EP0940801A2 - Ultraschallwandlereinrichtung mit Zentrier-Formteil - Google Patents

Ultraschallwandlereinrichtung mit Zentrier-Formteil Download PDF

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EP0940801A2 EP99103792A EP99103792A EP0940801A2 EP 0940801 A2 EP0940801 A2 EP 0940801A2 EP 99103792 A EP99103792 A EP 99103792A EP 99103792 A EP99103792 A EP 99103792A EP 0940801 A2 EP0940801 A2 EP 0940801A2
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    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • 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
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • B06B1/0644—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 a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/067—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 a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface which is used as, or combined with, an impedance matching layer

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic transducer device with a piezoceramic disc and a matching layer disc having ultrasonic transducer, the partial embedded in a housing using a polymer foam is.
  • a generic ultrasonic transducer device is from the DE 33 01 848 C2 and DE 37 34 070 C2 are already known. Here are driven or to embed the ultrasonic transducer syntactic foams used. Embedding the ultrasonic transducers has three main functions. It should have a precise and reliable mechanical Bracket of the ultrasonic transducer, a mechanical one Damping effect as well as a visually appealing and opposite Insensitive converter visible surface reached become. The mechanical damping effect takes place in the way that the transducer vibration to achieve high acoustic Sensitivity moderately and reproducibly dampened becomes.
  • the invention has for its object the above Improve ultrasonic transducer device in such a way that the ultrasound transducer is centered in a simple manner and at the same time a visually appealing, void-free viewing area is guaranteed.
  • the object is achieved in that the adapter layer disc centered on its peripheral surface by a foam molding is.
  • Foam molded parts are dimensionally accurate and inexpensive, for example by punching out of foam sheets to let.
  • the use of such prefabricated and thus pre-testable centering moldings on the converter face enables series production with very simple and inexpensive devices while minimizing of the committee due to optical defects on the visible surface.
  • Modern foams e.g. various cellular rubber materials, Are polyethylene or polyurethane foams mechanically robust and resistant to climatic and chemical influences.
  • An advantageous development of the invention consists in that the foam molding is designed as a ring on which the circumferential surface of the adapter layer disc rests. This is a very simple and stable in terms of shape Execution of the foam molding.
  • the foam molding is made of a closed-cell foam Structure is made. Otherwise it is not to be excluded that when potting the ultrasonic transducer small amounts of pourable foam mass in the cell structure penetrate and thereby harden what vibration damping very adversely affected.
  • the ultrasonic transducer 1 shows an ultrasonic transducer device with a Ultrasonic transducer, which is essentially a matching layer disc 1 and a piezoceramic disk 2.
  • the ultrasonic transducer 1, 2 here is formed by a centering ring 4 Centered foam molding that is flush with the Transducer visible surface and a cylindrical housing 3 completes.
  • the ultrasound transducer is in the interior of the housing 3 1,2 embedded in a foam 5 so that a positive and non-positive mechanical mounting of the ultrasonic transducer 1.2 in the housing 3 results.
  • the foam molding 4 ensures a flawless, void-free Visible area. Because of the sealing effect of the foam molding 4 can be potted with the foam 5 practically without any device effort can be carried out.
  • the further exemplary embodiment according to FIG. 2 shows a minor one Modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • This consists in the fact that another foam molded part 6 as an elastic spacer and sealing ring between the Front surface of the ultrasonic transducer 1,2 and here on the Front 3 inwardly projecting housing is inserted.
  • the foam molding 6 is largely covered by the protrusion of the housing 3, whereby a protective function against mechanical influences is.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Ultraschallwandlereinrichtung weist einen Ultraschallwandler aus einer Piezokeramikscheibe (2) und einer Anpaßschichtscheibe (1) auf, die zumindest teilweise in einem Gehäuse (3) mittels eines Polymer-Schaumstoffs (5) eingebettet sind. Die Anpaßschichtscheibe (1) ist an ihrer Umfangsfläche durch ein Schaumstoff-Formteil (4) zentriert, das sich kostengünstig vorfertigen läßt und zudem die frontseitige Sichtfläche der Ultraschallwandlereinrichtung optisch nicht beeinträchtigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einem eine Piezokeramikscheibe und eine Anpaßschichtscheibe aufweisenden Ultraschallwandler, der teilweise in einem Gehäuse mittels eines Polymer-Schaumstoffs eingebettet ist.
Eine gattungsgemäße Ultraschallwandlereinrichtung ist aus der DE 33 01 848 C2 und DE 37 34 070 C2 bereits bekannt. Hier werden zur Einbettung des Ultraschallwandlers getriebene oder syntaktische Schäume verwendet. Die Einbettung der Ultraschallwandler hat im wesentlichen drei Funktionen zu erfüllen. Es sollen eine positionsgenaue und zuverlässige mechanische Halterung des Ultraschallwandlers, eine mechanische Dämpfungswirkung sowie eine optisch ansprechende und gegenüber Umwelteinflüssen unempfindliche Wandlersichtfläche erreicht werden. Die mechanische Dämpfungswirkung erfolgt in der Weise, daß die Wandlerschwingung zur Erzielung hoher akustischer Empfindlichkeit mäßig und reproduzierbar gedämpft wird.
Bei der Fertigung solcher Ultraschallwandlereinrichtungen ist auf exaktes Positionieren und Zentrieren der Ultraschallwandler zu achten, was üblicherweise mit einem hohem Aufwand unter Anwendung mit speziellen Vorrichtungen verbunden ist. An der Sichtfläche der Ultraschallwandlereinrichtungen treten aufgrund des Schäumens häufig Lunker und Luftblasen auf, die aufwendig nachgebessert oder ausgemustert werden müssen.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die obengenannte Ultraschallwandlereinrichtung derart zu verbessern, daß der Ultraschallwandler auf einfache Weise zentriert ist und zugleich eine optisch ansprechende, lunkerfreie Sichtfläche gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird dadurch erreicht, daß die Anpaßschichtscheibe an ihrer Umfangsfläche durch ein Schaumstoff-Formteil zentriert ist. Es besteht hierbei der Vorteil, daß derartige Schaumstoff-Formteile sich maßgenau und kostengünstig, beispielsweise durch Ausstanzen aus Schaumstoffplatten, herstellen lassen. Der Einsatz derartiger vorgefertigter und damit vorprüfbarer Zentrier-Formteile an der Wandlersichtfläche ermöglicht eine Serienfertigung mit sehr einfachen und kostengünstigen Vorrichtungen bei gleichzeitiger Minimierung des Ausschusses aufgrund von optischen Fehlern an der Sichtfläche. Moderne Schaumstoffe, wie z.B. diverse Zellkautschuk-Werkstoffe, Polyethylen- oder Polyurethan-Schaumstoffe sind mechanisch robust und beständig gegenüber klimatischen und chemischen Einflüssen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Schaumstoff-Formteil als Ring ausgebildet ist, an dem die Umfangsfläche der Anpaßschichtscheibe anliegt. Dies ist eine bezüglich der Formgebung sehr einfache und dabei stabile Ausführung des Schaumstoff-Formteils.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schaumstoff-Formteil bündig mit der Abstrahlfläche der Anpaßschichtscheibe abschließt.
Um schädliche Einflüsse durch Feuchtigkeit oder ähnlichem von außen her zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schaumstoff-Formteil aus einem Schaumstoff mit geschlossenzelliger Struktur hergestellt ist. Andernfalls ist nicht auszuschließen, daß beim Verguß des Ultraschallwandlers kleine Mengen an gießbarer Schaummasse in die Zellstruktur eindringen und diese damit verhärten, was die Schwingungsdämpfung sehr nachteilig beeinflußt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1
eine Ultraschallwandlereinrichtung mit bündiger Sichtfläche und
FIG 2
eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einem elastischen Abstandshalter.
FIG 1 zeigt eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einem Ultraschallwandler, der im wesentlichen eine Anpaßschichtscheibe 1 und eine Piezokeramikscheibe 2 aufweist. Der Ultraschallwandler 1,2 ist hier durch ein als Zentrierring 4 ausgebildetes Schaumstoff-Formteil zentriert, das bündig mit der Wandlersichtfläche und einem zylindrischen Gehäuse 3 abschließt. Im Innenraum des Gehäuses 3 ist der Ultraschallwandler 1,2 in einem Schaumstoff 5 eingebettet, so daß sich eine form- und kraftschlüssige mechanische Halterung des Ultraschallwandlers 1,2 im Gehäuse 3 ergibt. Das Schaumstoff-Formteil 4 gewährleistet eine einwandfreie, lunkerfreie Sichtfläche. Wegen der Dichtungswirkung des Schaumstoff-Formteils 4 kann der Verguß mit dem Schaumstoff 5 praktisch ohne jeglichen Vorrichtungsaufwand durchgeführt werden.
Das weitere Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 zeigt eine geringfügige Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach FIG 1. Diese besteht darin, daß ein weiteres Schaumstoff-Formteil 6 als elastischer Abstandshalter und Dichtungsring zwischen der Frontfläche des Ultraschallwandlers 1,2 und dem hier auf der Frontseite nach innen überstehenden Gehäuse 3 eingesetzt ist. Bei dieser Ausführung ist das Schaumstoff-Formteil 6 weitgehend durch den Überstand des Gehäuses 3 abgedeckt, wodurch eine Schutzfunktion gegen mechanische Einwirkungen gegeben ist.

Claims (4)

  1. Ultraschallwandlereinrichtung mit einem eine Piezokeramikscheibe (2) und eine Anpaßschichtscheibe (1) aufweisenden Ultraschallwandler, der teilweise in einem Gehäuse (3) mittels eines Polymer-Schaumstoffs (5) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschichtscheibe (1) an ihrer Umfangsfläche durch ein Schaumstoff-Formteil (4) zentriert ist.
  2. Ultraschallwandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumstoff-Formteil als Ring (4) ausgebildet ist, an dem die Umfangsfläche der Anpaßschichtscheibe (1) anliegt.
  3. Ultraschallwandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumstoff-Formteil (4) bündig mit der Ultraschallwellen-Abstrahlfläche der Anpaßschichtscheibe (1) abschließt.
  4. Ultraschallwandlereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaumstoff-Formteil (4) aus einem Schaumstoff mit geschlossenzelliger Struktur hergestellt ist.
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