EP0090265B1 - Ultraschall-Applikator - Google Patents
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- EP0090265B1 EP0090265B1 EP83102611A EP83102611A EP0090265B1 EP 0090265 B1 EP0090265 B1 EP 0090265B1 EP 83102611 A EP83102611 A EP 83102611A EP 83102611 A EP83102611 A EP 83102611A EP 0090265 B1 EP0090265 B1 EP 0090265B1
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
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- B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
Definitions
- the invention relates to an ultrasound applicator according to the preamble of patent claim 1.
- transducer comprises a series of rod-shaped transducer elements arranged side by side.
- Each transducer element consists in the usual way of a base body made of piezo material, on the radiation surface of which a first electrode layer and on the opposite surface of which a second electrode layer is applied.
- the electrode layer of the counter surface is shorter than the entire rod length.
- the electrode layer of the radiation surface encompasses the head end of the respective piezo rod up to the free area of the counter surface, but without coming into contact with the shorter electrode layer on the counter surface.
- the overlapping parts of the electrode layers in the row arrangement of the transducer elements are carriers of a first comb of contact surfaces which serve to contact the radiation surfaces of the individual transducer elements, but which are directed in the opposite direction to the radiation direction.
- a second comb of contact plates, which contact the counter surfaces of the transducer elements, runs parallel to the first comb along the opposite row edges of the individual transducer elements. The contact plates are directed in the opposite direction to the radiation.
- DE-A-3 019 410 also discloses an ultrasound applicator in which the transducer elements on the transducer are finely divided, with a plurality of transducer elements being electrically combined into groups by individual contact plates, each with a contact plate comb.
- the transducer elements again consist of piezo rods, the radiation and counter surfaces of which are now continuously provided with an electrode layer.
- a total of two contact plate combs are assigned to the radiation surfaces of the transducer elements, one of which is attached on the side of the counter surfaces along the left edge of the transducer element arrangement and the other on the counter surfaces along the right edge of the transducer element arrangement.
- the contact plates of both contact plate combs are formed in the form of triangular contact tabs made of foil material.
- Each contact lug is slightly curved opposite to the direction of radiation from the transducer.
- a common rod-shaped return conductor runs along the middle of the radiation surfaces of the transducer elements. The basic principle of the fine division of transducer elements is described in more detail in US-A-4 305 014.
- the ultrasound applicators of the prior art dealt with above are specially designed for those transducers which comprise only a single row of transducer elements.
- a combination of several such single-row transducers to form a multiple-row transducer is hardly possible because of the special type of combing of a single row of transducer elements.
- the known comb contacts would interfere with each other.
- the object of the present invention is to design an ultrasound applicator of the type mentioned at the outset in such a way that a single-row transducer can be comfortably expanded to form a multiple-row transducer.
- the invention creates a single-row transducer, which is now designed with regard to the comb contact so that it can be easily expanded to a multi-row transducer. Because of the contact plate comb running centrally on the counter surfaces of the individual transducer elements, there are also optimal symmetry conditions. The load on the individual transducer elements does not have an asymmetrical effect and there are optimal forms of vibration for both the transmission and the reception case.
- the single-row transducer is specially designed as a single-line array.
- the single-line array consists of a plurality of transducer elements 1, z. B. 80 pieces, which are arranged in series one behind the other.
- Each transducer element consists of a rod-shaped body 2 made of piezo material, in particular piezoceramic, which on the radiation surface 3 and the counter surface 4 by z. B. evaporation or baking of z. B. Ag is metallized.
- the evaporated metal layers are designated 5.
- B. consist of Ag, Cu or Cu alloys.
- the earth connections are made by two metal foils 10 and 11, z. B. made of the same material as the contact tabs of the comb.
- the foils 10 and 11 are soldered along the left and right lower edge of the row of transducer elements 1 to the radiation surfaces 3 of the transducer elements. They are also slotted at the level of the converter element columns 9. However, the slots 12 do not extend to the outer edge of the film; they are only partially cut into the film.
- a carrier body 13 serves as a carrier for the converter elements 1 and the comb 6 made of contact foils 7.
- the comb 6 made of contact tabs 7 is embedded in the carrier body 13.
- the carrier body 13 consists of a material that dampens ultrasonic waves well.
- the carrier body can be made of epoxy resin with an inserted oxidized tungsten powder.
- the single-line array of FIG. 1 is completed with an adaptation body 14.
- This adaptation body consists, for. B. made of epoxy resin.
- the comb 6 consists first of all of a continuous strip of film material which, however, already has window cutouts 15 while the slots 8 have not yet been introduced.
- the cutouts 15 can be introduced into the film strip in such a way that the comb structure shown in FIG. 1 already results from the outset. However, the film strip may just as well be provided with self-contained windows.
- the still unslotted continuous ceramic plate is provided with the upwardly bent contact films 10 and 11 along the edges of the later radiation surfaces of the transducer elements.
- the contact foils 10 and 11 are also still unslotted at this time.
- the piezo plate with the applied carrier body 13 is sawn from the radiation surface 3 at such intervals that the dividing slots 9 result between the individual transducer elements.
- the interfaces are sawed deeper than the ceramic plate with the applied metallization is thick. Overall, the saw depth should be such that there are film slots 8 which electrically separate the individual contact tabs 7 of the comb 6 from one another.
- the slots in the contact foils 10 and 11 result from the same sawing process.
- Fig. 2 shows a three-line array, so z. B. is composed of three single-line arrays corresponding to FIG. 1.
- the three single-line arrays are labeled 20, 21 and 22.
- Each of the three arrays 20, 21 and 22 carries a film comb 23, 24, 25 along the centers of the counter surface of the transducer elements 1.
- the spacing gaps between the two outer arrays 20 and 22 from the inner array 21 are on the side of the radiation surfaces of the transducer elements 1 bridged with electrical contact strips 26 and 27.
- two opposite transducer elements from two adjacent arrays can always be assigned a single strip 26 or 27.
- contact strips 26 and 27 are preferably continuous strips that extend undivided along the gaps between two adjacent arrays. The contact strips can e.g. B.
- the carrier bodies of the individual arrays are designated 30, 31 and 32.
- the adaptation layer 33 is common to all three arrays if all three arrays are to have the same ultrasound frequency. However, several arrays with different frequencies can also be combined with one another, with each of these arrays then having to be assigned its own adaptation layer.
- FIG. 3 shows a finely divided single-line array 40.
- the finely divided array is basically constructed like the array of FIG. 1. So it includes again transducer elements 41 arranged in series one behind the other, which are provided with a film comb 43 along the centers of their counter surfaces 42. The outer edges of the radiation surfaces 44 of the transducer elements are again contacted with a film strip 45 and 46, respectively.
- the carrier body is designated 47 and the adaptation layer 48.
- the important difference to the array of FIG. 1 arises, however, in the fine division of the transducer elements 41.
- a plurality of the finely divided transducer elements ie in the present case, for example, five, electrically grouped together.
- the group is summarized with the aid of the film comb 43, which preferably consists in the manner shown in FIG. 3 of contact tabs 49 with recesses 50 in between.
- the depth of cut h of the cutouts 50 is less than the total height H of the contact comb 43.
- a strip part 51 with the height B thus remains on the film edge facing the counter surfaces of the transducer elements.
- Saw slits 52 and 53 protrude from below into this strip part 51.
- the saw slits 52 come from the fine sawing of the transducer elements. They only partially extend from below into the strip part 51.
- the saw slots 53 have a greater depth. They protrude over the strip part 51 into the free area of the cutouts 50 of the comb 43.
- the longer slots 53 divide the comb 43 again into individual, electrically separated contact tabs 49.
- the cutouts 50 like the cutouts of the comb of the array of FIG. 1, can have a purely rectangular shape. It is recommended, however, as shown in FIG. 3, to make the cutouts 50 less wide at their open upper end than in the area of the greatest incision depth.
- the recess which is wider in depth, allows large tolerance widths when sawing the ceramic. This considerably simplifies the sawing process and reduces the number of rejects.
- the transducer 4 shows an ultrasound applicator, the transducer of which is composed of a total of nine polygonal segments 61 to 69 to form an octagon.
- the polygonal segments 61 to 68 are quadrilaterals with the trapezoidal shape shown.
- the central polygon segment 69 is an octagon segment.
- Each of the segments again comprises a multiplicity of finely divided transducer elements 70, which are again contacted by combs 71 to 79 from contact foils 80 to form groups 81.
- the components 82 are carrier bodies made of z. B. epoxy resin with oxidized tungsten powder.
- Components 83 are matching layers for the transducer.
- the finely divided transducer elements 70 are again sawn from complete ceramic plates, which have the trapezoidal shape of the outer pieces 61 to 68 or the octagonal shape of the central piece 69.
- the sawing plan is shown in FIG. 5.
- FIG. 5 shows a top view of the transducer of FIG. 4, partially cut up to the transducer elements.
- the central octagon shows the fine division of the sawing columns 84 shown.
- the central octagon 69 is therefore sawn as a whole.
- the outer trapezoidal quadrilaterals 61 to 68 are finely divided parallel to the bottom and top of the trapezoid. The saw columns of this fine division are indicated at 85.
- FIG. 5 also shows the plan for group contacting of the transducer elements 70 along the centers of the counter surfaces of the respective transducer elements. Accordingly, the trapezoidal pieces 61 to 68 are each contacted by the contact combs 72 to 78.
- the central octagon 69 is contacted with a continuous contact foil strip 79. This continuous contact strip 79 is in line with the contact combs 74 and 78 of the trapezoidal support 64 and 68. This is because the fine division of the central Achtec. corresponds to the directions of the fine division of the trapezoidal pieces 64 and 68.
- the contact combs 71 to 79 are again the hot contacts for the converter elements.
- the earth contacts are formed in a simple manner by metal strips 87 to 93. These metal strips, which can be of the same material as the foil strips of the contact combs 71 to 79, run in the same direction on the radiation surfaces of the transducer elements as the contact combs on the counter surfaces. This is illustrated in FIG. 6, which shows an application-side view of the ultrasound head of FIG. 4, partly in section.
- the film strip 90 is continuous. It can of course also be separate, but must then have a contact bridge at the joints between the central octagon 69 and the adjacent trapezoid corners 64 and 68.
- FIG. 7 shows a perspective view and on an enlarged scale of a trapezoid quadrilateral released from the association of the transducer of FIG. 4.
- it is e.g. B. around the trapezoid square 61 with the comb 71 made of contact foils 80. All other trapezoidal quadrilaterals are built in the same way.
- Fig. 8 is again indicated in an enlargement how the foil comb can be soldered or welded onto the ceramic body by means of soldering edge 94.
- soldering or welding without an edge is also possible, as is indicated in FIG. 9 by soldering or welding seams 95.
- the cutouts in the foil comb can be cut into the soldering edge up to the soldering edge.
- FIG. 10 shows that a foil comb 96, the recesses 97 of which extend as far as the soldering edge 94.
- FIG. 11 shows a modification in that a damping body 98 can also be applied to the row of transducer elements in such a way that it also encompasses the edges thereof. With this arrangement, the unwanted edge radiation of ultrasonic energy is prevented.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Applikator gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein Ultraschall-Applikator dieser Art ist beispielsweise aus der US-A-3 952 387 vorbekannt. Hier umfaßt der Schallkopf eine Reihe von nebeneinander angeordneten stabförmigen Wandlerelementen. Jedes Wandlerelement besteht dabei in der üblichen Weise aus einem Grundkörper aus Piezomaterial, auf dessen Abstrahlfläche eine erste Elektrodenschicht und auf dessen Gegenfläche eine zweite Elektrodenschicht aufgebracht ist. Die Elektrodenschicht der Gegenfläche ist allerdings kürzer als die gesamte Stablänge. Dafür umgreift aber die Elektrodenschicht der Abstrahlfläche das Kopfende des jeweiligen Piezostabes bis in den freien Bereich der Gegenfläche, ohne jedoch mit der kürzeren Elektrodenschicht auf der Gegenfläche in Kontakt zu treten. Die jeweils übergreifenden Teile der Elektrodenschichten sind in der Reihenanordnung der Wandlerelemente Träger eines ersten Kammes von Kontaktflächen, die zwar zur Kontaktierung der Abstrahlflächen der einzelen Wandlerelemente dienen, die jedoch der Abstrahlrichtung entgegengesetzt gerichtet sind. Ein zweiter Kamm von Kontaktblechen, die die Gegenflächen der Wandlerelemente kontaktieren, verläuft parallel zum ersten Kamm entlang den gegenüberliegenden Reihenkanten der einzelnen Wandlerelemente. Die Kontaktbleche sind wiederum der Abstrahlrichtung entgegengerichtet.
- Durch die DE-A-3 019 410 ist außerdem noch ein Ultraschall-Applikator vorbekannt, bei dem die Wandlerelemente am Schallkopf feingeteilt sind, wobei immer mehrere Wandlerelemente durch einzelne Kontaktbleche je eines Kontaktblechkammes elektrisch zu Gruppen zusammengefaßt sind. Die Wandlerelemente bestehen wieder aus Piezostäben, deren Abstrahl- und Gegenflächen jetzt jedoch durchgehend mit je einer Elektrodenschicht versehen sind. Den Abstrahlflächen der Wandlerelemente sind insgesamt zwei Kontaktblechkämme zugeordnet, von denen der eine auf der Seite der Gegenflächen entlang der linken Kante der Wandlerelementanordnung und der andere auf den Gegenflächen entlang der rechten Kante der Wandlerelementanordnung angebracht ist. Die Kontaktbleche beider Kontaktblechkämme sind in Form von dreieckigen Kontaktfahnen aus Folienmaterial gebildet. Jede Kontaktfahne ist entgegengesetzt zur Abstrahlrichtung des Schallkopfes leicht gebogen. Entlang den Mitten der Abstrahlflächen der Wandlerelemente verläuft ein gemeinsamer stabförmiger Rückleiter. Das Grundprinzip der Feinteilung von Wandlerelementen ist an sich in der US-A-4 305 014 näher beschrieben.
- Die vorstehend abgehandelten Ultraschall-Applikatoren des Stande der Technik sind speziell für solche Schallköpfe ausgelegt, die nur eine einzige Reihe von Wandlerelementen umfassen. Eine Zusammenfassung mehrerer solcher Einzelreihen-Schallköpfe zu einem Mehrreihen-Schallkopf ist wegen der speziellen Art der Kamm-Kontaktierung einer einzigen Wandlerelementreihe kaum möglich. Die bekannten Kamm-Kontaktierungen würden sich gegenseitig stören.
- Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen Ultraschall-Applikator der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß sich ein Einzelreihen-Schallkopf bequem zu einem Mehrreihen-Schallkopf erweitern läßt.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Durch die Erfindung ist ein Einreihen-Schallkopf geschaffen, der hinsichtlich der Kamm-Kontaktierung jetzt so gestaltet ist, daß er sich problemlos zu einem Mehrreihen-Schallkopf erweitern läßt. Wegen des mittig auf den Gegenflächen der einzelnen Wandlerelemente verlaufenden Kontaktblech-Kammes ergeben sich außerdem optimale Symmetriebedingungen. Die Last an den einzelnen Wandlerelementen wirkt sich nicht unsymmetrisch aus und es ergeben sich sowohl für den Sende- als auch für den Empfangsfall optimale Schwingungsformen.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt
- Fig. 1 einen Ultraschall-Applikator gemäß der Erfindung mit einer ersten Ausführungsform eines Einreihen-Schallkopfes,
- Fig. einen Ultraschall-Applikator mit einem Mehrreihen-Schallkopf, der z. B. aus Einreihen-Schallköpfen gemäß Fig. 1 zusammengesetzt sein kann,
- Fig. einen Ultraschall-Applikator mit einer zweiten Ausführungsform für einen Einreihen-Schallkopf, der ebenfalls zu einem Mehrreihen-Schallkopf, z. B. nach Art der Fig. 2, zusammengesetzt werden kann,
- Fig. einen Ultraschall-Applikator, der aus Mehrecksegmenten zu einem Vieleck zusammengesetzt ist, wobei jedes Mehrecksegment eine eigene Reihe hintereinander angeordneter Wandlerelemente umfaßt,
- Fig. 5 die Kontaktierung der Gegenflächen der Wandlerelemente bei einem Ultraschall-Applikator gemäß Fig. 4,
- Fig. 6 die Kontaktierung der Abstrahlflächen der Wandlerelemente bei einem Ultraschall-Applikator gemäß Fig. 4,
- Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines äußeren Mehrecksegments, teilweise im Schnitt,
- Fig. 8 eine erste mögliche Art der Kontaktierung eines Kontaktblechkammes,
- Fig. 9 eine zweite mögliche Art der Kontaktierung eines Kontaktblechkammes,
- Fig. 10 eine Modifikation des Kontaktblech- kammes,
- Fig. 11 eine Modifikation der Art, in der ein Trägerkörper auf der Keramik aufgebracht ist.
- In der Fig. 1 ist der Einreihen-Schallkopf speziell als Einzeilen-Array ausgebildet. Das Einzeilen-Array besteht dabei aus einer Mehrzahl von Wandlerelementen 1, z. B. 80Stück, die in Reihe hintereinander angeordnet sind. Jedes Wandlerelement besteht aus einem stabförmigen Körper 2 aus Piezomaterial, insbesondere Piezokeramik, das auf der Abstrahlfläche 3 und der Gegenfläche 4 durch z. B. Aufdampfen oder Einbrennen von z. B. Ag metallisiert ist. Die aufgedampften Metallschichten sind mit 5 bezeichnet. Auf den Gegenflächen 4 der einzelnen Wandlerelemente 1 ist etwa entlang deren Mitten verlaufend ein Kamm 6 aus Kontaktfahnen 7 angeordnet, die z. B. aus Ag, Cu oder Cu-Legierungen bestehen. Die Kontaktfahnen 7 des Kammes 6, die durch Schlitze 8 in Höhe der Abstandsschlitze 9 der Wandlerelemente 1 voneinander getrennt sind, bilden die Heißanschlüsse für die Wandlerelemente. Die Erdanschlüsse werden durch zwei entgegengesetzt zur Abstrahlrichtung der Wandlerelemente nach oben gebogenen Metallfolien 10 und 11, z. B. aus demselben Material wie die Kontaktfahnen des Kammes, gebildet. Die Folien 10 und 11 sind entlang der linken und rechten unteren Kante der Reihe der Wandlerelemente 1 an den Abstrahlflächen 3 der Wandlerelemente angelötet. Sie sind in Höhe der Wandlerelementspalten 9 ebenfalls geschlitzt. Die Schlitze 12 reichen jedoch nicht bis zum äußeren Folienrand; sie sind nur teilweise in die Folie eingeschnitten.
- Als Träger für die Wandlerelemente 1 und den Kamm 6 aus Kontaktfolien 7 dient ein Trägerkörper 13. Der Kamm 6 aus Kontaktfahnen 7 ist im Trägerkörper 13 eingebettet. Der Trägerkörper 13 besteht aus einem Material, das Ultraschallwellen gut dämpft. Zum Beispiel kann der Trägerkörper aus Epoxydharz mit eingebrachtem oxidiertem Wolframpuder gefertigt sein. Applikationsseitig ist das Einzeilen-Array der Fig. 1 mit einem Anpassungskörper 14 abgeschlossen. Dieser Anpassungskörper besteht z. B. aus Epoxdharz.
- Das Einzeilen-Array der Fig. 1 wird vorzugsweise wie folgt hergestellt: Eine durchgehende Platte aus piezokeramischem Material, die ober-und unterseitig metallisch beschichtet ist und die die Außenabmessungen des herzustellenden Einzeilen-Arrays hat, wird auf jener Fläche, die später die Gegenflächen der einzelnen Wandlerelemente bilden soll, mit dem Kamm 6 aus Kontaktfolien 7 bestückt. Der Kamm 6 besteht dabei zuerst aus einem durchgehenden Streifen Folienmaterial, das jedoch bereits Fensteraussparungen 15 besitzt, während die Schlitze 8 noch nicht eingebracht sind. Die Aussparungen 15 können in den Folienstreifen so eingebracht sein, daß sich bereits von vornherein die in der Fig. 1 dargestellte Kammstruktur ergibt. Ebensogut kann jedoch der Folienstreifen zuerst mit in sich geschlossenen Fenstern versehen sein. Die in der Fig. 1 dargestellte Kammstruktur mit den oben offenen Aussparungen 15 erhält man dadurch, daß nach kompletter Montage des Einzeilen-Arrays der obere Rand des Streifens so weit abgeschnitten wird, daß sich oben offene Fensteraussparungen 15 ergeben. Zusätzlich zum Folienkamm 6 wird die noch ungeschlitzte durchgehende Keramikplatte entlang den Kanten der späteren Abstrahlflächen der Wandlerelemente mit den nach oben gebogenen Kontaktfolien 10 und 11 versehen. Die Kontaktfolien 10 und 11 sind zu diesem Zeitpunkt ebenfalls noch ungeschlitzt. Nach Montage des Folienkammes 6 und der Kontaktfolien 10 und 11 erfolgt die Auftragung des Trägerkörpers 13 z. B. durch Aufgießen des Trägermaterials. Anschließend an diesen Fertigungsschritt folgt die Wandlerelementaufteilung durch Sägen. Hierzu wird die Piezoplatte mit dem aufgebrachten Trägerkörper 13 von der Abstrahlfläche 3 her in solchen Abständen gesägt, daß sich die Teilungsschlitze 9 zwischen den einzelnen Wandlerelementen ergeben. Um gleichzeitig auch noch am Kamm 6 getrennte Kontaktfolien 7 erhalten zu können, wird an den Schnittstellen tiefer gesägt als die Keramikplatte mit aufgebrachter Metallisierung dick ist. Insgesamt soll die Sägetiefe so sein, daß sich Folienschlitze 8 ergeben, die die einzelnen Kontaktfahnen 7 des Kammes 6 elektrisch eindeutig voneinander trennen. Die Schlitze in den Kontaktfolien 10 und 11 resultieren aus demselben Sägevorgang.
- Die Fig. 2 zeigt ein Dreizeilen-Array, das also z. B. aus drei Einzeilen-Arrays entsprechend Fig. 1 zusammengesetzt ist. Die drei Einzeilen-Arrays sind mit 20, 21 und 22 bezeichnet. Jedes der drei Arrays 20, 21 und 22 trägt entlang den Mitten der Gegenfläche der Wandlerelemente 1 je einen Folienkamm 23, 24, 25. Die Abstandsspalten zwischen den beiden äußeren Arrays 20 und 22 zum inneren Array 21 sind auf der Seite der Abstrahlflächen der Wandlerelemente 1 mit elektrischen Kontaktstreifen 26 und 27 überbrückt. Dabei können jeweils immer zwei gegenüberliegenden Wandlerelementen von zwei benachbarten Arrays je ein einzelner Streifen 26 bzw. 27 zugeordnet sein. Vorzugsweise sind die Kontaktstreifen 26 und 27 jedoch durchgehende Streifen, die sich ungeteilt entlang den Spalten zwischen zwei benachbarten Arrays erstrecken. Die Kontaktstreifen können z. B. wieder aus Ag, Cu oder einer Cu-Legierung bestehen. Als äußere Erdanschlüsse dienen wieder Kontaktfolien 28 und 29. Die Trägerkörper der einzelnen Arrays sind mit 30, 31 und 32 bezeichnet. Die Anpassungsschicht 33 ist allen drei Arrays gemeinsam, wenn alle drei Arrays dieselbe Ultraschallfrequenz haben sollen. Ebensogut können aber auch mehrere Arrays mit unterschiedlichen Frequenzen miteinander kombiniert werden, wobei dann jedem dieser Arrays eine eigene Anpassungsschicht zugeordnet werden muß.
- Die Fig. 3 zeigt ein feingeteiltes Einzeilen-Array 40. Das feingeteilte Array ist im Prinzip wie das Array der Fig. 1 aufgebaut. Es umfaßt also wieder in Reihe hintereinander angeordnete Wandlerelemente 41, die entlang den Mitten ihrer Gegenflächen 42 mit einem Folienkamm 43 versehen sind. Die Außenkanten der Abstrahlflächen 44 der Wandlerelemente sind wieder mit je einem Folienstreifen 45 und 46 kontaktiert. Der Trägerkörper ist mit 47 und die Anpassungsschicht mit 48 bezeichnet. Der wichtige Unterschied zum Array der Fig. 1 ergibt sich jedoch in der Feinteilung der Wandlerelemente 41. Im Vergleich mit dem Array der Fig. 1 beträgt z. B. die Breite a der feingeteilten Wandlerelemente des Arrays der Fig. lediglich 1/5 der Breite eines Wandlerelementes beim Array der Fig. 1. Um jedoch die ursprüngliche Aktivitätsfläche wieder herstellen zu können, sind mehrere der feingeteilten Wandlerelemente, d. h. im vorliegenden Fall also beispielsweise fünf, elektrisch zu einer Gruppe zusammengefaßt. Die Gruppenzusamenfassung geschieht mit Hilfe des Folienkammes 43, der vorzugsweise in der in der Fig. 3 dargestellten Weise aus Kontaktfahnen 49 mit dazwischenliegenden Aussparungen 50 besteht. Die Einschnittiefe h der Aussparungen 50 ist geringer als die Gesamthöhe H des Kontaktkammes 43. Es verbleibt also an der den Gegenflächen der Wandlerelemente zugewandten Folienkante ein Streifenteil 51 mit der Höhe B. In dieses Streifenteil 51 ragen von unten Sägeschlitze 52 und 53. Die Sägeschlitze 52 stammen von der Feinzersägung der Wandlerelemente. Sie reichen nur teilweise von unten in das Streifenteil 51. Die Sägeschlitze 53 haben demgegenüber größere Tiefe. Sie ragen über das Streifenteil 51 bis in den freien Bereich der Aussparungen 50 des Kammes 43. Die längeren Schlitze 53 teilen den Kamm 43 wieder in einzelne, elektrisch voneinander getrennte Kontaktfahnen 49. Die Rasterbreite der Kontaktfahnen 49 entlang dem Kamm 43 beträgt R=A. Sie entspricht damit jeweils immer der Gruppenbreite A einer Gruppe von feingeteilten Wandlerelementen, die elektrisch zusammenkontaktiert werden soll. Die Aussparungen 50 können wie die Aussparungen des Kammes des Arrays der Fig. 1 reine Rechteckform aufweisen. Es empfiehlt sich jedoch, wie in der Fig. 3 dargestellt, die Aussparungen 50 an ihrem offenen oberen Ende weniger breit auszubilden als im Bereich der größten Einschnittiefe. Die in der Tiefe breitere Aussparung gestattet große Toleranzbreiten beim Sägen der Keramik. Der Sägevorgang wird dadurch erheblich vereinfacht und die Ausschußzahl sinkt.
- Die Fig. 4 zeigt einen Ultraschall-Applikator, dessen Schallkopf aus insgesamt neun Mehrecksegmenten 61 bis 69 zu einem Achteck zusammengesetzt ist. Die Mehrecksegmente 61 bis 68 sind dabei Vierecke mit der dargestellten Trapezform. Das zentrale Mehrecksegment 69 ist ein Achtecksegment. Jedes der Segmente umfaßt wieder eine Vielzahl von feingeteilten Wandlerelementen 70, die wieder durch Kämme 71 bis 79 aus Kontaktfolien 80 zu Gruppen 81 zusammenkontaktiert sind. Die Bauteile 82 sind wieder Trägerkörper aus z. B. Epoxydharz mit eingebrachtem oxidiertem Wolframpuder. Die Bauelemente 83 sind Anpassungsschichten für den Schallkopf.
- Die feingeteilten Wandlerelemente 70 werden wieder aus kompletten Keramikplatten gesägt, die die Trapezform der Außenstücke 61 bis 68 bzw. die Achteckform des Zentralstückes 69 haben. Der Sägeplan ist in der Fig. 5 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt eine teilweise bis zu den Wandlerelementen geschnittene Draufsicht auf den Schallkopf der Fig. 4. Demgemäß zeigt das zentrale Achteck die dargestellte Feinteilung der Sägespalten 84. Das zentrale Achteck 69 wird also als Ganzes gesägt. Die äußeren trapezförmigen Vierecke 61 bis 68 sind hingegen parallel zur Trapezunter- und Trapezoberseite feingeteilt. Die Sägespalten dieser Feinteilung sind mit 85 angedeutet. Sie laufen für sämtliche Trapezteile konzentrisch um das zentrale Achteck 69. Die Aufteilung in Gruppen 81 erfolgt bei diesen Trapezstücken in Gruppensägeschritten 86 nach einem Fresnel-Muster. Die Gruppenbreite nimmt also mit zunehmender Entfernung vom zentralen Achteck 69 ab. Die Abnahme erfolgt in dem Sinne, daß alle Gruppen 81 phasenhomogen sind. Damit ergibt sich eine gleichmäßige Ultraschallabstrahlung über die gesamte Applikationsfläche des Schallkopfes.
- Die Fig. 5 zeigt auch den Plan für die Gruppenkontaktierung der Wandlerelemente 70 entlang den Mitten der Gegenflächen der jeweiligen Wandlerelemente. Demgemäß sind also die Trapezstücke 61 bis 68 jeweils durch die Kontaktkämme 72 bis 78 kontaktiert. Das zentrale Achteck 69 ist mit einem durchgehenden Kontaktfolienstreifen 79 kontaktiert. Dieser durchgehende Kontaktstreifen 79 liegt in einer Linie mit den Kontaktkämmen 74 und 78 der Trapezstü- 64 und 68. Dies ergibt sich deshalb, weil die h-tung der Feinteilung des zentralen Achtec . mit den Richtungen der Feinteilung der Trapezstükke 64 und 68 übereinstimmt.
- Die Kontaktkämme 71 bis 79 sind wieder die Heißkontakte für die Wandlerelemente. Die Erdkontakte werden in einfacher Weise durch Metallstreifen 87 bis 93 gebildet. Diese Metallstreifen, die von demselben Material sein können wie die Folienstreifen der Kontaktkämme 71 bis 79, verlaufen auf den Abstrahlflächen der Wandlerelemente in derselben Richtung wie die Kontaktkämme auf den Gegenflächen. Dies ist in der Fig. 6 verdeutlicht, die eine applikationsseitige Ansicht des Ultraschallkopfes der Fig. 4 teilweise im Schnitt zeigt. Der Folienstreifen 90 ist durchgehend. Er kann selbstverständlich auch getrennt sein, muß jedoch dann an den Stoßstellen zwischen zentralem Achteck 69 und den benachbarten Trapezecken 64 und 68 eine Kontaktbrücke haben.
- Die Fig. 7 zeigt in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstab ein aus dem Verband des Schallkopfes der Fig. 4 gelöstes Trapezviereck. Im vorliegenden Fall handelt es sich z. B. um das Trapezviereck 61 mit dem Kamm 71 aus Kontaktfolien 80. Alle anderen Trapezvierecke sind auf dieselbe Art und Weise aufgebaut.
- In der Fig. 8 ist nochmals in Vergrößerung angedeutet, wie der Folienkamm mittels Lötkante 94 auf dem Keramikkörper angelötet oder auch angeschweißt werden kann. Ebensogut ist aber auch ein Anlöten oder Anschweißen ohne Kante möglich, wie dies in der Fig. 9 durch Löt- oder Schweißnähte 95 angedeutet ist. Bei Anlöten oder Anschweißen des Folienkammes mittels Lötkante 94 können beim Lötkamm die Aussparungen zwischen den Folienfahnen bis an die Lötkante eingeschnitten sein. Diese Möglichkeit ist in der Fig. 10 mit einem Folienkamm 96, dessen Aussparungen 97 bis zur Lötkante 94 reichen, angedeutet.
- Die Fig. 11 zeigt schließlich eine Modifikation dahingehend, daß ein Dämpfungskörper 98 auf der Reihe der Wandlerelemente auch so aufgebracht werden kann, daß er deren Ränder mitumfaßt. Bei dieser Anordnung wird die unerwünschte randseitige Abstrahlung von Ultraschallenergie verhindert.
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