EP1315145A1 - Housing for an ultrasonic transducer - Google Patents

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Publication number
EP1315145A1
EP1315145A1 EP01811122A EP01811122A EP1315145A1 EP 1315145 A1 EP1315145 A1 EP 1315145A1 EP 01811122 A EP01811122 A EP 01811122A EP 01811122 A EP01811122 A EP 01811122A EP 1315145 A1 EP1315145 A1 EP 1315145A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
housing
cup
shaped section
segment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01811122A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Wehrle
Bernd Jenne
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.)
Baumer Innotec AG
Original Assignee
Hera Rotterdam BV
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Filing date
Publication date
Application filed by Hera Rotterdam BV filed Critical Hera Rotterdam BV
Priority to EP01811122A priority Critical patent/EP1315145A1/en
Publication of EP1315145A1 publication Critical patent/EP1315145A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • 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
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22—Mountings; Casings

Definitions

  • the present invention relates to the field of producing Ultrasonic waves. It has a housing for an ultrasonic transducer and a Process for its production and a basic element for such a housing, an ultrasound transducer and an ultrasound generating and / or receiving Device to the object.
  • Ultrasonic converter for the generation and detection of ultrasonic waves in Air is used, for example, in devices for distance measurements etc.
  • Such Ultrasonic transducers have, for example, a housing and in the housing vibrating piezo element.
  • the piezo element is electrically over Wires connected to a circuit board.
  • the housing is made from deep-drawn cups Tinplate or as a turned part made of aluminum. By connecting to the Ground it also serves as a shield.
  • the ultrasonic transducer for installation in a metal housing Ultrasound generating and / or receiving device must be isolated.
  • the wall thickness of the experience has shown that the insulating element is at least 0.5 mm.
  • the object of the present invention is accordingly a housing for one To provide ultrasonic transducers and an ultrasonic transducer, what disadvantages of existing housings and ultrasonic transducers do not has and in particular the inclusion of the ultrasonic transducer in the device housing without a separate, insulating element.
  • the housing for an ultrasonic transducer is made of an electrically insulating Basic element made with a cup-shaped section, which with a conductive coating is provided.
  • the conductive coating has Interruptions on, such that a segment of the coating on the inside the cup-shaped section of a coating segment on the The outside of the housing is electrically insulated.
  • the housing according to the invention can be directly in a metallic holder or a metallic housing of a device with possibly limited space be placed. This allows the in the holder or the metallic housing existing space can be fully exploited, which is the attachment of Ultrasonic transducers with larger piezo elements in existing devices allows.
  • the housing according to the invention enables a further one Miniaturization of devices with built-in ultrasonic transducer for one Distance measurement, e.g. of production robots etc.
  • the housing according to the invention is very simple and therefore inexpensive to use Production.
  • the basic element can be cast, pressed, turned ... and then be coated as bulk material. Then the Coating only removed at two different locations, e.g. on the front be sanded or turned off.
  • the cup-shaped section has a floor with cable duct pouring and / or ventilation openings (in Hereinafter referred to as cable entry openings).
  • the edges of the Cable entry openings are also coated so that the conductive coating of the outside of the floor with the coating of the Inside of the cup-shaped section is electrically connected.
  • the basic element is in the Essentially as a hollow cylinder with a bottom spaced from both edges formed so that it is essentially rotationally symmetrical with an H-shaped Cross section is.
  • the coating can be on both edges of the hollow cylinder be interrupted. The removal of conductive coating material on the face on the edges of the hollow cylinder is particularly easy by turning (parting) or by grinding.
  • the basic element with an H-shaped cross section can on one side of the Bottom still guide bars for holding and for direct contact with the Own trace element.
  • Such a housing allows the grounding and shielding of the Piezo element directly over the edges of openings in the floor from Conductor element can be contacted here without having to be assembled separately Cable entries would be required.
  • the corresponding contact area of the Conductor elements can be soldered directly to the outside of the housing.
  • Another advantage of this embodiment is related to the material which the piezo element is usually held in the housing. This will after pulling cable glands often as a casting resin from the Inserted through the through openings (in this Registration is always referred to as the front side in which the assembled transducer can be sent ultrasonic waves).
  • the Cast resin should cover the space between the housing and the piezo element fill completely. Because of the shape with the H-shaped cross section, it is not absolutely necessary that any resin residues overflowing on the back have to be removed again. The finished ultrasonic transducers have to be Manufacturing can therefore no longer be cleaned laboriously.
  • the invention also relates to a method for producing the Housing for an ultrasonic transducer, a basic element for such a housing and an ultrasonic transducer and a device with means for generating and / or Receiving ultrasonic waves.
  • the housing 1 of Figures 1 to 4 is made of an electrically insulating base element 2 with a cup-shaped section 2.1.
  • the base element preferably consists of plastic, for example polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethanol or any other plastic and can be cast from this. But it can also be made of a ceramic material, glass or any other suitable electrically insulating material.
  • the cup-shaped section 2.1 serves to accommodate a transducer element (not shown) made of a disk-shaped piezo element and an impedance-matching matching layer.
  • the side of the housing to which the cup-shaped section is open is the front of the housing, since the fully assembled ultrasound transducer is also designed to send ultrasound in this direction or to receive ultrasound coming from this direction.
  • the basic element essentially has the shape of a hollow cylinder 2.2 with a bottom 2.3 and with an axis of rotation 3.
  • the basic element is H-shaped.
  • the edges of the hollow cylinder 2.2 can be rounded in a manner known per se or can be provided with broken edges.
  • the floor 2.3 is not attached centrally here but is arranged at a small distance from the rear edge of the hollow cylinder.
  • Two openings 2.4 are made in the bottom 2.3. These openings serve as lead-through openings for cables or pins mounted directly on the piezo element, which connect the contacts of the piezo element to connections which are present, for example, on a printed circuit board on the rear of the housing. They also serve as pouring openings and as ventilation openings. For the sake of simplicity, they will be referred to throughout the context of this description as "cable entry openings 2.4".
  • the basic element has guide webs 2.5 for guiding and contacting a conductor element, namely a printed circuit board.
  • the base element 2 is coated with a conductive coating 4, also made of a commonly used material, for example a copper alloy.
  • the coating 4 is - as indicated in FIGS. 2 and 3 - on both sides at the front, that is to say interrupted the edges of the hollow cylinder.
  • the coating 4 covers however also the inside of the cable entry openings 2.4, whereby the Coating the inside of the cup-shaped section with the coating the rear of the housing is electrically connected. This back side points in particular also the guide webs 2.5, which are also coated.
  • the electrical connection between the rear of the housing and the coating on the inside can be used to further simplify an ultrasound transducer according to the invention.
  • the guide webs 2.5 serve as a print receptacle and can connect the conductive layer serving to ground the piezo element on the inside directly to contact areas 11. 1 on a printed circuit board 11 or on another conductor element, for example a flexible electrical connecting element. At the same time, they also serve to mechanically fix the printed circuit board 11.
  • the printed circuit board naturally also has a large number of electronic elements 11.2 and interconnects 11.3 connecting them, as well as bushings etc. These elements and conductor tracks were only shown schematically in the figure.
  • Piezo element 12 which is embedded in a casting compound, is also shown only schematically in FIG.
  • the housing according to FIGS. 1 to 4 is manufactured, for example, as follows:
  • a basic element is created. This happens, for example, in Injection molding process in a suitable form.
  • the basic element is manufactured that it already has the cable entry openings.
  • the whole surface of the basic element as bulk material evenly with a conductive Material coated.
  • conductor material is removed selectively. This happens for example at the front on the edges on the front and on the back by turning off (parting off, cutting off) or by grinding off. This Manufacturing process is very simple and therefore inexpensive.
  • the housing 21 according to FIG. 6 differs from that according to FIGS. 1 to 4 in that it has a U-shaped and not an H-shaped cross section.
  • This housing 21 also has a base element 22 with a cup-shaped section with through openings and with a coating 24 made of a conductive material.
  • the cable lead-through openings 22.4 in the base 22.3 were only made after the coating.
  • the inside of the openings is free of a coating.
  • the edge of the cup-shaped section is freed of coating material. In this way too, the sector of the coating arranged on the inside can be electrically insulated from the coating material on the outside of the housing.
  • cup-shaped section must be used depending on the one used Piezo element does not necessarily have to be rotationally symmetrical.
  • This also applies to a Housing with a substantially H-shaped cross section. They are further materials and shapes used, the number of feedthrough openings etc. free selectable.

Abstract

The housing (1) consists of an insulating basic element with a beaker-shaped section for introducing a piezo-element for generating ultrasound. The basic element has a conductive coating (24) with interruptions so that a segment of the coating on the inside of the beaker-shaped segment is electrically isolated from a coating segment on the exterior of the housing. <??>AN Independent claim is also included for the following: a method of manufacturing an inventive housing, a base element of electrically insulating material, an ultrasonic converter and an equipment item with a unit for producing and/or receiving ultrasound.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Erzeugung von Ultraschall-Wellen. Sie hat ein Gehäuse für einen Ultraschallwandler und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein Grundelement für ein solches Gehäuse, einen Ultraschallwandler und ein Ultraschall erzeugendes und/oder empfangendes Gerät zum Gegenstand.The present invention relates to the field of producing Ultrasonic waves. It has a housing for an ultrasonic transducer and a Process for its production and a basic element for such a housing, an ultrasound transducer and an ultrasound generating and / or receiving Device to the object.

Ultraschallwandler für die Erzeugung und Detektierung von Ultraschallwellen in Luft werden beispielsweise in Geräten für Distanzmessungen etc. verwendet. Solche Ultraschallwandler weisen bspw. eine Gehäuse und im Gehäuse ein schwingungsfähig gelagertes Piezoelement auf. Das Piezoelement ist elektrisch über Drähte mit einer Leiterplatte verbunden.Ultrasonic converter for the generation and detection of ultrasonic waves in Air is used, for example, in devices for distance measurements etc. Such Ultrasonic transducers have, for example, a housing and in the housing vibrating piezo element. The piezo element is electrically over Wires connected to a circuit board.

Gemäss dem Stand der Technik wird das Gehäuse als Becher aus tiefgezogenem Weissblech oder als Drehteil aus Aluminium hergestellt. Durch Verbinden mit der Masse dient es gleichzeitig als Abschirmung.According to the prior art, the housing is made from deep-drawn cups Tinplate or as a turned part made of aluminum. By connecting to the Ground it also serves as a shield.

Nachteilig ist, dass der Ultraschallwandler zum Einbau in ein Metallgehäuse eines Ultraschall erzeugenden und/oder empfangenden Geräts isoliert werden muss. Um den Wandler und das Leiterbahnelement vor Störsignalen und eventuell auf das Gehäuse einwirkende Überschläge zu schützen, muss die Wandstärke des isolierenden Elementes erfahrungsgemäss mindestens 0,5 mm betragen.The disadvantage is that the ultrasonic transducer for installation in a metal housing Ultrasound generating and / or receiving device must be isolated. Around the converter and the trace element before interference signals and possibly on the To protect the housing from flashovers, the wall thickness of the experience has shown that the insulating element is at least 0.5 mm.

Dies fällt insbesondere bei miniaturisierten Ultraschallwandlern ins Gewicht. Bei fester Gerätegrösse wird durch die Wandstärke des isolierenden Elementes die maximale Grösse eines Wandlerelementes, bestehend aus einem Piezoelement und einer Anpassschicht, bestimmt. Die erreichbare Abstrahlleistung hängt von der Grösse des Wandlerelementes ab. Zusätzlich ist auch die Richtwirkung eines scheibenförmigen Wandlerelementes vom Verhältnis des Durchmessers zur Schwingfrequenz abhängig, also bei fester Schwingfrequenz von seiner Grösse. Da die Schwingfrequenz aufgrund der zu erreichenden Reichweite nicht frei gewählt werden kann - die Dämpfung der Schallwellen in Luft nimmt exponentiell mit der Frequenz zu - ist bei sehr kleinen Wandlerelementen eine gerichtete Abstrahlung fast nicht mehr möglich. Der optimale Wandler hat eine grosse Abstrahlfläche (wegen der Richtwirkung) verbunden mit einer niedrigen Frequenz (wegen der Luftabsorption).This is particularly important for miniaturized ultrasonic transducers. at fixed device size is determined by the wall thickness of the insulating element maximum size of a transducer element, consisting of a piezo element and an adaptation layer. The achievable radiation power depends on the Size of the transducer element. In addition, the directivity is also one disc-shaped transducer element on the ratio of the diameter to Vibration frequency dependent, so with a fixed vibration frequency on its size. There the oscillation frequency is not freely chosen due to the range to be achieved can be - the attenuation of sound waves in air increases exponentially with that Frequency closed - with very small converter elements, a directional radiation is almost not possible anymore. The optimal converter has a large radiation area (because of directivity) combined with a low frequency (because of the Air absorption).

Es wäre also wünschenswert, einen Ultraschallwandler zur Verfügung zu haben, welcher kein das Wandlergehäuse vom Gerätegehäuse isolierendes, separates Element benötigt und damit bei fester Gerätegrösse ein grosses Wandlerelement aufnehmen kann. Bei einem solchen Ultraschallwandler könnte bei gleichbleibendem Öffnungswinkel die Schwingfrequenz tiefer gewählt werden, was eine grössere Reichweite zur Folge hätte.So it would be desirable to have an ultrasound transducer available which is not a separate, isolating the converter housing from the device housing Element required and thus a large converter element for a fixed device size can record. With such an ultrasonic transducer could be the same Opening angle the vibration frequency can be chosen lower, which is a larger Range would result.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach, ein Gehäuse für einen Ultraschallwandler sowie einen Ultraschallwandler zur Verfügung zu stellen, welcher Nachteile von bestehenden Gehäusen und Ultraschallwandlern nicht aufweist und insbesondere die Aufnahme des Ultraschallwandlers im Gerätegehäuse ohne ein separates, isolierendes Element ermöglicht.The object of the present invention is accordingly a housing for one To provide ultrasonic transducers and an ultrasonic transducer, what disadvantages of existing housings and ultrasonic transducers do not has and in particular the inclusion of the ultrasonic transducer in the device housing without a separate, insulating element.

Diese Aufgabe wird gelöst von der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist.This object is achieved by the invention as set out in the claims is defined.

Das Gehäuse für einen Ultraschallwandler ist aus einem elektrisch isolierenden Grundelement mit einem becherförmigen Abschnitt gefertigt, welches mit einer leitenden Beschichtung versehen ist. Die leitende Beschichtung weist Unterbrechungen auf, derart, dass ein Segment der Beschichtung auf der Innenseite des becherförmigen Abschnitts von einem Beschichtungs-Segment auf der Gehäuseaussenseite elektrisch isoliert ist.The housing for an ultrasonic transducer is made of an electrically insulating Basic element made with a cup-shaped section, which with a conductive coating is provided. The conductive coating has Interruptions on, such that a segment of the coating on the inside the cup-shaped section of a coating segment on the The outside of the housing is electrically insulated.

Das erfindungsgemässe Gehäuse kann direkt in einer metallischen Halterung oder einem metallischen Gehäuse eines Gerätes mit eventuell engen Platzverhältnissen plaziert werden. Dadurch kann der in der Halterung oder dem metallischen Gehäuse vorhandene Platz voll ausgenutzt werden, was das Anbringen von Ultraschallwandlern mit grösseren Piezoelementen in bestehenden Geräten ermöglicht. Andererseits ermöglicht das erfindungsgemässe Gehäuse eine weitere Miniaturisierung von Vorrichtungen mit eingebautem Ultraschallwandler für eine Distanzmessung, bspw. von Fertigungsrobotern etc.The housing according to the invention can be directly in a metallic holder or a metallic housing of a device with possibly limited space be placed. This allows the in the holder or the metallic housing existing space can be fully exploited, which is the attachment of Ultrasonic transducers with larger piezo elements in existing devices allows. On the other hand, the housing according to the invention enables a further one Miniaturization of devices with built-in ultrasonic transducer for one Distance measurement, e.g. of production robots etc.

Das erfindungsgemässe Gehäuse ist sehr einfach und damit kostengünstig in der Fertigung. Das Grundelement kann in seine Form gegossen, gepresst, gedreht ... und anschliessend als Schüttgut beschichtet werden. Anschliessend muss die Beschichtung lediglich an zwei verschiedenen Stellen abgetragen, bspw. stirnseitig abgeschliffen oder abgedreht werden. The housing according to the invention is very simple and therefore inexpensive to use Production. The basic element can be cast, pressed, turned ... and then be coated as bulk material. Then the Coating only removed at two different locations, e.g. on the front be sanded or turned off.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der becherförmige Abschnitt einen Boden mit Kabeldurchführungs- Vergiess- und/oder Belüftungsöffnungen (im Folgenden kurz Kabeldurchführungsöffnugen genannt). Die Ränder der Kabeldurchführungsöffnungen sind ebenfalls leitend beschichtet, so, dass die leitende Beschichtung der Aussenseite des Bodens mit der Beschichtung der Innenseite des becherförmigen Abschnittes elektrisch verbunden ist.According to one embodiment of the invention, the cup-shaped section has a floor with cable duct pouring and / or ventilation openings (in Hereinafter referred to as cable entry openings). The edges of the Cable entry openings are also coated so that the conductive coating of the outside of the floor with the coating of the Inside of the cup-shaped section is electrically connected.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Grundelement im Wesentlichen als Hohlzylinder mit einem von beiden Rändern beabstandeten Boden ausgebildet, so dass es im Wesentlichen rotationssymmetrisch mit einem H-förmigen Querschnitt ist. Die Beschichtung kann an beiden Rändern des Hohlzylinders unterbrochen sein. Die Entfernung von leitendem Beschichtungsmaterial stirnseitig an den Rändern des Hohlzylinders ist besonders einfach durch drehen (abstechen) oder durch schleifen zu bewerkstelligen.According to a further embodiment of the invention, the basic element is in the Essentially as a hollow cylinder with a bottom spaced from both edges formed so that it is essentially rotationally symmetrical with an H-shaped Cross section is. The coating can be on both edges of the hollow cylinder be interrupted. The removal of conductive coating material on the face on the edges of the hollow cylinder is particularly easy by turning (parting) or by grinding.

Das Grundelement mit einem H-förmigen Querschnitt kann auf einer Seite des Bodens noch Führungsstege zum Halten und zum direkten Kontaktieren des Leiterbahnelementes besitzen.The basic element with an H-shaped cross section can on one side of the Bottom still guide bars for holding and for direct contact with the Own trace element.

Ein solches Gehäuse ermöglicht, dass die Erdung und Abschirmung des Piezoelementes direkt über die Ränder von im Boden vorhandenen Öffnungen vom Leiterbahnelement her kontaktierbar ist, ohne dass extra zu montierende Kabeldurchführungen dazu benötigt würden. Das entsprechende Kontaktfläche des Leiterbahnelementes können direkt aussen am Gehäuse angelötet werden.Such a housing allows the grounding and shielding of the Piezo element directly over the edges of openings in the floor from Conductor element can be contacted here without having to be assembled separately Cable entries would be required. The corresponding contact area of the Conductor elements can be soldered directly to the outside of the housing.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform hängt mit dem Material zusammen, mit welchem das Piezoelement üblicherweise im Gehäuse gehalten wird. Dieses wird nach dem Durchziehen von Kabeldurchführungen häufig als Giessharz von der Hinterseite her durch die Durchführungsöffnungen eingebracht (wobei in dieser Anmeldung immer als Vorderseite diejenige Seite bezeichnet wird, in welche beim fertig montierten Wandler Ultraschallwellen abgesandt werden können). Das Giessharz sollte den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Piezoelement vollständig füllen. Aufgrund der Form mit dem H-förmigen Querschnitt ist es nicht unbedingt notwendig, dass eventuell auf der Hinterseite überlaufende Giessharzreste wieder abgetragen werden müssen. Die fertigen Ultraschallwandler müssen nach der Fertigung daher nicht mehr aufwändig gereinigt werden.Another advantage of this embodiment is related to the material which the piezo element is usually held in the housing. This will after pulling cable glands often as a casting resin from the Inserted through the through openings (in this Registration is always referred to as the front side in which the assembled transducer can be sent ultrasonic waves). The Cast resin should cover the space between the housing and the piezo element fill completely. Because of the shape with the H-shaped cross section, it is not absolutely necessary that any resin residues overflowing on the back have to be removed again. The finished ultrasonic transducers have to be Manufacturing can therefore no longer be cleaned laboriously.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren zur Herstellung des Gehäuses für einen Ultraschallwandler, ein Grundelement für ein solches Gehäuse sowie ein Ultraschallwandler und ein Gerät mit Mitteln zum Erzeugen und/oder Empfangen von Ultraschallwellen.The invention also relates to a method for producing the Housing for an ultrasonic transducer, a basic element for such a housing and an ultrasonic transducer and a device with means for generating and / or Receiving ultrasonic waves.

Im Folgenden werden noch Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

  • Figur 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Gehäuses von hinten
  • Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II im der Figur 1
  • Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Figur 1,
  • Figur 4 eine Ansicht des Gehäuses der Figur 1 von schräg hinten
  • Figur 5 eine Seitenansicht des Gehäuses der Figur 1 mit einem ansatzweise gezeichneten, eingeführten Leiterbahnelement, und
  • Figur 6 einen Schnitt durch ein weiteres erfindungsgemässes Gehäuse.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to drawings. In the drawings:
  • Figure 1 is a view of a housing according to the invention from behind
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 1,
  • Figure 4 is an oblique view of the housing of Figure 1 from behind
  • Figure 5 is a side view of the housing of Figure 1 with a partially drawn, inserted conductor element, and
  • 6 shows a section through a further housing according to the invention.

Das Gehäuse 1 der Figuren 1 bis 4 ist aus einem elektrisch isolierenden Grundelement 2 mit einem becherförmigen Abschnitt 2.1 gefertigt. Das Grundelement besteht vorzugsweise aus Kunststoff, bspw. Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat, Polyethanol oder irgend einem anderen Kunststoff und kann aus diesem gegossen sein. Es kann aber auch aus einem keramischen Material, aus Glas oder irgendeinem anderen geeigneten elektrisch isolierenden Material gefertigt sein. Der becherförmige Abschnitt 2.1 dient der Aufnahme eines Wandlerelementes (nicht gezeichnet) aus einem scheibenförmigen Piezoelement und einer Impedanz wandelnden Anpassschicht. Im Kontext dieser Beschreibung gilt die Seite des Gehäuses, auf die der becherförmige Abschnitt hin offen ist, als Vorderseite des Gehäuses, da der fertig montierte Ultraschallwandler auch zum Absenden von Ultraschall in diese Richtung bzw. zum Empfangen von aus dieser Richtung kommendem Ultraschall ausgebildet ist. Das Grundelement hat im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders 2.2 mit einem Boden 2.3 und mit einer Rotationsachse 3. Im Schnitt der Figur 2 ist somit das Grundelement H-förmig. Die Ränder des Hohlzylinders 2.2 können in an sich bekannter Art abgerundet oder mit gebrochenen Kanten versehen sein. Der Boden 2.3 ist hier nicht zentral angebracht sondern in einem kleinen Abstand zum hinteren Rand des Hohlzylinders angeordnet. In den Boden 2.3 sind zwei Öffnungen 2.4 eingebracht. Diese Öffnungen dienen als Durchführungsöffnungen für Kabel oder direkt auf dem Piezoelement angebrachte Stifte, welche die Kontakte des Piezoelementes mit Anschlüssen verbinden, welche bspw. auf einer Leiterplatte auf der Gehäusehinterseite vorhanden sind. Zusätzlich dienen sie als Vergiessöffnungen und als Belüftungsöffnungen. Der Einfachheit halber werden Sie im Kontext dieser Beschreibung durchgehend "Kabeldurchführungsöffnungen 2.4" genannt. Weiter weist das Grundelement Führungsstege 2.5 zur Führung und Kontaktierung eines Leiterbahnelementes, nämlich einer Leiterplatte auf.The housing 1 of Figures 1 to 4 is made of an electrically insulating base element 2 with a cup-shaped section 2.1. The base element preferably consists of plastic, for example polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethanol or any other plastic and can be cast from this. But it can also be made of a ceramic material, glass or any other suitable electrically insulating material. The cup-shaped section 2.1 serves to accommodate a transducer element (not shown) made of a disk-shaped piezo element and an impedance-matching matching layer. In the context of this description, the side of the housing to which the cup-shaped section is open is the front of the housing, since the fully assembled ultrasound transducer is also designed to send ultrasound in this direction or to receive ultrasound coming from this direction. The basic element essentially has the shape of a hollow cylinder 2.2 with a bottom 2.3 and with an axis of rotation 3. In the section of FIG. 2, the basic element is H-shaped. The edges of the hollow cylinder 2.2 can be rounded in a manner known per se or can be provided with broken edges. The floor 2.3 is not attached centrally here but is arranged at a small distance from the rear edge of the hollow cylinder. Two openings 2.4 are made in the bottom 2.3. These openings serve as lead-through openings for cables or pins mounted directly on the piezo element, which connect the contacts of the piezo element to connections which are present, for example, on a printed circuit board on the rear of the housing. They also serve as pouring openings and as ventilation openings. For the sake of simplicity, they will be referred to throughout the context of this description as "cable entry openings 2.4". Furthermore, the basic element has guide webs 2.5 for guiding and contacting a conductor element, namely a printed circuit board.

Das Grundelement 2 ist beschichtet mit einer leitenden Beschichtung 4, ebenfalls aus einem an sich gängigen Material, bspw. einer Kupferlegierung. Die Beschichtung 4 ist - wie das in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist - beiderseits stirnseitig, also an den Rändern des Hohlzylinders unterbrochen. Die Beschichtung 4 überdeckt aber auch die Innenseite der Kabeldurchführungsöffnungen 2.4, wodurch die Beschichtung der Innenseite des becherförmigen Abschnitts mit der Beschichtung der Hinterseite des Gehäuses elektrisch verbunden ist. Diese Hinterseite weist insbesondere auch die ebenfalls beschichteten Führungsstege 2.5 auf.The base element 2 is coated with a conductive coating 4, also made of a commonly used material, for example a copper alloy. The coating 4 is - as indicated in FIGS. 2 and 3 - on both sides at the front, that is to say interrupted the edges of the hollow cylinder. The coating 4 covers however also the inside of the cable entry openings 2.4, whereby the Coating the inside of the cup-shaped section with the coating the rear of the housing is electrically connected. This back side points in particular also the guide webs 2.5, which are also coated.

Wie das in der Figur 5 anhand eines schematisch gezeigten Ultraschallwandlers noch genauer dargestellt ist, kann dadurch die elektrische Verbindung der Gehäusehinterseite mit der Beschichtung der Innenseite für eine weitere Vereinfachung eines erfindungsgemässen Ultraschallwandlers genutzt werden. Die Führungsstege 2.5 dienen als Printaufnahme und können die leitende, zur Erdung des Piezoelementes dienende Schicht auf der Innenseite direkt mit Kontaktflächen 11.1 auf einer Leiterplatte 11 oder auf einem anderen Leiterbahnelement, bspw. einem flexiblen elektrischen Verbindungselement, verbinden. Gleichzeitig dienen sie damit auch der mechanischen Fixierung der Leiterplatte 11. Die Leiterplatte weist natürlich zusätzlich zu den Kontaktflächen 11.1 auch noch unter Umständen eine Vielzahl von elektronischen Elementen 11.2 und diese verbindende Leiterbahnen 11.3 sowie Durchführungen etc. auf. Diese Elemente und Leiterbahnen wurden in der Figur nur schematisch dargestellt. Auch Piezoelement 12, das in einer Gussmasse eingebettet ist, ist in der Figur 5 lediglich schematisch gezeigt. As is shown in more detail in FIG. 5 with the aid of a schematically shown ultrasound transducer, the electrical connection between the rear of the housing and the coating on the inside can be used to further simplify an ultrasound transducer according to the invention. The guide webs 2.5 serve as a print receptacle and can connect the conductive layer serving to ground the piezo element on the inside directly to contact areas 11. 1 on a printed circuit board 11 or on another conductor element, for example a flexible electrical connecting element. At the same time, they also serve to mechanically fix the printed circuit board 11. In addition to the contact surfaces 11.1, the printed circuit board naturally also has a large number of electronic elements 11.2 and interconnects 11.3 connecting them, as well as bushings etc. These elements and conductor tracks were only shown schematically in the figure. Piezo element 12, which is embedded in a casting compound, is also shown only schematically in FIG.

Das Gehäuse gemäss den Figuren 1 bis 4 wird bspw. folgendermassen hergestellt:The housing according to FIGS. 1 to 4 is manufactured, for example, as follows:

In einem ersten Schritt wird ein Grundelement erzeugt. Dies geschieht bspw. im Spritzgussverfahren in einer geeigneten Form. Das Grundelement wird so hergestellt, dass es die Kabeldurchführungsöffnungen bereits aufweist. Anschliessend wird die ganze Oberfläche des Grundelement als Schüttgut gleichmässig mit einem leitenden Material beschichtet. Schliesslich wird Leitermaterial selektiv entfernt. Dies geschieht bspw. stirnseitig an den Rändern auf der Vorder- und auf der Hinterseite durch abdrehen (abstechen, abschneiden) oder durch abschleifen. Dieses Herstellungsverfahren ist sehr einfach und dadurch kostengünstig.In a first step, a basic element is created. This happens, for example, in Injection molding process in a suitable form. The basic element is manufactured that it already has the cable entry openings. Then the whole surface of the basic element as bulk material evenly with a conductive Material coated. Finally, conductor material is removed selectively. This happens for example at the front on the edges on the front and on the back by turning off (parting off, cutting off) or by grinding off. This Manufacturing process is very simple and therefore inexpensive.

Das Gehäuse 21 gemäss Figur 6 unterscheidet sich von demjenigen gemäss den Figuren 1 bis 4 dadurch, dass es einen U-förmigen und nicht einen H-förmigen Querschnitt aufweist. Auch dieses Gehäuse 21 besitzt ein Grundelement 22 mit einem becherförmigen Abschnitt mit Durchführungsöffnungen und mit einer Beschichtung 24 aus einem leitenden Material. Im Unterschied zum Gehäuse 1 gemäss den Figuren 1 bis 4 wurden die Kabeldurchführungsöffnungen 22.4 im Boden 22.3 erst nach dem Beschichten beigebracht. Dadurch ist die Innenseite der Öffnungen frei von einer Beschichtung. Zusätzlich ist noch die Kante des becherförmigen Abschnitts von Beschichtungsmaterial befreit. Auch auf diese Weise kann die der auf der Innenseite angeordnete Sektor der Beschichtung vom Beschichtungsmaterial der Gehäuseaussenseite elektrisch isoliert sein.The housing 21 according to FIG. 6 differs from that according to FIGS. 1 to 4 in that it has a U-shaped and not an H-shaped cross section. This housing 21 also has a base element 22 with a cup-shaped section with through openings and with a coating 24 made of a conductive material. In contrast to the housing 1 according to FIGS. 1 to 4, the cable lead-through openings 22.4 in the base 22.3 were only made after the coating. As a result, the inside of the openings is free of a coating. In addition, the edge of the cup-shaped section is freed of coating material. In this way too, the sector of the coating arranged on the inside can be electrically insulated from the coating material on the outside of the housing.

Abschliessend sei noch erwähnt, dass die anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele keineswegs die einzigen möglichen Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Beliebige Kombinationen der vorstehend beschriebenen Merkmale sind möglich. Zusätzlich können die beschriebenen Gegenstände im Rahmen des fachüblichen Handelns natürlich auf eine Vielzahl von Arten abgeändert werden, von der erfinderischen Idee abzuweichen. Finally, it should also be mentioned that those described with reference to the figures Exemplary embodiments by no means the only possible embodiments of the Represent invention. Any combinations of those described above Features are possible. In addition, the items described in Modified in the course of the usual course of action in a variety of ways to deviate from the inventive idea.

Beispielsweise muss der becherförmige Abschnitt je nach verwendetem Piezoelement nicht unbedingt rotationssymmetrisch sein. Dies gilt auch für ein Gehäuse mit einem im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt. Weiter sind die verwendeten Materialien und Formen, die Anzahl Durchführungsöffnungen etc. frei wählbar.For example, the cup-shaped section must be used depending on the one used Piezo element does not necessarily have to be rotationally symmetrical. This also applies to a Housing with a substantially H-shaped cross section. They are further materials and shapes used, the number of feedthrough openings etc. free selectable.

Claims (10)

Gehäuse (1, 21) für einen Ultraschallwandler mit einem becherförmigen Abschnitt zum Einbringen eines Piezoelementes für die Ultraschallerzeugung,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Grundelement (2, 22) mit einem becherförmigen Abschnitt (2.1) gefertigt ist, wobei das Grundelement (2, 22) mit einer leitenden Beschichtung (4, 24) versehen ist und wobei die leitende Beschichtung (4, 24) Unterbrechungen aufweist, derart, dass ein auf der Innenseite des becherförmigen Abschnitts (2.1) angebrachtes Segment der Beschichtung (4, 24) von einem Beschichtungs-Segment auf der Gehäuseaussenseite elektrisch isoliert ist.Housing (1, 21) for an ultrasonic transducer with a cup-shaped section for introducing a piezo element for the ultrasonic generation,
characterized in that
the housing is made of an electrically insulating base element (2, 22) with a cup-shaped section (2.1), the base element (2, 22) being provided with a conductive coating (4, 24) and the conductive coating (4, 24 ) Has interruptions such that a segment of the coating (4, 24) attached to the inside of the cup-shaped section (2.1) is electrically insulated from a coating segment on the outside of the housing. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der becherförmige Abschnitt einen Boden (2.3) mit mindestens einer Kabeldurchführungsöffnung (2.4) besitzt, wobei die Ränder der Kabeldurchführungsöffnung (2.4) leitend beschichtet sind, so dass ein auf der Aussenseite des Bodens angeordnetes Segment der Beschichtung mit dem Beschichtungs-Segment auf der Innenseite des becherförmigen Abschnittes (2.1) elektrisch verbunden ist.Housing according to claim 1, characterized in that the cup-shaped section has a bottom (2.3) with at least one cable feed-through opening (2.4), the edges of the cable feed-through opening (2.4) being conductively coated, so that a segment of the coating arranged on the outside of the bottom is electrically connected to the coating segment on the inside of the cup-shaped section (2.1). Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement im Wesentlichen als Hohlzylinder (2.2) mit einem von beiden Hohlzylinder-Rändern beabstandeten Boden (2.3) ausgebildet, so dass es einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist. Housing according to claim 1 or 2, characterized in that the base element is essentially designed as a hollow cylinder (2.2) with a base (2.3) spaced apart from the two hollow cylinder edges, so that it has an essentially H-shaped cross section. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (4) an beiden Rändern des Hohlzylinders (2.2) unterbrochen ist, und dass mit Ausnahme der beiden Ränder des Hohlzylinders das ganze Kunsstoffelement (2) gleichmässig beschichtet ist.Housing according to claim 3, characterized in that the coating (4) is interrupted on both edges of the hollow cylinder (2.2) and that, with the exception of the two edges of the hollow cylinder, the entire plastic element (2) is coated uniformly. Gehäuse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2, 22) auf einer Seite des Bodens (2.3) Führungsstege (2.5) zum Halten und zum direkten Kontaktieren eines Leiterbahnelementes (11) besitzen.Housing according to claim 3 or 4, characterized in that the base element (2, 22) on one side of the base (2.3) have guide webs (2.5) for holding and for directly contacting a conductor element (11). Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Zur Verfügungstellen eines Grundelementes (2, 22) mit einem becherförmigen Abschnitt (2.1), b) Beschichtung der gesamten Oberfläche des Grundelementes (2, 22) mit einem leitenden Material, c) Selektives Entfernen von leitendem Beschichtungsmaterial, so, dass Beschichtungs-Segmente entstehen, wobei ein Beschichtungs-Segment auf der Innenseite des becherförmigen Abschnitts (2.1) elektrisch isoliert ist von einem Beschichtungs-Segment auf der Gehäuseaussenseite. Method for producing a housing according to one of claims 1 to 5, with the following method steps: a) providing a basic element (2, 22) with a cup-shaped section (2.1), b) coating the entire surface of the base element (2, 22) with a conductive material, c) Selective removal of conductive coating material so that coating segments are formed, a coating segment on the inside of the cup-shaped section (2.1) being electrically insulated from a coating segment on the outside of the housing. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2, 22) vor dem Schritt b) mit mindestens einer Kabeldurchführungsöffnung (2.4, 22.4) versehen ist oder versehen wird. A method according to claim 6, characterized in that the base element (2, 22) is or is provided with at least one cable lead-through opening (2.4, 22.4) before step b). Grundelement (2, 22) aus einem elektrisch isolierenden Material zur Verwendung für ein Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ausgebildet als Hohlzylinder mit einem von beiden Hohlzylinder-Rändern beabstandeten Boden (2.3, 22.3), so dass es einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, und mit mindestens einer im Boden (2.3, 22.3) eingebrachten Kabeldurchführungsöffnung (2.4, 22.4).Basic element (2, 22) made of an electrically insulating material for Use for a housing according to one of claims 1 to 5, formed as a hollow cylinder with one of the two hollow cylinder edges spaced apart Bottom (2.3, 22.3) so that it has a substantially H-shaped cross section has, and introduced with at least one in the ground (2.3, 22.3) Cable entry opening (2.4, 22.4). Ultraschallwandler mit einem Piezoelement, Mitteln zum elektrischen Kontaktieren des Piezolementes und zum in Schwingung Versetzen des Piezoelementes und/oder zum Auswerten von durch das Piezoelement durch Ultraschallwellen angeregt erzeugten elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement in einem Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gelagert ist.Ultrasonic transducer with a piezo element, means for electrically contacting the piezo element and for vibrating the piezo element and / or for evaluating electrical signals generated by the piezo element excited by ultrasonic waves, characterized in that the piezo element in a housing according to one of claims 1 to 5 is stored. Gerät mit einer Einheit zum Erzeugen und/der Empfangen von Ultraschall dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit einen Ultraschallwandler nach Anspruch 9 besitzt.Device with a unit for generating and / receiving ultrasound, characterized in that the unit has an ultrasound transducer according to claim 9.
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