart ausgerichtet, daß die akustischen
Wellen den zu beschallenden Bereich des Objektes
durchlaufen.
Eine Druckimpulsquelle der eingangs genannten Art ist in
der EP 0 188 750 A1 bzw. in der EP 0 301 360 A1 beschrieben.
Die Wirkung dieser Druckimpulsquelle beruht darauf,
daß bei Beaufschlagung der Spulenanordnung mit einem Hoch
spannungsimpuls in die Membranmittel Ströme induziert werden,
die dem durch die Spulenanordnung fließenden Strom
entgegengerichtet sind. Demzufolge sind auch die im Zusam
menhang mit diesen Strömen auftretenden Magnetfelder ein
ander entgegengerichtet. Die Beaufschlagung der Spulenan
ordnung mit einem Hochspannungsimpuls bewirkt also eine
schlagartige Abstoßung der Membranmittel von der Spulen
anordnung. Hierdurch wird in ein an die von der Spulen
anordnung abgewandte Seite der Membranmittel angrenzendes
akustisches Ausbreitungsmedium ein akustischer Druckimpuls
eingeleitet. Um Spannungsüberschläge zwischen der Spulen
anordnung und den Membranmitteln zu vermeiden, ist im
Falle der bekannten Druckimpulsquelle eine Isolierfolie
zwischen den Membranmitteln und der Spulenan
ordnung vorgesehen. - Fertigungstechnisch wird so vorgegangen,
daß die Flachspule mit einem Isolator dadurch verbunden wird,
daß beide mit Gießharz vergossen werden. Nach spanabhebender
Bearbeitung der Stirnfläche der Gießharzschicht wird die Iso
lierfolie mittels eines geeigneten Klebstoffes unter Druck- und
Temperaturanwendung mit der bearbeiteten Stirnfläche der
Gießharzschicht verbunden. Diese Vorgehensweise ist aus ver
schiedenen Gründen nachteilig. Zum einen ist der Gieß- und
Aushärtevorgang nicht nur wegen der langen Aushärtezeit (nahe
zu 1 Tag), sondern auch wegen des hohen zu treibenden verfah
renstechnischen Aufwandes kostenintensiv. Außerdem besteht die
Gefahr, daß sich in dem Gießharz Lunker bilden, die die Ober
flächenqualität und die mechanische Festigkeit der Gießharz
schicht nachteilig beeinflussen. Zusätzliche Kosten entstehen
durch die spanende Bearbeitung der Gießharzschicht und die da
mit verbundenen Meßvorgänge. Auch hat sich gezeigt, daß selbst
bei sorgfältiger Fertigung der Abstand zwischen den Membran
mitteln und der Spulenanordnung infolge der auftretenden Fer
tigungsungenauigkeiten von Druckimpulsquelle zu Druckimpuls
quelle relativ stark schwankt. Dies zieht infolge des Umstan
des, daß das Maß maßgeblich die elektrische Koppelung zwischen
den Membranmitteln und der Flachspule bestimmt, den Nachteil
nach sich, daß in der beschriebenen Weise hergestellte Druck
impulsquellen hinsichtlich ihrer akustischen Kenngrößen nicht
in der Weise übereinstimmen, wie dies im Hinblick auf eine
leichte Austauschbarkeit der Druckimpulsquellen untereinander
an sich wünschenswert wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckimpuls
quelle der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie auf
einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine elek
tromagnetische akustische Druckimpulsquelle mit elektrisch
leitfähigen Membranmitteln und einer elektrischen Spulenan
ordnung, welche durch wenigstens eine Isolierfolie elek
trisch isolierend voneinander getrennt sind, wobei die der
Spulenanordnung benachbarte Isolierfolie durch eine Klebstoff
schicht unmittelbar mit den Windungen der Spulenanordnung ver
klebt ist, und jede weitere Isolierfolie durch eine Klebstoff
schicht mit der von der Spulenanordnung abgewandten Seite der
jeweils vorhergehenden Isolierfolie verklebt ist. Im Falle der
erfindungsgemäßen Druckimpulsquelle entfällt also der gesamte
Gieß- und Aushärtevorgang sowie die spanende Bearbeitung der
Gießharzschicht. Statt dessen wird die Isolierfolie auf ein
fache und kostengünstige Weise unmittelbar mit den Windungen
der Spulenanordnung verklebt. Außerdem unterliegt der Abstand
zwischen der Flachspulenanordnung und den Membranmitteln nur
geringen Fertigungstoleranzen, da eventuell überschüssiger
Klebstoff zwischen die Windungen der Spulenanordnung treten
kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist
vorgesehen, daß wenigstens die der Spulenanordnung benachbarte
Isolierfolie und die diese mit der Spulenanordnung verklebende
Klebstoffschicht eine selbstklebende Isolierfolie bilden.
Hierdurch ergibt sich eine weitere Verringerung des Herstel
lungsaufwandes, da das Auftragen einer Klebstoffschicht ent
fällt. Hinzu kommt, daß die Klebstoffschicht einer derartigen
selbstklebenden Isolierfolie eine konstante und definierte
Dicke aufweist, so daß im Falle der Verwendung einer selbst
klebenden Isolierfolie der Abstand zwischen der Spulenanord
nung und den Membranmitteln nochmals geringeren Fertigungs
toleranzen unterliegt. Dabei soll der Begriff "selbstklebend"
hier so verstanden werden, daß die Isolierfolie und die Kleb
stoffschicht eine Einheit bilden. Die "klebenden" oder besser
gesagt adhäsiven Eigenschaften der Klebstoffschicht können
dabei bereits bei Raumtemperatur oder erst bei höheren
Temperaturen vorliegen.
Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, daß im Falle
mehrerer Isolierfolien die Dicke der die der Spulenanordnung
benachbarte Isolierfolie mit der Spulenanordnung verklebenden
Klebstoffschicht wenigstens ein Viertel der Summe der Dicken
aller Klebstoffschichten beträgt. Die Dicke der Klebstoff
schicht ist dann ausreichend groß, um bei dem mit dem Klebe
vorgang einhergehenden Preßvorgang Fertigungstoleranzen der
beteiligten Bauteile ausgleichen zu können, indem mehr oder
weniger Klebstoff der genannten Klebstoffschicht zwischen die
Windungen der Flachspulenanordnung gepreßt wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß mehrere Isolierfolien vorgesehen sind und daß die
Summe der Dicken der Isolierfolien die Dicke einer einzigen
aus dem gleichen Material bzw. dem Material derjenigen Iso
lierfolie, deren Material die geringste spezifische Durch
schlagsfestigkeit aufweist, gebildeten Isolierfolie nicht oder
nicht wesentlich übersteigt. Obwohl an sich keine höhere
(absolute) Durchschlagsfestigkeit zu erwarten ist, haben Mes
sungen überraschenderweise ergeben, daß dennoch eine erhöhte
Durchschlagsfestigkeit vorliegt. Dies wird darauf zurückge
führt, daß bei nur einer Isolierfolie die Gefahr, daß im Be
reich von Schwachstellen oder Inhomogenitäten der Isolierfolie
Durchschläge auftreten, wesentlich größer ist als im Falle
mehrerer aufeinandergeschichteter Isolierfolien. Es ist näm
lich äußerst unwahrscheinlich, daß sämtliche zwischen den
Membranmitteln und der Spulenanordnung befindlichen Isolier
folien an der gleichen Stelle eine Schwachstelle oder eine
Inhomogenität aufweisen. Vielmehr kann davon ausgegangen
werden, daß in demjenigen Bereich, in dem eine Isolierfolie
eine Schwachstelle oder Inhomogenität aufweist, die andere(n)
Isolierfolie(n) intakt und homogen ist (sind). Die Isolier
folien "verstärken" sich sozusagen gegenseitig. Da die vorge
sehenen Isolierfolien insgesamt nicht dicker sein müssen als
die herkömmlicherweise vorgesehene einzige Isolierfolie, be
steht keine Notwendigkeit, den Abstand zwischen den Membran
mitteln und der Spulenanordnung nennenswert zu vergrößern. Es
tritt also im Falle der Erfindung gegenüber dem Stand der
Technik keine nennenswerte Minderung des Wirkungsgrades bei
der Umwandlung von elektrischer in akustischer Energie auf.
Die Summe der Dicken der Isolierfolien sollte übrigens die
Dicke einer einzigen Isolierfolie des gleichen Materials bzw.
des die geringste spezifische Durchschlagsfestigkeit auf
weisenden Materials, die die gleiche Durchschlagsfestigkeit
aufweist, um nicht mehr als 20% übersteigen.
Weitere Varianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. Deren Vorteile werden im Zuge der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert, die in den
beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße
Druckimpulsquelle im Längsschnitt,
Fig. 2 die Einzelheit A gemäß Fig. 1 in stark vergrößerter
Darstellung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine bei der Herstellung er
findungsgemäßer Druckimpulsgeneratoren verwendeten
Vorrichtung in schematischer Darstellung, und
Fig. 4 in zur Fig. 2 analoger Darstellung ein weiteres Aus
führungsbeispiel.
Die Druckimpulsquelle gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf,
das einen mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, als akustisches
Ausbreitungsmedium gefüllten Raum 3 etwa kreisförmigen Quer
schnittes enthält. Dieser ist an seinem einen Ende durch Mem
branmittel in Form einer etwa kreisscheibenförmigen Membran 2
abgeschlossen. Bei der Membran 2 handelt es sich um ein Ver
bundteil, das aus einem äußeren metallischen Verstärkungsring
2a von kreisringförmiger Gestalt, einem innerhalb desselben
konzentrisch angeordneten kreisscheibenförmigen Teil 2b aus
einem elektrisch leitenden Werkstoff, z. B. Aluminium, und
einem beide verbindenden Träger 2c aus einem kavitationsun
empfindlichen, elastisch nachgiebigen Werkstoff, z. B. Gummi,
zusammengesetzt ist. Der Verstärkungsring 2a und das Teil 2b
sind in die der Flüssigkeit abgewandten Seite des Trägers 2c
eingebettet und mit diesem stoffschlüssig, beispielsweise
durch Vulkanisieren, verbunden. Das Teil 2b ist, da es sich
auf der der Flüssigkeit abgewandten Seite des Trägers 2c be
findet, durch letzteren vor Korrosions- und Kavitationsein
flüssen geschützt. Der von der Flüssigkeit abgewandten Seite
der Membran 2 gegenüberliegend ist eine Flachspulenanordnung
in Form einer etwa kreisscheibenförmigen Flachspule 4 mit
spiralförmig angeordneten Windungen vorgesehen, die im Bereich
des elektrisch leitfähigen Teiles 2b der Membran 2 angeordnet
ist. Die Windungen der Flachspule 4, die z. B. aus Kupfer-Lack
draht gewickelt ist, sind auf der Auflagefläche 6 eines die
Funktion eines Spulenträgers übernehmenden Isolators 7 ange
ordnet, der in einer Kappe 8 aufgenommen ist. Die Membran 2
und die den Isolator 7 mit der Spule 4 enthaltende Kappe 8
sind mittels Schrauben 9 an dem Gehäuse 1 befestigt. Zur
Fixierung der Flachspule 4 an der Auflagefläche 6 des Isola
tors 7 sind die Windungen der Flachspule 4 mit der Auflage
fläche 6 verklebt, so wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 2
noch näher beschrieben werden wird.
Die Anschlußenden 10 und 11 der Flachspule 4 treten durch Boh
rungen in dem Isolator 7 und der Kappe 8 nach außen. Sie sind
an einem schematisch dargestellten Hochspannungs-Impulsgene
rator 12 angeschlossen, der die Flachspule 4 zur Erzeugung von
Druckimpulsen mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt. Jeweils
bei Beaufschlagung der Flachspule 4 mit einem Hochspannungs
impuls wird die Membran 2 infolge der auf das elektrisch leit
fähige Teil 2b wirkenden Kräfte schlagartig von der Flachspule
abgestoßen, was zur Ausbildung eines Druckimpulses in der in
dem Raum 3 befindlichen Flüssigkeit führt. Dieser Druckimpuls
steilt sich auf seinem weiteren Weg durch die Flüssigkeit zu
einer Stoßwelle auf. Unter einer Stoßwelle versteht man einen
Druckimpuls mit extrem steiler Anstiegsflanke.
Die bei der Erzeugung eines Druckimpulses auftretende Auslen
kung kann das elektrisch leitfähige Teil 2b ohne weiteres aus
führen, da es mittels des Trägers 2c nachgiebig mit dem Ver
stärkungsring 2a verbunden ist. Um die Membran 2 jeweils nach
Erzeugung eines Druckimpulses in ihre Ausgangslage zurückzu
führen, kann in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise
entweder der Raum zwischen der Membran 2 und der Flachspule 4
mit Vakuum beaufschlagt werden (ER-A 01 88 750) oder die in
dem Raum 3 befindliche Flüssigkeit unter einen gegenüber dem
Umgebungsdruck erhöhten Druck gesetzt werden (DE-OS
33 12 014).
Um bei Beaufschlagung der Flachspule 4 mit Hochspannungsimpul
sen Spannungsüberschläge zwischen der Flachspule 4 und der
Membran 2 zu verhindern, sind zwischen beiden zwei Isolier
folien 5a und 5b stapelartig angeordnet. Als Material für die
Isolierfolien 5a und 5b eignet sich beispielsweise Polyimid.
Auch Polytetrafluoräthylen (PTFE) kommt in Frage. Die Summe
der Dicken der Isolierfolien 5a und 5b ist derart gewählt, daß
sie die Dicke einer einzigen aus dem gleichen Material, bei
spielsweise Polyimid, gebildeten Isolierfolie der zwischen
Flachspule 4 und Membran 2 gewünschten Durchschlagsfestigkeit
nicht oder nicht wesentlich übersteigt. Vorzugsweise ist die
Summe der Dicken der Isolierfolien 5a und 5b gleich der Dicke
einer einzigen aus dem gleichen Material gebildeten Isolier
folie der gewünschten absoluten Durchschlagsfestigkeit (kV)
gewählt. Ebenfalls vorzugsweise sind die Isolierfolien 5a und
5b, so wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, gleich
dick. Da die beiden Isolierfolien 5a und 5b mit großer Wahr
scheinlichkeit Schwachstellen und Inhomogenitäten, wie sie in
Isolierfolien vorkommen können, nicht an der gleichen Stelle
aufweisen, "verstärken" sich die Isolierfolien 5a und 5b so
zusagen gegenseitig. Sie weisen daher im Vergleich zu einer
einzigen Isolierfolie des gleichen Materials und der gleichen
Dicke eine erhöhte Durchschlagsfestigkeit auf, was sich auch
meßtechnisch nachweisen läßt. Es wird also deutlich, daß im
Falle der beschriebenen Druckimpulsquelle die Gefahr von Span
nungsüberschlägen zwischen der Flachspule 4 und dem elektrisch
leitfähigen Teil 2b der Membran 2 geringer ist als beim Stand
der Technik, wo nur eine einzige Isolierfolie verwendet wird.
Da die Dicke der Isolierfolien 5a und 5b die einer einzigen
Isolierfolie des gleichen Materials und der gleichen Durch
schlagsfestigkeit jedenfalls nicht wesentlich übersteigt, ist
mit der verbesserten Durchschlagsfestigkeit keine Minderung
des bei der Wandlung von elektrischer in akustische Energie
auftretenden Wirkungsgrades verbunden.
Wie bereits erwähnt, ist die Flachspule 4 mit der Auflage
fläche 6 des Isolators 7 verklebt. Die entsprechende Kleb
stoffschicht ist in Fig. 2 mit 14 bezeichnet. Bei den Iso
lierfolien 5a und 5b handelt es sich um selbstklebende Folien,
die jeweils auf einer Seite mit einer Klebstoffschicht 15a
bzw. 15b definierter Dicke versehen sind. Derartige selbst
klebende Folien sind im Handel erhältlich. Die der Flachspule
4 benachbarte Isolierfolie 5a ist mit ihrer Klebstoffschicht
15a über die gesamte Fläche der Flachspule 4 direkt mit den
Windungen der Flachspule 4 verklebt. Die Dicke der Klebstoff
schicht 15a beträgt wenigstens ein Viertel der Gesamtdicke der
Klebstoffschichten 15a und 15b. Im Falle von zwei Isolier
folien 5a und 5b beträgt die Dicke der Klebstoffschicht 15a
vorzugsweise wie dargestellt die Hälfte der Gesamtdicke der
Klebstoffschichten 15a und 15b. Gute Ergebnisse erhält man
aber auch, wenn die Dicke der Klebstoffschicht 15a größer als
die der Klebstoffschicht 15b, insbesondere doppelt so groß,
ist. Die Isolierfolie 5b ist mit ihrer Klebstoffschicht 15b
mit der von der Flachspule 4 abgewandten Seite der Isolier
folie 5a flächig verklebt. Bei dem Klebstoff, der Klebstoff
schichten 15a und 15b, kann es sich beispielsweise um einen
Acrylatkleber, einen Rhenolharzkleber oder einen Epoxydharz
kleber handeln. Auch Mischungen von wenigstens zwei der ge
nannten Kleber sind möglich. Übrigens soll der Begriff
"selbstklebend" im vorliegenden Falle so verstanden werden,
daß die Isolierfolien 5a und 5b mit der jeweiligen Klebstoff
schicht 15a bzw. 15b eine Einheit bilden. Die adhäsiven Eigen
schaften der Klebstoffschichten müssen nicht notwendigerweise
bereits bei Raumtemperatur vorliegen. Es können vielmehr auch
solche Klebstoffschichten mit Vorteil eingesetzt werden, die
erst bei erhöhten Temperaturen adhäsive Eigenschaften ent
wickeln und beim Abkühlen aushärten. In diesem Falle verein
facht sich die Handhabung der Folien. Gleichzeitig werden
besonders haltbare Klebungen erreicht, die einen festen Ver
bund, insbesondere der Flachspule 4 mit der Isolierfolie 5a
aber auch der Isolierfolien 5a und 5b miteinander bewirken.
Der Herstellvorgang, durch den der Isolator 7, die Flachspule
4 und die Isolierfolien 5a und 5b zu einer Einheit verklebt
werden, vollzieht sich in der Weise, daß der im Bereich seiner
Auflagefläche 6 mit der Klebstoffschicht 14 versehene Isolator
7, die Flachspule 4 und die selbstklebenden Isolierfolien 5a
und 5b, die in Fig. 3 der Deutlichkeit halber unschraffiert
dargestellt sind, mit ihren Klebstoffschichten 15a und 15b,
die in Fig. 3 nicht dargestellt sind, in der angegebenen
Reihenfolge in eine etwa rohrförmige Preßform 16 eingelegt
werden. Diese ist von einer Heizvorrichtung 17 umgeben. In die
Preßform 16 ist ein Preßstempel 18 einführbar, der mit einer
Preßkraft P beaufschlagbar ist. Die Preßform 16 und der Preß
stempel 18 weisen Anschlagflächen 19 und 20 auf, die zu einer
Begrenzung des Weges des Preßstempels 18 zusammenwirken. Der
Weg des Preßstempels 18 ist derart begrenzt, daß die fertige
Einheit aus Isolator 7, Flachspule 4 und den Isolierfolien 5a
und 5b eine Gesamtdicke von a (siehe Fig. 3) aufweist.
Das Maß a ist unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen
des Isolators 7, der Flachspule 4 und der Isolierfolien 5a und
5b derart gewählt, daß es wenigstens gleich der maximal mög
lichen Summe der Dicken der genannten Bauteile ist. Vorzugs
weise ist das Maß a geringfügig, d. h. um einen oder wenige
Zehntel Millimeter, größer als die maximal mögliche Summe der
Dicken der genannten miteinander zu verklebenden Bauteile. Die
Dicken der Klebstoffschichten 15a und 15b sind derart gewählt,
daß für die unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen
der zu verklebenden Bauteile minimal möglichen Gesamtdicke der
zu verklebenden Bauteile die Summe der minimal möglichen
Gesamtdicke und der Dicken der Klebstoffschichten 15a und 15b
größer als das Maß a ist. Es ist dann eine einwandfreie Ver
klebung der zu verklebenden Bauteile gewährleistet. Die Dicke
der Klebstoffschicht 14 bleibt außer Betracht.
Mit dem Preßstempel 18 wird eine solche Preßkraft P ausgeübt,
daß sich ein Druck in der Größenordnung von 20 bar ergibt.
Mittels einer schematisch angedeuteten Heizung 21 werden die
in der Preßform 16 befindlichen Bauteile auf eine Temperatur
aufgeheizt, bei der der Klebstoff der Klebstoffschichten 15a
und 15b zähflüssig wird. Temperatur und Druck werden über
einen Zeitraum von wenigstens einigen Minuten, beispielsweise
30 Minuten, aufrechterhalten. Während dieser Zeit dringt der
Klebstoff der Klebstoffschicht 15a zwischen die Windungen der
Flachspule 4 ein. Nach dieser Zeit kann die fertige, den Iso
lator 7, die Flachspule 4 und die Isolierfolie 5a und 5b ent
haltende Einheit aus der Preßform 16 zur Abkühlung und somit
Aushärtung der Klebstoffschichten zwecks Weiterverwendung ent
nommen werden. Falls der Klebstoff der Klebstoffschichten 15a
und 15b bereits bei Raumtemperatur adhäsive Eigenschaften auf
weist, kann die Temperaturanwendung auch entfallen.
Es besteht bei ausreichender Dicke der Klebstoffschicht 15a
die Möglichkeit, das Maß a so zu wählen, daß der Klebstoff der
Klebstoffschicht 15a die Zwischenräume zwischen den Windungen
der Flachspule 4 vollständig ausfüllt, soweit diese nicht be
reits durch den Klebstoff der Klebstoffschicht 14 ausgefüllt
sind. Die Abwesenheit von Luft zwischen den Windungen der
Flachspule 4 kann die Durchschlagsfestigkeit der Anordnung
verbessern.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit auf Anschlagflächen
19, 20 zu verzichten und den Preßvorgang so auszuführen, daß
der nach dem Preßvorgang vorliegende Abstand der der Membran 2
zugewandten Seite der Isolierfolie 5b von der Auflagefläche 6
minimal ist, die Isolierfolie 5a also sozusagen an den Windun
gen der Flachspule 4 anliegt. Bei geeigneter Bemessung der
Dicke der Klebstoffschicht 15a kann auch in diesem Falle er
reicht werden, daß deren Klebstoff die Zwischenräume zwischen
den Windungen der Flachspule 4 ausfüllt, soweit sich hier
nicht bereits Klebstoff der Klebstoffschicht 14 befindet.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, wo die Flachspule mit dem
Isolator dadurch verbunden wird, daß beide mit Gießharz ver
gossen werden, und die Isolierfolie nach spanabhebender Bear
beitung der Stirnfläche der Gießharzschicht mittels eines ge
eigneten Klebstoffs ebenfalls unter Druck und Temperaturan
wendung verklebt wird, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen.
Zunächst entfällt der komplette Gieß- und Aushärtevorgang, der
nicht nur wegen der langen Aushärtezeit (nahezu ein Tag), son
dern auch wegen des hohen zu treibenden verfahrenstechnischen
Aufwandes kostenintensiv ist. Weiter entfallen die spanende
Bearbeitung der Gießharzschicht und die damit verbundenen Meß
vorgange. Außerdem ist die Gefahr vermieden, daß die Gießharz
schicht infolge von Lunkern Oberflächenfehler und eine
mangelnde mechanische Festigkeit aufweist.
Es wird also deutlich, daß eine erhebliche Reduzierung der
Fertigungszeit und -kosten erzielt wird. Außerdem sind die
Fertigungsergebnisse unter anderem wegen der definierten
Dicken der Klebstoffschichten 15a und 15b sehr gut reprodu
zierbar. Infolge des Umstandes, daß die Isolierfolie 5a mit
ihrer Klebstoffschicht 15a unmittelbar mit den Windungen der
Flachspule 4 verklebt wird, können auch größere Toleranzen
überbrückt werden, da erforderlichenfalls überschüssiger Kleb
stoff zwischen die Windungen der Flachspule gepreßt werden
kann. Die bisherigen engen Toleranzen für die Dicke des Iso
lators können also in gewissen Grenzen vergrößert werden, ohne
daß dies für die erzielbare Fertigungsgenauigkeit des bei der
fertigen Druckimpulsquelle vorliegenden Abstandes zwischen dem
elektrisch leitfähigen Teil 2b der Membran 2 und der Flach
spule 4 von Nachteil ist. Da die Toleranzen dieses Maßes, das
für die elektrische Koppelung zwischen Flachspule und Membran
wesentlich ist, im Falle der Erfindung letztlich nur noch von
den Toleranzen des Isolators abhängen, ergeben sich im Ver
gleich zum Stand der Technik durch geringere Fertigungsschwan
kungen hinsichtlich der akustischen Kenngröße der erzeugten
Druckimpulsquellen.
Es versteht sich, daß die Vorteile hinsichtlich der Spannungs
festigkeit auch dann erzielt werden, wenn die Verarbeitung der
Isolierfolien in herkömmlicher Weise erfolgt. Umgekehrt werden
die durch das beschriebene Fertigungsverfahren erreichten Vor
teile unabhängig davon erzielt, ob eine einzige Isolierfolie
oder ein Stapel mehrerer Isolierfolien vorgesehen ist, wobei
im Falle mehrerer Isolierfolien auch mehr als zwei Isolier
folien vorgesehen sein können. Die Isolierfolien können, falls
dies zweckmäßig ist, aus unterschiedlichen Materialien ge
bildet sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 4 darge
stellt. Da dies in bestimmten Punkten mit dem zuvor beschrie
benen übereinstimmt, tragen gleiche oder ähnliche Elemente die
gleichen Bezugszeichen.
Der wesentliche Unterschied zu der zuvor beschriebenen Aus
führungsform besteht darin, daß insgesamt vier Isolierfolien
zwischen der Flachspule 4 angeordnet sind, nämlich zusätzlich
zu den Isolierfolien 5a und 5b die Isolierfolien 5c und 5d.
Letztere sind im Gegensatz zu den Isolierfolien 5a und 5b
nicht mit der Flachspule 4, sondern mit der Membran 2 verbun
den. Wie bei den Isolierfolien 5a und 5b handelt es sich auch
bei den Isolierfolien 5c und 5d um selbstklebende Folien, die
mit einer Klebstoffschicht 15c bzw. 15d versehen sind. Mit
ihrer Klebstoffschicht 15c ist die Isolierfolie 5c mit der der
Flachspule 4 zugewandten Seite der Membran 2, insbesondere
deren elektrisch leitendem Teil 2b, verklebt. Die Isolierfolie
5d ist mit ihrer Klebstoffschicht 15d mit der von der Membran
2 abgewandten Seite der Isolierfolie 5c verklebt.
Während als Material für die Isolierfolien 5a und 5b z. B.
Polyimid mit einer spezifischen Durchschlagsfestigkeit von ca.
300 kV/mm vorgesehen ist, ist als Material für die Isolier
folien 5c und 5d beispielsweise Polyamid 6.6 mit einer spezi
fischen Durchschlagsfestigkeit von ca. 110 kV/mm vorgesehen.
Die Dicken der Isolierfolien 5a bis 5d sind derart gewählt,
daß ihre Summe die Dicke einer einzigen Isolierfolie der ge
wünschten absoluten Durchschlagsfestigkeit (kV), die aus dem
Material mit der geringeren spezifischen Durchschlagsfestig
keit, also Polyamid 6.6, gebildet ist, nicht oder nicht
wesentlich übersteigt. Sind mehr als zwei unterschiedliche
Materialien für die Isolierfolien vorgesehen, ist das Material
mit der geringsten spezifischen Durchschlagsfestigkeit maß
gebend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bietet den Vorteil, daß
weitere Isolierfolien, nämlich die Isolierfolien 15c und 15d
sehr leicht in die Druckimpulsquelle integriert werden können,
indem die Membran 2 und die Isolierfolien 5c und 5d durch
einen Preßvorgang unter Temperaturanwendung in der beschriebe
nen Weise miteinander verklebt werden.
Es besteht selbstverständlich die Möglichkeit, mit der Membran
nur eine oder aber auch mehr als zwei Isolierfolien zu verbin
den. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, mit der Flachspule 4
nur eine oder auch mehr als zwei Isolierfolien zu verbinden.
Weiter besteht die Möglichkeit, zwischen die mit der Flach
spule 4 verbundene(n) Isolierfolie(n) einerseits und die
Membran 2 (Fig. 2) bzw. die mit der Membran 2 verbundene(n)
Isolierfolie(n) (Fig. 4) andererseits eine oder mehrere zu
sätzliche Isolierfolien lose zu stapeln. Abweichend von der
Erfindung ist es auch denkbar, mit der Flachspule 4 keine der
Isolierfolien zu verbinden und lediglich mit der Membran 2
eine oder mehrere Isolierfolien zu verbinden.
Im Falle der Fig. 4 müssen nicht notwendigerweise die mit der
Flachspule 4 verbundenen Isolierfolien 5a und 5b einerseits
und die mit der Membran 2 verbundenen Isolierfolien 5c und 5d
andererseits jeweils aus dem gleichen Material bestehen. Es
kann vielmehr vorgesehen sein, daß die mit der Membran 2 ver
bundenen Isolierfolien und/oder die mit der Flachspule 4 ver
bundenen Isolierfolien jeweils aus unterschiedlichen Mate
rialien bestehen. Beispielsweise könnten die Isolierfolien 5a
und 5d aus Polyimid und die Isolierfolien 5b und 5c aus Poly
amid 6.6 bestehen.
Im Falle beider Ausführungsbeispiele sind sowohl die Membran 2
als auch die Auflagefläche 6 für die Flachspule 4 eben. Die
Erfindung kann jedoch auch bei solchen Druckimpulsquellen zur
Anwendung kommen, bei denen die Auflagefläche 6 und die Mem
bran 2 vorzugsweise um ein gemeinsames Krümmungszentrum bei
spielsweise sphärisch gekrümmt sind.
Es versteht sich, daß in den Figuren die Dicken der Membran 2,
des Drahtes der Flachspule 4, der Isolierfolien 5a bis 5d so
wie, soweit dargestellt, der Klebstoffschichten 14 und 15a bis
15d der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt sind. Ein
typischer Wert für die Drahtdicke der Flachspule ist bei
spielsweise 0,5 mm. Die Klebstoffschichten 14 und 15a bis 15d
weisen vorzugsweise die gleiche Dicke auf, die typischerweise
bei 0,05 mm liegt. Die Gesamtdicke der Isolierfolien 5a und 5b
bzw. 5a bis 5d liegt typischerweise in der Größenordnung von
0,2 mm.
Bei dem Draht der Flachspule 4 handelt es sich beispielsweise
um Kupfer-Lackdraht. Im Falle der beschriebenen Ausführungs
beispiele ist die Flachspule 4 aus einem Draht kreisförmigen
Querschnittes gewickelt. Es versteht sich, daß die Erfindung
auch im Zusammenhang mit Drähten abweichender Querschnitts
geometrie, beispielsweise Drähten quadratischen oder recht
eckigen Querschnittes, verwendbar ist. Übrigens kann vorge
sehen sein, daß die Spulenanordnung eine Flachspule 4 mit
mehreren Wicklungen aufweist, deren Windungen parallel zuein
ander verlaufen.
Zur Verbesserung der Heizwirkung kann vorgesehen sein, daß die
Preßform 16 in einem mit einem Deckel versehenen geschlossenen
Gehäuse aufgenommen ist, wobei der Deckel eine Führung für den
Preßstempel 18 bilden kann.
Claims (7)
1. Elektromagnetische akustische Druckimpulsquelle mit elek
trisch leitfähigen Membranmitteln (2) und einer elektrischen
Spulenanordnung (4), welche durch wenigstens eine Isolierfolie
(5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch isolierend voneinander getrennt
sind, wobei die der Spulenanordnung (4) benachbarte Isolier
folie (5a) durch eine Klebstoffschicht (15a) unmittelbar mit
den Windungen der Spulenanordnung (4) verklebt ist, und ge
gebenenfalls jede weitere mit der Spulenanordnung (4) ver
bundene Isolierfolie (5b) durch eine Klebstoffschicht (15b)
mit der von der Spulenanordnung (4) abgewandten Seite der
jeweils vorhergehenden mit der Spulenanordnung (4) verbundenen
Isolierfolie (5a) verklebt ist.
2. Druckimpulsquelle nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß wenigstens die der Spulenan
ordnung (4) benachbarte Isolierfolie (5a) und die diese mit
der Spulenanordnung (4) verklebende Klebstoffschicht (15a)
eine selbstklebende Isolierfolie bilden.
3. Druckimpulsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere mit der Spulenan
ordnung (4) verbundene Isolierfolien (5a, 5b) vorgesehen sind,
und daß die Dicke der die der Spulenanordnung (4) benachbarte
Isolierfolie (5a) mit der Spulenanordnung (4) verklebenden
Klebstoffschicht (15a) wenigstens ein Viertel der Summe der
Dicken aller zu mit der Spulenanordnung (4) verbundenen Iso
lierfolien (5a, 5b) gehörigen Klebstoffschichten (15a, 15b)
beträgt.
4. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß mehrere Iso
lierfolien (15a, 15b, 15c, 15d) vorgesehen sind, von denen die
den Membranmitteln (2) unmittelbar benachbarte Isolierfolie
(5c) durch eine Klebstoffschicht (15c) mit der der Spulenan
ordnung (4) zugewandten Seite der Membranmittel (2) verklebt
ist, und gegebenenfalls jede weitere mit den Membranmitteln
(2) verbundene Isolierfolie (5d) mit der von den Membranmit
teln (2) abgewandten Seite der jeweils vorhergehenden Isolier
folie (5c) mittels einer Klebstoffschicht (15d) verklebt ist.
5. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß als Material
für wenigstens eine der Isolierfolien (5a, 5b, 5c, 5d) ein
Material der Gruppe Polyimid, Polytetrafluoräthylen, Poly
esterterephtalat vorgesehen ist.
6. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß es sich wenig
stens bei einer der zu mit der Spulenanordnung (4) verbundenen
Isolierfolien (5a, 5b) gehörigen Klebstoffschichten (15a, 15b)
um einen Acrylatkleber, einen Phenolharzkleber oder einen
Epoxidharzkleber oder um eine Mischung von wenigstens zwei der
genannten Kleber handelt.
7. Druckimpulsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß mehrere Iso
lierfolien (5a, 5b, 5c, 5d) vorgesehen sind und daß die Summe
der Dicken der Isolierfolien (5a, 5b, 5c, 5d) die Dicke einer
einzigen aus dem gleichen Material bzw. dem Material derjeni
gen Isolierfolie, deren Material die geringste spezifische
Durchschlagsfestigkeit aufweist, gebildeten Isolierfolie der
gewünschten Durchschlagsfestigkeit nicht oder nicht wesentlich
übersteigt.
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DE19924201141 DE4201141C2 (de) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | Akustische Druckimpulsquelle mit elektrisch leitfähigen Membranmitteln |
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