EP1283516B1 - Ultraschallwandler mit einer zur Schwingung anregbaren Membran und mit einem auf der Membranfläche angeordneten Piezoschwinger - Google Patents

Ultraschallwandler mit einer zur Schwingung anregbaren Membran und mit einem auf der Membranfläche angeordneten Piezoschwinger Download PDF

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EP1283516B1
EP1283516B1 EP02013779.0A EP02013779A EP1283516B1 EP 1283516 B1 EP1283516 B1 EP 1283516B1 EP 02013779 A EP02013779 A EP 02013779A EP 1283516 B1 EP1283516 B1 EP 1283516B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane surface
ultrasonic transducer
constrictions
membrane
piezo
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP02013779.0A
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English (en)
French (fr)
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EP1283516A2 (de
EP1283516A3 (de
Inventor
Heinrich Dr. Gotzig
Dietmar Grüdl
Oliver Kukawka
Thomas Jung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Publication of EP1283516A3 publication Critical patent/EP1283516A3/de
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means
    • G10K9/125—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means with a plurality of active elements
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic transducer with a vibration-excitable membrane which comprises a thin and elongated membrane surface and having at least one arranged on the membrane surface piezoelectric oscillator. Due to the elongated geometry of the membrane surface, such ultrasonic transducers have a radiation characteristic which has a smaller emission angle in one direction, in particular in the horizontal direction, a larger emission angle and in another direction, in particular in the vertical direction.
  • the membrane in this case has different thicknesses, wherein the thinner membrane surface is formed approximately rectangular.
  • Such an ultrasonic transducer has a different radiation angle in the rectangular longitudinal direction than in the rectangular transverse direction.
  • a disadvantage of such an ultrasonic transducer is that the vibration characteristic is composed of a plurality of ultrasonic lobes.
  • the FIG. 1a of said document shows that the radiation characteristic in the ranges of 0 ° and +/- 60 ° pronounced ultrasonic lobes and that in the range of +/- 25 ° detection gaps forming Einsattelonne between the ultrasonic lobes are present. Areas to be detected by the ultrasonic sensor, which lie in the Einsattelonne are only very weak or not illuminated; Obstacles in this area are not or hardly recognized.
  • the present invention is therefore based on the object to develop an ultrasonic sensor having a radiation characteristic, which has no unwanted Einsattelieux. Nevertheless, the ultrasonic sensor should have a larger emission angle in one direction, namely in the horizontal, than in the vertical direction.
  • the membrane surface has at least one constriction on its longitudinal sides. It is further provided that the membrane surface is composed of at least two circular membrane surface portions, which are in the area between the opposite Constrictions constrict.
  • the constrictions can cause the membrane surface to be selectively excited to vibrate in such a way that it has a radiation characteristic which has no unwanted indentations. Due to the constrictions is rather achieved that the membrane surface along the longitudinal axis oscillates with substantially the same amplitude. Such a radiation characteristic leads to detection areas without undesired detection gaps.
  • the thinly formed membrane surface is bounded by oscillation-inhibiting means.
  • Such an obstruction increases the uniformity of the vibration of the membrane surface. It contributes to a more uniform emission characteristic.
  • the membrane limiting housing may be provided.
  • additional media such as vibration-absorbing potting compound or the like. Be provided.
  • a particularly advantageous radiation characteristic results when the constriction or constrictions on one longitudinal side to the constriction or the constrictions on the other longitudinal side is or are formed mirror-symmetrically.
  • the mirror axis runs along the longitudinal axis and / or the transverse axis of the membrane surface. Due to the symmetrical design, a very uniform and thus advantageous oscillation of the membrane surface can be realized.
  • a particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that the membrane surface in the areas between two adjacent constrictions has a substantially round contour. If only two opposite constrictions are provided, then the round contour extends from a constriction over the end face region of the membrane surface to the other constriction.
  • a particularly advantageous vibration characteristic of the membrane surface is obtained when the round contour is a circular contour.
  • a respective piezoelectric oscillator is arranged centrally in the respective section of the membrane surface which is bounded by the front side region of the membrane surface and by the two adjacent constrictions adjacent to this end side region.
  • the membrane surface can be particularly easily excited to vibrate in this area.
  • a piezo oscillator may be arranged centrally in the respective section of the membrane surface, each of which has two adjacent ones and one thereof bounded opposite constrictions. Such an arrangement of the piezoelectric vibrator also contributes to a uniform emission characteristic without unwanted indentations.
  • a piezoelectric oscillator it is likewise conceivable for a piezoelectric oscillator to be arranged centrally between two oppositely located indentations. If a plurality of adjacent constrictions opposite the adjacent constrictions are provided, then a plurality of piezoelectric oscillators may also be provided between the respective opposite constrictions. If only two opposing constrictions are provided on each longitudinal side, then only one piezoelectric oscillator is sufficient to excite the membrane surface due to the described arrangement.
  • the ultrasonic transducer can have a pot-shaped housing whose pot bottom is designed as a membrane surface.
  • the membrane surface is advantageously bounded by the walls of the cup-shaped housing.
  • the walls in this case form the oscillation-suppressing means which surround the membrane surface.
  • the membrane or the membrane surface and the housing may also be integrally formed.
  • the membrane surface can be produced by means of face milling or extruding, whereby circular, contiguous, overlapping or noncontacting round, and in particular circular, cylinder shapes are formed from the housing.
  • Such an ultrasonic transducer can be realized particularly inexpensively.
  • a piezo oscillator is advantageously arranged on the membrane surface in the region of the central longitudinal axis of the cylinder shapes.
  • the FIG. 1 shows an ultrasonic transducer 10, which has a pot-shaped housing 12, the bottom of the pot is formed as a membrane surface 14.
  • the longitudinal axis of the membrane surface 14 is identified by the reference numeral 18. It runs vertically in the installed state of the ultrasonic transducer contrary to the illustration shown.
  • the membrane surface has on its longitudinal sides in each case a constriction 20 and 22.
  • the constrictions 20 and 22 are in the middle region the respective longitudinal side of the membrane surface 14 is arranged.
  • the constrictions 20 and 22 along the longitudinal axis 18 are arranged mirror-symmetrically to each other.
  • the membrane surface 14 is composed of two circular membrane surface portions 14.1 and 14.2, which overlap in the region between the two constrictions 20 and 22.
  • the membrane surface 14 is thus bordered by two circular contours which each extend from a constriction 20 via the end face regions 24 and 26 to the other constriction 22.
  • the constrictions 20, 22 are realized by a respective contour tapered in the direction of the longitudinal axis 18 and formed by two intersecting circular lines.
  • the membrane surface 14 is preferably produced by means of end milling or extruding, which form from the housing 12 two overlapping cylindrical shapes 34 each having a circular contour.
  • a piezoelectric vibrator 28 is disposed on the inside of the membrane surface 14. Due to such an arrangement can be achieved that the membrane surface 14 along its longitudinal axis 18 can be excited to oscillate largely uniform. The amplitude in the area of the centers of the two circle contours is almost the same as in the membrane center, in which the piezoelectric oscillator 28 is arranged.
  • the surrounding the membrane surface 14 walls 16 of the housing 12 act vibration suppressing and thus contribute to a uniform radiation characteristics.
  • FIG. 11 shows the emission characteristic of the ultrasonic transducer 10 in the longitudinal and transverse directions of the membrane surface 14.
  • the emission characteristic in the longitudinal direction is designated by the reference numeral 37.
  • the one in the transverse direction bears the reference number 30.
  • FIG. 11 It is clear that in the longitudinal as well as in the transverse direction is radiated in each case with a main lobe, without the emission lobes have Einsattelept, which limit the detection range of the ultrasonic transducer 10. Further is FIG. 11 It can be seen that the radiation angle in the transverse direction or in the horizontal direction (characteristic curve 30) is greater than that in the longitudinal direction or vertical direction (characteristic curve 32).
  • the ultrasonic transducer 10 results in a very uniform and steady course of the radiation characteristics shown 30 and 32.
  • the respective radiation angle in degrees from -90 ° to + 90 ° is specified.
  • the ordinate represents the sound level in dB qualitatively.
  • FIGS. 3 and 4 shown ultrasonic transducer 40 differs from the ultrasonic transducer according to FIGS. 1 and 2 merely in that, instead of a piezoelectric vibrator, two piezoelectric vibrators 42 are provided which are respectively arranged in the center points of the circular subsections 14.1 and 14.2 of the membrane surface 14.
  • FIGS. 5 and 6 show a further, but not according to the invention ultrasonic transducer 50 in which the two constrictions 20 and 22 touch.
  • the two constrictions 20 and 22 thus divide the membrane surface 14 into two separate membrane surface portions 14.1 and 14.2.
  • the two membrane surface portions 14.1 and 14.2 each have a circular contour, in the center of which a piezoelectric vibrator 42 is arranged.
  • the two membrane surface portions 14.1. and 14.2 produced by extrusion or face milling, which form of the housing 12 has two non-contacting, juxtaposed cylindrical shapes 52 such.
  • a further inventive ultrasonic transducer 60 which has a membrane surface 14, along its two longitudinal sides two opposite constrictions 20 and 22 and 62 and 64th having.
  • the membrane surface 14 has between two adjacent constrictions 20, 22, 64, 62 each have a circular contour.
  • a piezoelectric vibrator 42 is arranged centrally in the respective section of the membrane surface, which is surrounded by the respective circular contour.
  • the Indian FIG. 8 illustrated ultrasonic transducer 70 has a membrane surface 14, which is identical to the membrane surface 14 of the ultrasonic transducer 60.
  • only two piezoelectric vibrators 28 are provided, which are arranged between each two opposite constrictions 20, 22 and 62, 64.
  • the ultrasonic transducers 60 and 70 provide three recessed cylindrical shapes 66 disposed along the longitudinal axis of the respective membrane surface 14.
  • FIG. 9 shows another ultrasonic transducer 80 also not according to the invention, the membrane surface 14 has a contour which is formed by two overlapping, elliptical lines.
  • a piezoelectric vibrator 28 between the two constrictions 20 and 22 are arranged be.
  • a piezoelectric vibrator 42 is arranged centrally in the membrane sections formed by the elliptical lines.
  • the piezoelectric vibrators 42 are in FIG. 9 shown in dashed lines.
  • the membrane surface 14 of in FIG. 10 illustrated ultrasonic transducer 90 has a rectangular shape, which provides rounded corners. On the two long sides are formed constrictions 20 and 22 available. Between the two constrictions 20 and 22, a piezoelectric vibrator 28 is arranged. Alternatively conceivable is an arrangement of two piezoelectric vibrators 42, which in the FIG. 10 are shown in dashed lines.
  • the ultrasonic transducers 10, 40, 60, 70 and 80 shown in the figures have in common that they one of the FIG. 11 have corresponding emission characteristics.
  • the two ultrasonic transducers 60 and 70 are characterized in that the radiation angle in the horizontal direction or in the transverse direction of the membrane surface 14 is greater than that of the ultrasonic transducers 10, 40 and 50. All ultrasonic transducers have in common that the emitted ultrasonic lobes no significant Einsattelisme have, which restrict the detection range in an undesirable manner.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit einer zur Schwingung anregbaren Membran, die eine dünn ausgebildete und längliche Membranfläche umfasst und mit wenigstens einem auf der Membranfläche angeordneten Piezoschwinger. Aufgrund der länglichen Geometrie der Membranfläche weisen derartige Ultraschallwandler eine Abstrahlcharakteristik auf, die in eine Richtung, insbesondere in die horizontale Richtung, einen größeren Abstrahlwinkel und in eine andere Richtung, insbesondere in vertikale Richtung, einen kleineren Abstrahlwinkel hat.
  • Aus der DE 41 20 681 A1 sind derartige Ultraschallwandler bekannt geworden. Die Membran weist hierbei verschiedene Dicken auf, wobei die dünnere Membranfläche etwa rechteckförmig ausgebildet ist. Ein derartiger Ultraschallwandler weist in Rechtecklängsrichtung einen anderen Abstrahlwinkel als in Rechteckquerrichtung auf. Nachteilig an einem solchen Ultraschallwandler ist, dass die Schwingungscharakteristik sich aus mehreren Ultraschallkeulen zusammensetzt. Die Figur 1a des genannten Dokuments zeigt, dass die Abstrahlcharakteristik in den Bereichen von 0° und +/- 60° ausgeprägte Ultraschallkeulen aufweist und dass im Bereich von +/- 25° Detektionslücken bildende Einsattelungen zwischen den Ultraschallkeulen vorhanden sind. Von dem Ultraschallsensor zu erfassende Bereiche, die in den Einsattelungen liegen, werden nur sehr schwach bzw. nicht angestrahlt; Hindernisse in diesem Bereich werden nicht oder nur schwer erkannt.
  • Aus der DE 37 21 209 A1 , der DE 195 07 650 A1 , der US 5 834 844 A und der DE 196 14 885 C1 sind weitere, verschiedenartige Ultraschallsensoren bekannt geworden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor zu entwickeln, der eine Abstrahlcharakteristik aufweist, die keine unerwünschten Einsattelungen besitzt. Der Ultraschallsensor soll dennoch in der einen Richtung, nämlich in der horizontalen, einen größeren Abstrahlwinkel besitzen als in der vertikalen Richtung.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschallwandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist also vorgesehen, dass die Membranfläche an ihren Längsseiten jeweils wenigstens eine Einschnürung aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass sich die Membranfläche aus wenigstens zwei kreisrunden Membranflächenabschnitten zusammensetzt, die sich im Bereich zwischen den einander gegenüberliegenden Einschnürungen überschneiden. Durch die Einschnürungen kann bewirkt werden, dass die Membranfläche gezielt derart zum Schwingen angeregt werden kann, dass sie eine Abstrahlcharakteristik besitzt, die keine unerwünschten Einsattelungen aufweist. Durch die Einschnürungen wird vielmehr erreicht, dass die Membranfläche entlang der Längsachse mit weitgehend gleicher Amplitude schwingt. Eine derartige Abstrahlcharakteristik führt zu Detektionsbereichen ohne unerwünschte Detektionslücken.
  • Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die dünn ausgebildete Membranfläche von schwingungsunterbindenden Mitteln umgrenzt ist. Eine derartige Unterbindung erhöht die Gleichmäßigkeit der Schwingung der Membranfläche. Sie trägt zu einer gleichmäßigeren Abstrahlcharakteristik bei. Als schwingungsdämpfendes Mittel kann das die Membran begrenzende Gehäuse vorgesehen sein. Ferner können zusätzliche Medien, wie schwingungsabsorbierende Vergussmasse oder dergl. vorgesehen werden.
  • Eine besonders vorteilhafte Abstrahlcharakteristik ergibt sich dann, wenn die Einschnürung bzw. Einschnürungen an der einen Längsseite zu der Einschnürung bzw. den Einschnürungen an der anderen Längsseite spiegelsymmetrisch ausgebildet ist bzw. ausgebildet sind.
  • Vorteilhafterweise verläuft die Spiegelachse entlang der Längsachse und/oder der Querachse der Membranfläche. Aufgrund der symmetrischen Ausbildung kann ein sehr gleichmäßiges und damit vorteilhaftes Schwingen der Membranfläche realisiert werden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Membranfläche in den Bereichen zwischen zwei benachbarten Einschnürungen eine weitgehend runde Kontur aufweist. Sind lediglich zwei sich gegenüberliegende Einschnürungen vorgesehen, so erstreckt sich die runde Kontur von einer Einschnürung über den Stirnseitenbereich der Membranfläche zu der anderen Einschnürung.
  • Eine besonders vorteilhafte Schwingungscharakteristik der Membranfläche ergibt sich dann, wenn die runde Kontur eine Kreiskontur ist.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass je ein Piezoschwinger mittig in dem jeweiligen Abschnitt der Membranfläche angeordnet ist, der von dem Stirnseitenbereich der Membranfläche und von den zwei diesem Stirnseitenbereich benachbarten angeordneten, sich gegenüberliegenden Einschnürungen umgrenzt wird. Die Membranfläche kann in diesem Bereich besonders leicht zu Schwingungen angeregt werden.
  • Sind an jeder Längsseite der Membranfläche mehrere Einschnürungen vorhanden, so kann je ein Piezoschwinger in dem jeweiligen Abschnitt der Membranfläche mittig angeordnet sein, der von je zwei benachbarten und deren gegenüberliegenden Einschnürungen umgrenzt wird. Auch eine derartige Anordnung des Piezoschwingers trägt zu einer gleichmäßigen Abstrahlcharakteristik ohne unerwünschte Einsattelungen bei.
  • Erfindungsgemäß ist ebenfalls denkbar, dass ein Piezoschwinger mittig zwischen zwei sich gegenüberliegenden Einschürungen angeordnet ist. Sind mehrere benachbarte und den benachbarten Einschnürungen gegenüberliegende Einschnürungen vorgesehen, so können auch mehrere Piezoschwinger zwischen den jeweils gegenüberliegenden Einschnürungen vorgesehen sein. Sind insgesamt lediglich zwei gegenüberliegende Einschnürungen, an jeder Längsseite eine, vorgesehen, so genügt aufgrund der beschriebenen Anordnung lediglich ein Piezoschwinger zur Anregung der Membranfläche.
  • Vorteilhafterweise kann der Ultraschallwandler ein topfförmiges Gehäuse aufweisen, dessen Topfboden als Membranfläche ausgebildet ist. Die Membranfläche wird hierbei vorteilhafterweise von den Wänden des topfförmigen Gehäuses umgrenzt. Vorteilhafterweise bilden die Wände hierbei die schwingungsunterbindenden Mittel, die die Membranfläche umgrenzen. Die Membran bzw. die Membranfläche und das Gehäuse können zudem einstückig ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise kann die Membranfläche mittels Stirnfräsern oder Fließpressen hergestellt sein, wobei aus dem Gehäuse kreisrunde, aneinander angrenzende, überlappende oder sich nicht berührende runde, und insbesondere kreisrunde, Zylinderformen ausgeformt sind. Ein derartiger Ultraschallwandler lässt sich besonders kostengünstig realisieren.
  • Bei einem derartigen Ultraschallwandler ist vorteilhafterweise je ein Piezoschwinger auf der Membranfläche im Bereich der Mittellängsachse der Zylinderformen angeordnet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 und 2
    eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers in verschiedenen Ansichten;
    Figur 3 und 4
    eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers in verschiedenen Ansichten;
    Figur 5 und 6
    eine dritte Ausführungsform eines Ultraschallwandlers in verschiedenen Ansichten (nicht erfindungsgemäß);
    Figur 7 bis 10
    vier weitere erfindungsgemäße Ultraschallwandler; und (Figuren 9 und 10: nicht erfindungsgemäß)
    Figur 11
    die Abstrahlcharakteristik der erfindungsgemäßen Ultraschallwandler.
  • Die Figur 1 zeigt einen Ultraschallwandler 10, der ein topfförmiges Gehäuse 12 aufweist, dessen Topfboden als Membranfläche 14 ausgebildet ist. Die Membranfläche 14, die von Wänden 16 des Gehäuses 12 umgrenzt ist, ist in montiertem Zustand in vertikaler Richtung länglich ausgebildet. Die Längsachse der Membranfläche 14 ist mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Sie verläuft im eingebauten Zustand des Ultraschallwandlers entgegen der dargestellten Abbildung vertikal. Die Membranfläche weist an ihren Längsseiten jeweils eine Einschnürung 20 und 22 auf. Die Einschnürungen 20 und 22 sind im mittleren Bereich der jeweiligen Längsseite der Membranfläche 14 angeordnet. Außerdem sind die Einschnürungen 20 und 22 entlang der Längsachse 18 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Membranfläche 14 setzt sich aus zwei kreisrunden Membranflächenabschnitten 14.1 und 14.2 zusammen, die sich im Bereich zwischen den beiden Einschnürungen 20 und 22 überschneiden. Die Membranfläche 14 wird also von zwei Kreiskonturen eingefasst, die sich jeweils von einer Einschnürung 20 über die Stirnseitenbereiche 24 und 26 zu der anderen Einschnürung 22 erstrecken. Die Einschnürungen 20, 22 werden demnach von je einer in Richtung Längsachse 18 spitz zulaufenden, von zwei sich schneidenden Kreislinien gebildeten Kontur realisiert.
  • Die Membranfläche 14 ist vorzugsweise mittels Stirnfräsern oder Fließpressen hergestellt, die aus dem Gehäuse 12 zwei sich überlappende Zylinderformen 34 mit je einer Kreiskontur ausformen.
  • Zwischen den beiden Einschnürungen 20 und 22 ist ein Piezoschwinger 28 auf der Innenseite der Membranfläche 14 angeordnet. Aufgrund einer derartigen Anordnung kann erreicht werden, dass die Membranfläche 14 entlang ihrer Längsachse 18 weitgehend gleichmäßig zum Schwingen angeregt werden kann. Dabei ist die Amplitude im Bereich der Mittelpunkte der beiden Kreiskonturen fast genauso groß wie im Membranmittelpunkt, in dem der Piezoschwinger 28 angeordnet ist.
  • Die die Membranfläche 14 umgebenden Wände 16 des Gehäuses 12 wirken schwingungsunterbindend und tragen somit zu einer gleichmäßigen Abstrahlcharakteristik bei.
  • Figur 11 zeigt die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallwandlers 10 in Längs- und Querrichtung der Membranfläche 14. Die Abstrahlcharakteristik in Längsrichtung ist mit der Bezugszahl 37 gekennzeichnet. Die in Querrichtung trägt die Bezugszahl 30. Aus Figur 11 wird deutlich, dass in Längs- als auch in Querrichtung jeweils mit einer Hauptkeule abgestrahlt wird, ohne dass die Abstrahlkeulen Einsattelungen aufweisen, die den Detektionsbereich des Ultraschallwandlers 10 einschränken. Ferner ist Figur 11 zu entnehmen, dass der Abstrahlwinkel in Querrichtung bzw. in horizontaler Richtung (Kennlinie 30) größer ist als der in Längsrichtung bzw. vertikaler Richtung (Kennlinie 32). Aufgrund der erfindungsgemäßen Geometrie des Ultraschallwandlers 10 ergibt sich ein sehr gleichmäßiger und stetiger Verlauf der dargestellten Abstrahlcharakteristika 30 und 32. Auf der Abszisse ist der jeweilige Abstrahlwinkel in Grad von -90° bis +90° angegeben. Die Ordinate gibt den Schallpegel in dB qualitativ wieder.
  • Der in Figur 3 und 4 gezeigte Ultraschallwandler 40 unterscheidet sich von dem Ultraschallwandler gemäß Figur 1 und 2 lediglich dadurch, dass anstelle eines Piezoschwingers zwei Piezoschwinger 42 vorgesehen sind, die jeweils in den Mittelpunkten der kreisrunden Teilabschnitte 14.1 und 14.2 der Membranfläche 14 angeordnet sind.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen einen weiteren, allerdings nicht erfindungsgemäßen Ultraschallwandler 50, bei dem sich die beiden Einschnürungen 20 und 22 berühren. Die beiden Einschnürungen 20 und 22 teilen demnach die Membranfläche 14 in zwei voneinander getrennte Membranflächenabschnitte 14.1 und 14.2. Die beiden Membranflächenabschnitte 14.1 und 14.2 weisen jeweils eine kreisrunde Kontur auf, in deren Mittelpunkt jeweils ein Piezoschwinger 42 angeordnet ist. Bei einem derartigen Ultraschallwandler 40 werden die beiden Membranflächenabschnitte 14.1. und 14.2 mittels Fließpressen oder Stirnfräsern hergestellt, die aus dem Gehäuse 12 zwei sich nicht berührende, nebeneinander angeordnete Zylinderformen 52 derart ausformen.
  • In der Figur 7 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Ultraschallwandler 60 dargestellt, der eine Membranfläche 14 aufweist, die entlang ihren beiden Längsseiten je zwei gegenüberliegende Einschnürungen 20 und 22 sowie 62 und 64 aufweist. Die Membranfläche 14 weist zwischen zwei benachbarten Einschnürungen 20, 22, 64, 62 jeweils eine kreisrunde Kontur auf. Ferner ist jeweils ein Piezoschwinger 42 mittig in dem jeweiligen Abschnitt der Membranfläche angeordnet, der von der jeweiligen kreisrunden Kontur umgeben ist.
  • Der in der Figur 8 dargestellte Ultraschallwandler 70 weist eine Membranfläche 14 auf, die der Membranfläche 14 des Ultraschallwandlers 60 identisch ist. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 sind allerdings nur zwei Piezoschwinger 28 vorgesehen, die zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Einschnürungen 20, 22 und 62, 64 angeordnet sind.
  • Anstelle von zwei ausgesparten Zylinderformen 34 in dem Gehäuse 12 sehen die Ultraschallwandler 60 und 70 drei ausgesparte Zylinderformen 66 vor, die entlang der Längsachse der jeweiligen Membranfläche 14 angeordnet sind.
  • Die Figur 9 zeigt einen weiteren ebenfalls nicht erfindungsgemäßen Ultraschallwandler 80, dessen Membranfläche 14 eine Kontur aufweist, die von zwei sich überlappenden, ellipsenförmigen Linien gebildet wird. Dabei kann ein Piezoschwinger 28 zwischen den beiden Einschnürungen 20 und 22 angeordnet sein. Alternativ dazu ist denkbar, dass mittig in den von den ellipsenförmigen Linien gebildeten Membranabschnitten jeweils ein Piezoschwinger 42 angeordnet ist. Die Piezoschwinger 42 sind in Figur 9 gestrichelt dargestellt.
  • Die Membranfläche 14 des in Figur 10 dargestellten nicht erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers 90 weist eine rechteckige Form auf, die abgerundete Ecken vorsieht. An den beiden Längsseiten sind rund ausgebildete Einschnürungen 20 und 22 vorhanden. Zwischen den beiden Einschnürungen 20 und 22 ist ein Piezoschwinger 28 angeordnet. Alternativ dazu denkbar ist eine Anordnung von zwei Piezoschwingern 42, die in der Figur 10 gestrichelt dargestellt sind.
  • Die in den Figuren dargestellten Ultraschallwandler 10, 40, 60, 70 und 80 haben gemeinsam, dass sie eine der Figur 11 entsprechende Abstrahlcharakteristik aufweisen. Die beiden Ultraschallwandler 60 und 70, zeichnen sich allerdings dadurch aus, dass der Abstrahlwinkel in horizontaler Richtung bzw. in Querrichtung der Membranfläche 14 größer ist als derjenige der Ultraschallwandler 10, 40 und 50. Alle Ultraschallwandler haben gemeinsam, dass die ausgestrahlten Ultraschallkeulen keine nennenswerten Einsattelungen aufweisen, die den Detektionsbereich in unerwünschter Weise einschränken.
  • Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (15)

  1. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) mit einer zur Schwingung anregbaren Membran, die eine dünn ausgebildete und längliche Membranfläche (14) umfasst, und mit wenigstens einem auf der Membranfläche angeordneten Piezoschwinger (28, 42), wobei die Membranfläche (14) an ihren Längsseiten jeweils wenigstens eine Einschnürung (20, 22, 62, 64) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Membranfläche (14) aus wenigstens zwei kreisrunden Membranflächenabschnitten (14.1, 14.2) zusammensetzt, die sich im Bereich zwischen den einander gegenüberliegenden Einschnürungen (20, 22, 62, 64) überschneiden.
  2. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfläche (14) von schwingungsdämpfenden Mitteln (16) umgrenzt ist.
  3. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnürung (20) bzw. Einschnürungen (20, 62) an der einen Längsseite zu der Einschnürung (22) bzw. den Einschnürungen (22, 64) an der anderen Längsseite spiegelsymmetrisch ausgebildet ist bzw. sind.
  4. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelachse entlang der Längsachse (18) und/oder der Querachse der Membranfläche (14) verläuft.
  5. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfläche (14) in den Bereichen zwischen zwei benachbarten Einschnürungen (20, 22, 64, 62) eine weitgehend runde Kontur aufweist.
  6. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die runde Kontur eine Kreiskontur ist.
  7. Ultraschallwandler (40, 50, 60, 80, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Piezoschwinger (42) mittig in dem jeweiligen Abschnitt der Membranfläche (14) angeordnet ist, der von dem Stirnseitenbereich (24) der Membranfläche und den zwei diesem Stirnseitenbereich (24) benachbart angeordneten, sich gegenüberliegenden Einschnürungen (20, 22; 62, 64) umgrenzt wird.
  8. Ultraschallwandler (40, 50, 60, 80, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Piezoschwinger (42) in dem jeweiligen Abschnitt der Membranfläche (14) mittig angeordnet ist, der von je zwei benachbarten (20, 62) und deren gegenüberliegenden Einschnürungen (22, 64) umgrenzt wird.
  9. Ultraschallwandler (10, 70, 80, 90) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Piezoschwinger (28) mittig zwischen zwei sich gegenüberliegenden Einschnürungen (20, 22; 62, 64) angeordnet ist.
  10. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallwandler ein topfförmiges Gehäuse (12) aufweist, dessen Topfboden als Membranfläche (14) ausgebildet ist.
  11. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfläche (14) von den Wänden (16) des topfförmigen Gehäuses (12) umgrenzt ist.
  12. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (16) die schwingungsdämpfendenden Mittel nach Anspruch 3 bilden.
  13. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) und die Membran bzw. Membranfläche einstückig ausgebildet ist.
  14. Ultraschallwandler (10, 40, 50, 60, 70, 80, 90) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfläche (14) mittels Stirnfräsern oder mittels Fließpressen hergestellt ist, wobei aus dem Gehäuse (12) kreisrunde, aneinander angrenzende, überlappende oder sich nicht berührende runde, insbesondere kreisrunde Zylinderformen (34, 52, 66) ausgeformt sind.
  15. Ultraschallwandler (40, 50, 60, 80, 90) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Piezoschwinger (42) auf der Membranfläche (14) im Bereich der Mittellängsachse der Zylinderformen (34, 52, 66) angeordnet ist.
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