EP2494319A1 - Ultraschallwandler zum einsatz in einem fluiden medium - Google Patents

Ultraschallwandler zum einsatz in einem fluiden medium

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Publication number
EP2494319A1
EP2494319A1 EP10751677A EP10751677A EP2494319A1 EP 2494319 A1 EP2494319 A1 EP 2494319A1 EP 10751677 A EP10751677 A EP 10751677A EP 10751677 A EP10751677 A EP 10751677A EP 2494319 A1 EP2494319 A1 EP 2494319A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing part
transducer
fluid medium
housing
ultrasonic transducer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10751677A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Mueller
Gerhard Hueftle
Michael Horstbrink
Tobias Lang
Sami Radwan
Bernd Kuenzl
Roland Wanja
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2494319A1 publication Critical patent/EP2494319A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • 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
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    • 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
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49005—Acoustic transducer

Definitions

  • Ultrasonic transducers in various applications are known from the prior art.
  • ultrasonic transducers are used in automotive technology in ultrasonic flow meters, for example in the exhaust system and / or in the intake system of internal combustion engines. Examples of such ultrasonic transducers are described in DE 10 2007 037 088 A1 or the subsequently published German patent application with the number DE 10 2008 055 126.0 from the applicant's own house.
  • ultrasonic flowmeters are based on two ultrasonic transducers, which are arranged offset in a flow tube in the flow direction and send each other ultrasonic signals. In this case, measuring arrangements can be used in which at least one reflector is provided, for example in the form of plug-in sensors. Further applications of ultrasonic transducers are, for example, level indicators or distance meters, for example in so-called Parkpilot systems.
  • Ultrasonic transducers have in many cases an electrically-acoustic transducer element in the form of a piezoceramic.
  • impedance matching that is, in particular a reduction of reflection losses at the interface between ultrasound transducers and the fluid medium in which the ultrasound transducer is to be used
  • so-called matching bodies are used, which provide at least partial impedance compensation between the ultrasound transducer Piezoceramic and the impedance of the fluid medium.
  • ultrasonic transducers based on a piezoceramic are known in conjunction with so-called ⁇ / 4 impedance matching layers. Examples of such matching body, which also in the context of the present invention can be used, are described in DE 10 2007 037 088 A1 or in DE 10 2008 055 126.0.
  • ultrasound transducers having a housing in the form of a one-piece sleeve and an annular rear-side cover are known from the prior art.
  • Such ultrasonic transducers are used for example in Parkpilot systems.
  • the piezoceramic is usually first electrically contacted by, for example, wires are welded to the piezoceramic and associated with the cover ring contact pins. Subsequently, the piezoceramic is then held with a suction gripper through the cover ring and usually introduced together with the cover ring and the connecting wires in the sleeve.
  • the leads receive the bend history desired within the later ultrasonic transducer for optimum durability.
  • transducer sleeves usually have to be made very deep, as an interior of the transducer sleeves must be filled with a certain amount of damping material. Furthermore, this depth of the transducer sleeve is usually required lent to allow attachment of contact pins or a UmWallet ist to ensure a corresponding guide length for a precisely aligned installation, for example in a plug-in housing, or to facilitate the general handling of the overall converter , However, this depth of the transducer sleeve, the handling is usually difficult during the building process, since the piezoelectric element must be sunk deep into the transducer sleeve.
  • an ultrasonic transducer for use in a fluid medium and a method for producing an ultrasonic transducer for use in a fluid medium are proposed, which at least partially avoid the disadvantages of known ultrasonic transducers and production methods.
  • the ultrasound transducer can in particular be produced by a method according to the invention, and the method can be used in particular for producing an ultrasound transducer according to the invention. Accordingly, reference may be made to the description of the ultrasonic transducer for possible embodiments of the method and vice versa.
  • the present ultrasonic transducer comprises at least one transducer core with at least one electrical-acoustic transducer element.
  • an electric-acoustic transducer element is a basically arbitrary element to understand, which can convert electrical signals into acoustic signals and vice versa. In particular, it may be a monolithic element.
  • the electrical-acoustic transducer element comprises a piezoelectric transducer element or is designed as a piezoelectric transducer element.
  • the terms “piezo,””piezoceramic,” and “piezoelectric transducer element” are also used as synonyms for the term “electroacoustic transducer element” in the context of the present invention, without limitation of other possible embodiments of the electro-acoustic transducer element.
  • the converter core may further comprise further elements, as will be explained in more detail below.
  • the converter core may comprise at least one matching body on a side facing the fluid medium, for example according to the above-described prior art. This matching body is arranged to enhance an acoustic coupling between the electro-acoustic transducer element and the fluid medium, such as air or a liquid.
  • the matching body provides a material whose impedance is at the geometric mean of the impedances of the electro-acoustic transducer element and the fluid medium.
  • a matching body with another, usually higher acoustic impedances.
  • the matching body may also comprise a plurality of materials having different acoustic impedances and / or a material having an acoustic impedance gradient.
  • the transducer core can have, for example, a radiating surface which assigns the fluid medium and via which ultrasound signals can be emitted to the fluid medium and / or ultrasound signals can be picked up from the fluid medium.
  • the radiating surface can be arranged, for example, in an opening of a housing, which will be explained in more detail below.
  • this opening may be surrounded by an edge of the housing, for example annular.
  • Other geometries are conceivable.
  • the radiating surface can be flush with the edge of the housing or arranged in another plane, for example, easily offset into the interior of the housing or slightly offset from the edge towards the fluid medium.
  • the ultrasonic transducer comprises at least one housing.
  • This housing may be designed in particular sleeve-shaped.
  • a housing is understood to mean an element which essentially closes off the ultrasound transducer to the outside and gives the ultrasound transducer its essential shape to the outside.
  • the housing can be produced in particular from a metallic material and / or a plastic material and can protect the ultrasonic transducer from external mechanical and / or chemical influences and / or from temperature and / or pressure influences.
  • the housing has at least two housing parts. These housing parts are preferably configured completely separated and accordingly can preferably be manufactured and / or handled completely independently of one another.
  • At least a first housing part is provided, which surrounds the transducer core at least partially.
  • the housing part a Enclosure body of the converter core and / or the electrical-acoustic transducer element completely or partially enclose.
  • the first housing part for example, be designed annular or tubular, for example with a round or polygonal cross-section. An inner diameter of this housing part can fit the outer diameter of the
  • the first housing part surrounds the transducer core in such a way that a rear side of the electrically-acoustic transducer element facing away from the fluid medium is accessible.
  • the term "accessible” is understood to mean an arrangement in which the first housing part has at least one opening on the rear side, for example an opening with a higher opening width than the transducer core, through which the rear side of the electrically-acoustic Transducer element can be accessed, for example, for contacting the electrically acoustic transducer element.
  • the opening and / or the converter core can be configured such that the converter core can be introduced into the first housing part through the opening in the first housing part and / or removed from it.
  • this rear side of the electrical-acoustic transducer element can terminate flush with the rear side of the first housing part or even protrude beyond this first housing part, so that it is accessible, for example, for electrical contacting.
  • the first housing part can also easily project on the rear side, so that the rear side of the electro-acoustic converter element is slightly offset from the rear side of the first housing part inside the housing, but still the rear side of the electrical-acoustic transducer element for an electric Contacting should be accessible.
  • At least one second housing part is provided, which is connected to the first housing part, for example via a cohesive and / or non-positive and / or positive connection.
  • This second housing part is configured and arranged in such a way that it substantially closes off the ultrasound transducer on its side facing away from the fluid medium.
  • a conclusion in this regard means no hermetic conclusion, but a definition of the outer shape of the ultrasonic transducer on the side facing away from the fluid medium and / or a mechanical stabilization of accommodated in the housing components of the ultrasonic transducer.
  • substantially in this connection can be understood to mean a termination in which at least slight openings, for example for passages or as a compensation opening with regard to thermal expansion of parts of the transducer (eg a damping element), can be tolerated
  • the transducer interior for example, the electrical-acoustic transducer element and / or the entire transducer core and / or a decoupling element and / or a damping element by the second housing part in Are held inside the housing so that these components can not be removed from the housing.
  • the second housing part can provide a rear support, on which one or more of the elements transducer core, electrically acoustic transducer element, decoupling element, damping element, damping and / or decoupling material or other elements, which are arranged in the interior of the housing supported could be.
  • the second housing part may comprise on its side facing away from the fluid medium at least one support element, for example an inwardly projecting collar, on which one or more of said elements of
  • a pressure of the fluid medium can be accommodated.
  • at least one rear opening is provided in the second housing part, then this should not be too small, because then the supporting effect is getting better, but thermally induced expansions of the converter interior, such as a Dämpfungsvergusses, then load the optional sealing film all the more would.
  • coefficient of thermal expansion and filling volume may be in the Practice a compromise for the optimal opening size of the second housing part can be found.
  • the first housing part may surround the transducer core in particular annular.
  • the first housing part for example, wholly or partially be configured as a ring and / or as an annular sleeve.
  • the first housing part may have an end face, in particular a circular end face which assigns the fluid medium.
  • a radiating surface of the transducer core that is to say a surface via which acoustic signals are emitted from the transducer core to the fluid medium and / or via which acoustic signals are received from the fluid medium by the transducer core, can be annularly surrounded by this end face.
  • the radiating surface can be arranged in a plane with this end face of the first housing part.
  • At least one sealing film is provided which shields and / or seals a housing interior of the ultrasonic transducer against influences from the fluid medium, for example chemical influences and / or pressure influences.
  • a sealing film may for example be glued or otherwise connected to the end face of the first housing part and / or to the emission surface.
  • the electrically-acoustic converter element can terminate flush with the first housing part, in particular on the side facing away from the fluid medium, or protrude beyond the first housing part. This embodiment is particularly favorable to a simple electrical contacting of the electric-acoustic
  • the second housing part may in particular be configured cup-shaped.
  • the second housing part may, for example, be slipped over the first housing part from the side facing away from the fluid medium.
  • the first housing part and the second housing part may, for example, be connected to one another by a cohesive connection method, in particular a welding method.
  • a cohesive connection method in particular a welding method.
  • ultrasonic welding in particular offers itself here.
  • other connection techniques can also be used, for example non-positive and / or positive locking and / or cohesive bonding techniques, for example by laser welding, gluing or by clipping the second housing part to the first housing part or vice versa.
  • the ultrasonic transducer may further comprise at least one contact clip for electrically contacting the electrical-acoustic transducer element.
  • the contact clip may comprise, for example, one, two or more electrical contacts for contacting electrodes of the electro-acoustic transducer element.
  • the at least one contact clip can, for example, be substantially dimensionally stable, that is to say that it is at least under
  • the contact clip may in particular be made of a metallic material.
  • the contact clip can protrude through the second housing part into an interior of the ultrasonic transducer and be electrically connected there to the electrically-acoustic transducer element.
  • This electrical connection between the contact clip and the electrically-acoustic transducer element can be effected, for example, by a direct contacting of the electrically-acoustic transducer element by the contact clip.
  • other joining techniques can also be used, for example wire bonding techniques.
  • the contact clip may in particular be connected to the first housing part. In this way, the contact clip can be fixed in particular spatially.
  • This connection may for example comprise a positive and / or non-positive connection.
  • the contact clip may comprise one or more connecting elements, for example clips, by means of which a plugging and / or clipping of the contact clip on the first housing part is possible.
  • the contact clip can fulfill additional tasks in addition to an electrical contacting of the electrical-acoustic transducer element.
  • it can be configured at least partially as electromagnetic shielding.
  • the contact clip for example, at least partially enclose the electrical-acoustic transducer element.
  • the transducer core in the at least one electroacoustic transducer element may comprise further elements.
  • the converter core may comprise at least one matching body, for example according to the above-described prior art. This can be designed to improve an acoustic coupling between the electrical-acoustic transducer element and the fluid medium.
  • the first housing part at least partially surround the matching body, for example, enclose annular.
  • the first housing part and the second housing part may, as shown above, be wholly or partly made of a metallic material and / or a plastic material and / or other materials. Particular preference is given to materials which at the same time have good internal damping and the possibility of producing even filigree structures.
  • liquid crystal polymers LCP can be used.
  • plastics can also be used, for example PPA (polyphthalamide), PBT (polybutylene terephthalate) and / or PEEK (polyether ether ketone) and / or other plastics.
  • PPA polyphthalamide
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PEEK polyether ether ketone
  • plastic materials may be unfilled or filled, for example with a glass fiber filling, ceramic, carbon or the like.
  • the first housing part may, in particular, have an opening facing the fluid medium.
  • the first housing part as shown above, have an end face, for example, an annular end face which surrounds the opening.
  • the radiating surface of the transducer core may be disposed within this opening.
  • the opening may be closed by at least one sealing film.
  • the sealing film can be connected, for example, to the first housing part, for example the end face.
  • At least one housing interior can be provided within the ultrasonic transducer.
  • This housing interior can for example be at least partially limited by the second housing part.
  • This interior of the housing may in particular be at least partially filled with a filling and / or damping material, for example a damping casting.
  • silicones are suitable for this purpose.
  • the damping material can be used directly with the converter core, for example the electrical acoustic transducer element, are in communication and can be configured to provide as rapid as possible attenuation after excitation of the transducer core.
  • the filling and / or damping material can furthermore be designed to discharge pressure forces exerted on the transducer by the fluid medium via the converter core and the filling and / or damping material on the rear side onto the second housing part.
  • a method for producing an ultrasonic transducer for use in a fluid medium is also proposed.
  • the method can be used in particular for producing an ultrasonic transducer in one or more of the embodiments described above, but in principle also other types of ultrasonic transducers can be produced with the proposed method.
  • the method comprises the steps described below, which need not necessarily be performed in the order shown. Individual process steps can also be performed simultaneously and / or temporally overlapping. Furthermore, individual or several process steps can be carried out repeatedly.
  • a transducer core is produced, which comprises at least one electrical-acoustic transducer element.
  • At least one first housing part is provided, such that the first housing part at least partially encloses the transducer core.
  • the converter core can already be completely configured, however, it can also only be partially configured, for example by providing at this time only one matching body of the converter core, which is at least partially enclosed by the first housing part.
  • the first housing part is configured in this way and is provided in such a way that a rear side of the electrically-acoustical transducer element facing away from the fluid medium is accessible, for example for an electrical contacting operation.
  • at least one second housing part is provided.
  • This second housing part is connected to the first housing part, such that the ultrasound transducer is essentially completed on its side remote from the fluid medium by the second housing part.
  • the manufacturing method can be particularly easily designed such that at least one sealing film, for example of the type described above, is used.
  • it can be a plastic film, for example, as will be explained in more detail below, a polyimide film or another film material.
  • metallic films are also possible in principle.
  • the method can be configured such that the first housing part and the converter core or a part of the converter core, for example a matching body, are applied to the sealing film.
  • these can be connected to the sealing film, for example by an adhesive method and / or another type of cohesive method.
  • a gap between the transducer core or the part of the transducer core and the first housing part is at least partially filled by at least one damping and / or decoupling material.
  • this damping and / or decoupling material may comprise a plastic material, in particular a liquid silicone rubber (liquid silicone
  • the filling can be done in particular by a Vergussvorgang.
  • first housing part and the second housing part Before connecting the first housing part and the second housing part can in particular a contact clip for contacting the electrical-acoustic
  • Transducer element are connected to the first housing part.
  • this connection may in particular include a positive and / or non-positive connection.
  • the contact clip may in particular have a plurality of contiguous electrical contacts, wherein the electrical contacts after connection of the contact clip with the first
  • Housing part for example, after applying the second housing part to the first housing part, can be separated from each other.
  • the proposed ultrasonic transducer and the proposed method have numerous advantages over known ultrasonic transducers and known production methods.
  • a basis for a cost-effective and mass-produced ultrasonic transducer such as an air ultrasonic transducer, laid, as it can be used for example for gas flow measurement in the automotive sector.
  • An ultrasonic transducer can be used, for example, as an ultrasonic flow meter, ie as an ultrasonic flow meter, on the pressure side of supercharged internal combustion engines.
  • the ultrasonic transducer can be simple and inexpensive.
  • the ultrasonic transducer can be manufactured on the basis of a piezoceramic, optionally with an impedance matching layer, with a housing in the form of, for example, a two-part sleeve.
  • the first housing part may be configured as a front-side part of the sleeve and connected to the matching layer. This connection can take place, for example, via at least one decoupling element and / or at least one sealing foil and / or a coating and / or a combination of these elements.
  • the first housing part for example the front-side part of the entire sleeve, can be made so flat that the back side of the piezo lies approximately in a plane with the rear edge of the sleeve.
  • the piezo can be easily accessible during the assembly, bonding and contacting process.
  • the second housing part may be configured in particular as a rear sleeve part. This second housing part can be configured as a deeper sleeve part than the first housing part. As described above, the second housing part can accordingly accommodate a damping and / or a decoupling and / or a supporting material, for example a potting material.
  • the housing Due to the at least two-part design of the housing, for example by the configuration of the two-part sleeve, preferably with a relatively flat front part, a good accessibility of the piezor back side is ensured. This makes it possible to realize an advantageous manufacturing sequence.
  • the invention allows a total of more degrees of freedom of the design, for example with respect to the choice of the contacting technique. As a result, special requirements for the ultrasonic transducer can ultimately be met, for example requirements of the automotive sector, in particular engine mounting conditions.
  • Figure 1 is a sectional view of an embodiment of an ultrasonic transducer according to the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of the embodiment in Figure 1 with a sectional plane perpendicular to the sectional plane in Figure 1;
  • Figure 3 shows an embodiment of a contact clip.
  • FIG. 1 a possible embodiment of an ultrasonic transducer 1 10 according to the invention is shown.
  • Figure 1 shows a sectional view of the side
  • Figure 2 shows a sectional view perpendicular to the sectional plane in Figure 1, viewed from above.
  • the ultrasonic transducer 1 10 comprises as a transducer core 1 12, which in turn comprises an electric-acoustic transducer element 1 14 and a matching body 1 16.
  • the matching body 1 16 may be configured, for example, as a ⁇ / 4 impedance matching layer.
  • the electrical-acoustic transducer element 1 14 can beispielswei se configured as a piezo element and be connected directly or at least one inter mediate layer (for example, an intermediate layer to compensate thermomechanical tensions) with the matching body 1 16.
  • the matching body 1 16 has a slightly higher ren diameter di than the electrically-acoustic transducer element 1 14.
  • the entire transducer core 1 12 therefore have a total diameter di, for example, a diameter of 8 mm.
  • the converter core 1 12 is introduced into a housing 1 18, which is designed in two parts in the illustrated embodiment. Also more than two parts can be provided in principle. Accordingly, the housing 1 18 comprises a front housing part 122 facing the front, in use a fluid medium 120 (see FIG. 1), and a rear second housing part 124 facing away from the fluid medium 120.
  • the first housing part 122 which is also referred to below as the first housing sleeve or Front sleeve is called, for example, be configured as a substantially cylindrically symmetric sleeve.
  • the first housing part 122 is configured as angled in an exemplary manner and has an axial part 128 extending parallel to an axis 126 and a radial part 130 extending substantially perpendicular to the axis 126.
  • the radial part 130 has an end face 132 which assigns the fluid medium 120.
  • This end face 132 is designed, for example, annular. It has an inner diameter d 2 of, for example, 12 mm.
  • an intermediate space 134 may be formed between the converter core 12 and the first housing part 122 at least partially surrounding it.
  • this intermediate part 134 may be substantially cylindrical-sleeve-shaped, with a thickness of, for example, 1 mm.
  • the gap 134 as in the embodiment in Figures 1 and 2, for example, be wholly or partially filled with a decoupling element 136, which indeed provides a good mechanical fixation of the transducer core 1 12 in the housing 1 18, but a structure-borne sound transmission between the housing. 1 18 and converter core 1 12 at least dampens.
  • a decoupling element 136 As the material for the decoupling element 136, a potting material may be used, for example a liquid silicone rubber (LSR).
  • LSR liquid silicone rubber
  • the converter core 1 12 has an emitting surface 138 on its side facing the fluid medium 120. This is arranged in the illustrated embodiment in a plane with the end face 132 of the first housing part 122. Also, the side of the decoupling element 136 facing the fluid medium 120 preferably does not protrude beyond this common plane
  • the ultrasonic transducer 110 may be sealed by at least one sealing element 140, for example a sealing film 142.
  • sealing elements 140 may also be considered, for example coatings.
  • the sealing foil may, for example, cover the large area with the emitting surface 138 and / or the
  • End face 132 may be connected, for example by gluing.
  • the first housing part 122 On the rear side, ie on the side facing away from the fluid medium 120, the first housing part 122 is designed comparatively short, so that in the illustrated embodiment, the back of the transducer core 1 12 is flush with the rear of the first housing part 122 or even protrudes beyond this. Accordingly, the electrically-acoustic transducer element 1 14 is preferably accessible freely from the rear side.
  • the electrical-acoustic transducer element 1 14 is contacted via a contact clip 144.
  • This contact clip 144 is, for example, in a radial extension 146 of the second housing part 124, which is otherwise configured, for example, substantially cylindrical, for example cup-shaped, out.
  • the contact clip 144 is guided at its upper end through an opening 150 in the second housing part 124 to the outside and has at its lower end preferably connecting elements 148 for connecting to the first housing part 122.
  • These connecting elements 148 are configured in the darg Anthonyen embodiment, as can be seen for example in Figure 1, clip-shaped or hook-shaped and can be slipped over the rear end of the axial part 128 of the first housing part 122 and / or clamped. In this way, an example positive and / or non-positive connection can be achieved.
  • the contact clip 144 is shown by way of example in FIG. Thereafter, it can be seen that the contact clip 144 in the illustrated embodiment has two electrical contacts 152, 154, which may be connected to one another at their upper end by a web 156, for example.
  • This web 156 after assembly of the ultrasonic transducer 1 10, as will be explained in more detail below, are removed.
  • the connecting elements 148 may protrude laterally beyond the substantially axially extending electrical contacts 152, 154, for example by 2.2 mm.
  • the electrical contacts 152, 154 may, for example, have a width of 2.2 mm and may, for example, be spaced at a distance of 1.4 mm. As can be seen, for example, from FIG.
  • the electrical contacts 152, 154 can provide contact surfaces 158.
  • a contact 160 can be guided to corresponding contacts of the electrically-acoustic transducer element 14, for example by wire bonding. Because the back of the converter kerns 1 12 is relatively freely accessible even when placed in the first housing part 122 transducer core 1 12 before applying the second housing part 124, such contacting by applying, for example, wires or other bonding techniques or clamping techniques or other contacting techniques is easily possible.
  • the cup-shaped second housing part 124 is applied to the first housing part 122 and connected thereto, for example by ultrasonic welding.
  • the connection is designated by the reference numeral 162 in FIG. This forms on the fluid medium
  • This interior 164 may be configured, for example, a large area, so that it can be filled, for example, completely or partially with at least one filling and / or damping material 166, for example, a damping Verguss.
  • the first housing part 122 for example, comprise one or more openings 168, which can be subsequently closed or which may also remain in the housing 1 18.
  • the ultrasonic transducer 1 10 is therefore designed with a two-part housing 1 18, for example a two-part sleeve.
  • a transducer front points downward in FIG. 1, toward the fluid medium 120.
  • a corresponding front-side sleeve part can be designed, for example, annular.
  • the end face 132 of the first housing part 122 can be glued onto the sealing foil 142.
  • the matching body 1 16 can be adhered to this sealing film 142, so that these elements are fixed.
  • the sealing film 142 for example, polyimide film (for example, Kapton) can be used.
  • the decoupling element 136 can then be cut in and / or cast as acoustic decoupling, for example an LSR.
  • the electrically-acoustic transducer element 1 14 can be glued, and the connecting elements 148, such as the contact pins of the contact clip 144 can be snapped onto the axial part 128.
  • the connecting elements 148 such as the contact pins of the contact clip 144 can be snapped onto the axial part 128.
  • a contiguous contact stirrup 144 can be used.
  • individual contact pins can also be used.
  • the contact clip 144 can, for example, way to be opened after installation of the ultrasonic transducer 1 10. Subsequently, the application of the contact 160 can take place.
  • copper wires or ribbons can be thermocompression-welded on the piezoelectric electrodes and / or the contact surfaces 158, for example, the Whylands the contact pins, such as the contact clip 144, are attached.
  • the contact clip 144 may be attached directly to the piezoelectric electrodes and / or contacting surfaces 158, for example by welding.
  • the rear sleeve part can be placed in the form of the second housing part 124 and connected to the first housing part 122, for example the sleeve ring, in particular by ultrasonic welding.
  • a damping potting and / or other filling or damping material 166 can be filled and cured.
  • the rear opening 168 can not only serve to fill the filling or damping material 166, but can also make it possible to compensate for thermal expansions of the damping encapsulation within the sensor operating area.
  • this opening 168 should only be dimensioned so large that the transducer interior, so the interior 164, at back pressure of the fluid medium to be measured 122, for example, air, still sufficiently supported on the sleeve to the rear.
  • the size of the opening 168 and / or its geometric configuration can be designed for this purpose depending on the filling volume or the filling geometry and the hardness and the expansion coefficients of the materials involved so that the radiating surface facing the fluid medium both under pressure load and moved as little as possible under thermal stress.
  • the ultrasonic transducer 1 10 shown in Figures 1 and 2 represents only one of several embodiments.
  • the embodiment may, as well as other embodiments of the present invention, advantageously further developed and / or modified in various ways.
  • an internal decoupling can be provided which offers a well-defined, hard and easily sealable mechanical interface to the outside.
  • the material of the housing 1 18 may preferably be made of plastic, since plastic has a particularly good decoupling property. Structure-borne sound components, which are transmitted, for example, via the damping material 166, the decoupling element 136 or the sealing film 142, are sufficiently damped due to the sound damping of the plastic.
  • LCP liquid crystal polymer
  • Other materials include PPA, PBT, PEEK or other plastics.
  • the plastic materials can be filled or unfilled, for example with a filling made of glass fibers, ceramics, carbon or the like.
  • metal and / or a composite material can be selected as the material for the housing 1 18 and / or the housing parts 122, 124.
  • metal as a sleeve material and / or inserted in plastic metal parts allow EMC shielding.
  • metal tends to have long-lasting natural oscillations that could affect the decoupling properties.
  • the contact clip 144 can also be divided, for example, into three instead of only two segments or electrical contacts 152, of which two segments are used for piezocontacting, for example, and the third segment is an annular contact. or part-ring-shaped shielding of the electric-acoustic transducer element 1 14 and / or other parts of the ultrasonic transducer 1 10 may represent.
  • the material for the sealing film 142 for example
  • Polyimide for example, Kapton
  • Other, alternatively or additionally usable materials are, for example, fluorinated hydrocarbons, such as Teflon and / or PEEK, other types of thermoplastics or thermosets or coatings that are not applied as a film, for example Parylene, paints or similar materials.
  • the film edge of the sealing film 142 can also be sealed separately. This can for example be done simultaneously with the bonding of the ultrasonic transducer 1 10 in a higher-level sensor housing, which is not shown in the figures. In such a higher-order sensor housing, it is also possible, for example, to arrange a plurality of such ultrasonic transducers 16, as is illustrated, for example, in the prior art cited above and / or in DE 10 2004 061404 A1. The ones described there Sensor arrangements may also be realized using an ultrasonic transducer 110 according to the present invention.
  • the sealing film 142 can be glued in a separate process step on the sleeve ring of the first housing part 122 and on the fitting body 1 16.
  • a connection between the sealing foil 142 and the first housing part 122 and / or the matching body 1 16 can be made in another way, for example in one step with the introduction of the decoupling element 136, for example in an injection mold, for example an LSR -Tool.
  • the connection can also be made timely to the LSR process and / or another injection molding process for introducing the decoupling element 136, for example, by the same pressure that also closes or seals the tool, for example the LSR tool.
  • decoupling elements 136 may also be used.
  • the decoupling element 136 can also be wholly or partially configured and / or mounted as a molded part.
  • An advantage of this procedure could be a lower load on the matching layer material.
  • a disadvantage of this, however, is a fundamental due to the softer consistency higher tolerance.
  • a further variant, which can be used alternatively or additionally, is a gating of the material of the decoupling element 136, for example of the LSR, only to the first housing part 122 and optionally the sealing foil 142, while the matching body 1 16 applied in a separate process step, for example glued , becomes.
  • a damping and / or decoupling material can also be introduced by means of a casting technique.
  • silicone other materials can be used.
  • the decoupling element 136 may also be omitted as a separate substance and / or may be wholly or partly with the
  • Damping material 166 are summarized. For example, a single Vergussstoff can be used, which represents a compromise between damping and decoupling.
  • This can be, for example, a silicone material.
  • flexibilized epoxides with further fillers are also conceivable as the base material.
  • Further modifications and / or developments relate to the matching body 1 16. For example, this can be configured according to the prior art described above.
  • the matching body 1 16 may consist of glass hollow sphere-filled epoxy and / or of porous sintered polyimide, for example polyimide of the type DuPont Vespel or other materials and / or gradient materials whose acoustic impedance or their impedance curve is selected such that a favorable coupling between the electric-acoustic transducer element 1 14 and fluid medium 120 is given.
  • One or more additional layers can be placed between the electrically-acoustic transducer element 1 14 and the matching body 1 16, which protect the electrically-acoustic transducer element 1 14, for example the piezo, against tension, for example by having an expansion coefficient close to the piezo material (the is for example of the order of 10 ppm / K or less) and have a sufficient thickness.
  • This at least one layer can simultaneously serve open
  • This at least one optional additional layer can, for example, be glued or applied by a molding process and / or be part of the matching body 16, for example the matching layer, in particular with different thermal / acoustic properties.
  • the diameter of the electrical-acoustic transducer element 1 14 can be selected so that essentially the piano resonance is utilized for ultrasound generation and / or ultrasound detection.
  • the thickness of the electric-acoustic transducer element 14 can be a compromise. The thinner, for example, the piezo is selected, the more flexible he becomes, which makes him more stable with respect to thermal shocks. On the other hand, a too thin piezo too strong flexural vibrations, which can lead to an excessive temperature response of the ultrasonic transducer 1 10 together with the matching body 1 16.
  • connection between the electrical-acoustic transducer element 1 14 and the matching body 1 16 or a compensating layer can also be performed without a separate adhesive, for example by a piezoelectric element is embedded directly in the fitting body 16 and / or at least one intermediate body.
  • the connection between the electrical-acoustic transducer element 1 14 and the fitting body 1 16 and / or the optional compensation Layer can be made flexible so that the piezoelectric function is not affected by the thermal change of the matching body 1 16 or the compensating layer or by temperature shocks.
  • the connection is preferably chosen to be sufficiently hard that there is sufficient acoustic coupling. As a rule, an epoxy-based material can be used for this purpose.
  • the electrical connection between the electrodes of the electro-acoustic transducer element 1 14, for example of the piezo, and the contact clip, which may generally comprise one or more contact pins, can take place in various ways.
  • a connection by means of wires, tapes, foil or strands can be made.
  • another technique may be used as the contact instead of the aforementioned thermal compression welding.
  • lead adhesives, soldering or wire bonding offer.
  • the contact points or even the entire connection between the electrical-acoustic transducer element and the contact clip 144 and / or individual contact pins of this contact clip 144 can be covered with a hard protective compound, for example a glob-top mass and / or with soft silicone gel to protect them, for example against corrosion.
  • the contact pins can in principle also be fixedly connected to one of the housing parts of the housing 1 18, for example as an insert part or as a lead frame and / or as overmolded parts.

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Abstract

Es wird ein Ultraschallwandler (110) zum Einsatz in einem fluiden Medium (120) vorgeschlagen. Der Ultraschallwandler (110) umfasst mindestens einen Wandlerkern (112), welcher mindestens ein elektrisch-akustisches Wandlerelement (114) umfasst. Der Ultraschallwandler (110) umfasst weiterhin mindestens ein Gehäuse (118), welches mindestens zwei Gehäuseteile (122, 124) aufweist. Es ist mindestens ein erstes Gehäuseteil (122) vorgesehen, welches den Wandlerkern (112) zumindest teilweise umschließt. Eine von dem fluiden Medium (120) abgewandte Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements (114) ist zugänglich. Weiterhin ist mindestens ein zweites Gehäuseteil (124) vorgesehen, welches mit dem ersten Gehäuseteil (122) verbunden ist. Der Ultraschallwandler (110) ist auf seiner von dem fluiden Medium (120) abgewandten Seite durch das zweite Gehäuseteil (124) im Wesentlichen abgeschlossen.

Description

Beschreibung
Titel
Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Ultraschallwandler in verschiedenen Einsatzgebieten bekannt. Beispielsweise werden Ultraschallwandler in der Kraftfahrzeugtechnik in Ultraschallströmungsmessern eingesetzt, beispielsweise im Abgastrakt und/oder im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen. Beispiele derartiger Ultraschallwandler sind in DE 10 2007 037 088 A1 oder der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit der Nummer DE 10 2008 055 126.0 aus dem Hause der Anmelderin beschrieben. Ultraschalldurchflussmesser basieren in vielen Fällen auf zwei Ultraschallwandlern, die in einem Strömungsrohr in Strö- mungsrichtung versetzt angeordnet sind und sich gegenseitig Ultraschallsignale zusenden. Dabei können auch Messanordnungen verwendet werden, bei welchen mindestens ein Reflektor vorgesehen ist, beispielsweise in Form von Steckfühlern. Weitere Anwendungen von Ultraschallwandlern sind beispielsweise Füllstandsmesser oder Abstandsmesser, beispielsweise in sogenannten Parkpilot- Systemen.
Ultraschallwandler weisen in vielen Fällen ein elektrisch-akustisches Wandlerelement in Form einer Piezokeramik auf. Um eine Impedanzanpassung, also insbesondere eine Verminderung von Reflexionsverlusten an der Grenzfläche zwi- sehen Ultraschallwandler und dem fluiden Medium, in welchem der Ultraschallwandler eingesetzt werden soll, zu erzielen, werden in vielen Fällen so genannte Anpasskörper verwendet, welche für einen zumindest teilweisen Impedanzausgleich zwischen der Piezokeramik und der Impedanz des fluiden Mediums sorgen. Beispielsweise sind Ultraschallwandler auf der Basis einer Piezokeramik in Verbindung mit so genannten λ/4-lmpedanzanpassschichten bekannt. Beispiele derartiger Anpasskörper, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind in DE 10 2007 037 088 A1 oder in DE 10 2008 055 126.0 beschrieben.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Ultraschallwandler mit einem Gehäu- se in Form einer einteiligen Hülse und einem ringförmigen rückseitigen Deckel bekannt. Derartige Ultraschallwandler werden beispielsweise in Parkpilot- Systemen eingesetzt. In diesem Fall wird in der Regel zuerst die Piezokeramik elektrisch kontaktiert, indem beispielsweise Drähte an der Piezokeramik und mit dem Deckelring verbundenen Kontaktpins angeschweißt werden. Anschließend wird dann in der Regel die Piezokeramik mit einem Sauggreifer durch den Deckelring hindurch gehalten und gemeinsam mit dem Deckelring und den Anschlussdrähten in die Hülse eingeführt. Während dieses Vorgangs erhalten die Anschlussdrähte denjenigen Biegungsverlauf, der innerhalb des späteren Ultraschallwandlers zwecks optimaler Haltbarkeit gewünscht wird. Bevor der Saug- greifer entfernt werden darf, muss dabei in der Regel eine Klebung zwischen dem Piezo und der Hülse aktiviert werden, was in vielen Fällen in Form von Ultravioletter Strahlung erfolgt, die in der Regel ebenfalls durch den Deckelring hindurch eingebracht wird. Diese Art der Montage ist jedoch in der Praxis mit verschiedenen technischen
Herausforderungen und Nachteilen verbunden. So müssen in der Regel einteilige Wandlerhülsen zumeist sehr tief ausgeführt werden, da ein Innenraum der Wandlerhülsen mit einer bestimmten Menge an Dämpfungsmaterial ausgefüllt werden muss. Weiterhin ist diese Tiefe der Wandlerhülse in der Regel erforder- lieh, um eine Befestigung von Kontaktpins oder eine Umkontaktierung zu ermöglichen, um eine entsprechende Führungslänge für einen genau ausgerichteten Einbau, beispielsweise in einem Steckfühlergehäuse, zu gewährleisten oder um die allgemeine Handhabung des Gesamtwandlers zu erleichtern. Durch diese Tiefe der Wandlerhülse wird jedoch üblicherweise die Handhabung während des Aufbauprozesses erschwert, da das Piezoelement tief in die Wandlerhülse eingesenkt werden muss. Innerhalb der Hülse ist dann eine großserientaugliche e- lektrische Kontaktierung der Piezokeramik nur unter Schwierigkeiten möglich. Wird die elektrische Kontaktierung der Piezokeramik hingegen vor dem Fügen mit dem optionalen Anpasskörper vorgenommen, so müssen die Piezokeramik, die Anschlussdrähte, die Kontaktpins und eventuell der Wandlerdeckel bezie- hungsweise Wandlerdeckelring innerhalb des Fügevorgangs relativ zueinander fixiert oder positioniert bleiben. Ein derartiges Verfahren ist äußerst aufwendig.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Ultraschallwandler und Herstellungsverfahren zumindest teilweise vermeiden. Der Ultra- schallwandler kann insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein, und das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers eingesetzt werden. Dementsprechend kann für mögliche Ausgestaltungen des Verfahrens auf die Beschreibung des Ultraschallwandlers verwiesen werden und umgekehrt.
Der vorliegende Ultraschallwandler umfasst mindestens einen Wandlerkern mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement. Unter einem elektrisch-akustischen Wandlerelement ist ein grundsätzlich beliebiges Element zu verstehen, welches elektrische Signale in akustische Signale umwandeln kann und umgekehrt. Insbesondere kann es sich dabei um ein monolithisches Element handeln. Vorzugsweise umfasst das elektrisch-akustische Wandlerelement ein piezoelektrisches Wandlerelement oder ist als piezoelektrisches Wandlerelement ausgestaltet. Dementsprechend werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen des elektrisch- akustischen Wandlerelements, die Begriffe„Piezo",„Piezokeramik" und„piezoelektrisches Wandlerelement" auch als Synonyme für den Begriff„elektrischakustisches Wandlerelement" verwendet. Der Wandlerkern kann darüber hinaus weitere Elemente umfassen, wie unten noch näher ausgeführt wird. Beispielsweise kann der Wandlerkern auf einer dem fluiden Medium zuweisenden Seite mindestens einen Anpasskörper umfassen, beispielsweise gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik. Dieser Anpasskörper ist eingerichtet, um eine akustische Kopplung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement und dem fluiden Medium, beispielsweise Luft oder einer Flüssigkeit, zu verbessern. Idealerweise stellt der Anpasskörper ein Material bereit, dessen Impedanz beim geometrischen Mittel der Impedanzen des elektrisch-akustischen Wandlerelements und des fluiden Mediums liegt. Beim realen Ultraschallwandler und insbe- sondere bei einem gasförmigen fluiden Medium wird man in der Regel einen Anpasskörper mit einer anderen, meist höheren akustische Impedanzen verwenden. Der Anpasskörper kann auch mehrere Materialien mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen umfassen und/oder ein Material mit einem akustischen Impedanzgradienten. Der Wandlerkern kann beispielsweise eine Abstrahlfläche aufweisen, welche dem fluiden Medium zuweist und über welche Ultraschallsignale an das fluide Medium abgegeben und/oder Ultraschallsignale aus dem fluiden Medium aufgenommen werden können. Die Abstrahlfläche kann beispielsweise in einer Öffnung eines Gehäuses, welches unten noch näher erläutert wird, angeordnet sein. Beispielsweise kann diese Öffnung von einem Rand des Gehäuses umgeben sein, beispielsweise ringförmig. Auch andere Geometrien sind denkbar. Die Abstrahlfläche kann dabei bündig mit dem Rand des Gehäuses abschließen oder auch in einer anderen Ebene angeordnet sein, beispielsweise leicht ins Innere des Gehäuses versetzt oder leicht gegenüber dem Rand hin zum fluiden Medium versetzt.
Weiterhin umfasst der Ultraschallwandler mindestens ein Gehäuse. Dieses Gehäuse kann insbesondere hülsenförmig ausgestaltet sein. Unter einem Gehäuse wird dabei ein Element verstanden, welches den Ultraschallwandler im Wesentli- chen nach außen abschließt und dem Ultraschallwandler nach außen hin seine wesentliche Form verleiht. Das Gehäuse kann, wie unten noch näher ausgeführt wird, insbesondere aus einem metallischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial hergestellt sein und kann den Ultraschallwandler gegenüber mechanischen und/oder chemischen Einflüssen von außen schützen und/oder vor Tem- peratur- und/oder Druckeinflüssen.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Montage und der Aufbau des Ultraschallwandlers erheblich erleichtert werden können, wenn das Gehäuse mindestens zweiteilig ausgestaltet wird. Dementsprechend weist das Gehäuse mindestens zwei Gehäuseteile auf. Diese Gehäuseteile sind vorzugsweise vollständig getrennt ausgestaltet und können dementsprechend vorzugsweise vollständig unabhängig voneinander hergestellt und/oder gehandhabt werden.
Dabei ist mindestens ein erstes Gehäuseteil vorgesehen, welches den Wandlerkern zumindest teilweise umschließt. Beispielsweise kann das Gehäuseteil einen Anpasskörper des Wandlerkerns und/oder das elektrisch-akustische Wandlerelement ganz oder teilweise umschließen. Dementsprechend kann das erste Gehäuseteil beispielsweise ringförmig oder röhrenförmig ausgestaltet sein, beispielsweise mit einem runden oder polygonalen Querschnitt. Ein Innendurch- messer dieses Gehäuseteils kann passgenau dem Außendurchmesser des
Wandlerkerns entsprechen, oder es kann zwischen dem Gehäuseteil und dem Wandlerkern ein Zwischenraum vorgesehen sein, wie unten noch näher ausgeführt wird. Dabei umschließt das erste Gehäuseteil den Wandlerkern derart, dass eine von dem fluiden Medium abgewandte Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements zugänglich ist. Unter dem Begriff zugänglich ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zu verstehen, bei der das erste Gehäuseteil auf der Rückseite mindestens eine Öffnung aufweist, beispielsweise eine Öffnung mit einer höheren Öffnungsweite als der Wandlerkern, durch welche hindurch auf die Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements zugegriffen werden kann, beispielsweise für eine Kontaktierung des elektrisch akustischen Wandlerelements. Insbesondere können die Öffnung und/oder der Wandlerkern derart ausgestaltet sein, dass der Wandlerkern durch die Öffnung in dem ersten Gehäuseteil in das erste Gehäuseteil eingebracht und/oder aus diesem entfernt werden kann. Beispielsweise kann diese Rückseite des elektrischakustischen Wandlerelements bündig mit der Rückseite des ersten Gehäuseteils abschließen oder sogar über dieses erste Gehäuseteil hinausragen, so dass diese beispielsweise für eine elektrische Kontaktierung zugänglich ist. Alternativ kann das erste Gehäuseteil auch leicht auf der Rückseite überstehen, so dass die Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements leicht gegenüber der Rückseite des ersten Gehäuseteils ins Innere des Gehäuses versetzt ist, wobei jedoch nach wie vor die Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements für eine elektrische Kontaktierung zugänglich sein sollte.
Weiterhin ist mindestens ein zweites Gehäuseteil vorgesehen, welches mit dem ersten Gehäuseteil verbunden ist, beispielsweise über eine stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung. Dieses zweite Gehäuseteil ist derart ausgestaltet und angeordnet, dass dieses den Ultraschall- wandler auf seiner von dem fluiden Medium abgewandten Seite im Wesentlichen abschließt. Ein Abschluss bedeutet diesbezüglich jedoch keinen hermetischen Abschluss, sondern eine Definition der äußeren Gestalt des Ultraschallwandlers auf der dem fluiden Medium abgewandten Seite und/oder eine mechanische Stabilisierung von in dem Gehäuse aufgenommenen Komponenten des Ultraschallwandlers.
Weiterhin kann ein zumindest teilweiser Schutz vor äußeren Einwirkungen gewährleistet sein. Unter„im Wesentlichen" kann diesbezüglich ein Abschluss verstanden werden, bei welchem auch zumindest geringfügige Öffnungen, beispielsweise für Durchführungen oder als Ausgleichsöffnung bzgl. thermischer Ausdehnung von Teilen des Wandlers (z.B. eines Dämpfungselements), toleriert werden können. Unter„im Wesentlichen abgeschlossen" kann somit insbesondere eine Ausgestaltung des zweiten Gehäuseteils auf der dem fluiden Medium abgewandten Seiten verstanden werden, bei welcher das Wandlerinnere, beispielsweise das elektrisch-akustische Wandlerelement und/oder der gesamte Wandlerkern und/oder ein Entkopplungselement und/oder ein Dämpfungselement, durch das zweite Gehäuseteil im Inneren des Gehäuses gehalten werden, so dass diese Komponenten nicht aus dem Gehäuse entfernt werden können. Insbesondere kann das zweite Gehäuseteil eine rückseitige Abstützung bereitstellen, auf welcher eines oder mehrere der Elemente Wandlerkern, elektrisch- akustisches Wandlerelement, Entkopplungselement, Dämpfungselement, Dämp- fungs- und/oder Entkopplungsmaterial oder auch andere Elemente, welche im Inneren des Gehäuses angeordnet sind, abgestützt sein können. So kann beispielsweise das zweite Gehäuseteil auf seiner dem fluiden Medium abgewandten Seite mindestens ein Abstützelement umfassen, beispielsweise einen nach innen ragenden Kragen, auf welchem eines oder mehrere der genannten Elemente des
Gehäuseinneren abgestützt sein können, so dass beispielsweise ein Druck des fluiden Mediums aufgenommen werden kann. Beispielsweise kann auf diese Weise gewährleistet werden, dass eine Abdichtfolie auf der dem fluiden Medium zuweisenden Seite des Ultraschallwandlers bei einer Druckbelastung möglichst wenig nach innen gedrückt wird. Ist mindestens eine rückseitige Öffnung in dem zweiten Gehäuseteil vorgesehen, so sollte diese jedoch auch nicht zu klein gewählt werden, da dann die Abstützwirkung zwar immer besser wird, aber thermisch bedingte Ausdehnungen des Wandlerinneren, beispielsweise eines Dämpfungsvergusses, dann die optionale Abdichtfolie um so mehr belasten würden. Je nach Härte, Temperaturausdehnungskoeffizient und Füllvolumen kann in der Praxis ein entsprechender Kompromiss für die optimale Öffnungsgröße des zweiten Gehäuseteils gefunden werden.
Wie oben dargestellt, kann das erste Gehäuseteil den Wandlerkern insbesondere ringförmig umgeben. Dementsprechend kann das erste Gehäuseteil beispielsweise ganz oder teilweise als Ring und/oder als ringförmige Hülse ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das erste Gehäuseteil eine Stirnfläche aufweisen, insbesondere eine kreisförmige Stirnfläche, welche dem fluiden Medium zuweist. Eine Abstrahlfläche des Wandlerkerns, also eine Fläche, über welche akustische Signale vom Wandlerkern an das fluide Medium abgegeben werden und/oder über welche akustische Signale aus dem fluiden Medium von dem Wandlerkern aufgenommen werden, kann von dieser Stirnfläche ringförmig umgeben sein. Beispielsweise kann die Abstrahlfläche in einer Ebene mit dieser Stirnfläche des ersten Gehäuseteils angeordnet sein. Eine derartige Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, wenn, wie unten noch näher ausgeführt wird, mindestens eine Abdichtfolie vorgesehen ist, welche einen Gehäuseinnenraum des Ultraschallwandlers gegenüber Einflüssen aus dem fluiden Medium, beispielsweise chemischen Einflüssen und/oder Druckeinflüssen, abschirmt und/oder abdichtet. Eine derartige Abdichtfolie kann beispielsweise mit der Stirnfläche des ersten Gehäuseteils und/oder mit der Abstrahlfläche verklebt oder auf andere Weise verbunden sein.
Das elektrisch-akustische Wandlerelement kann insbesondere auf der dem fluiden Medium abgewandten Seite bündig mit dem ersten Gehäuseteil abschließen oder über das erste Gehäuseteil vorstehen. Diese Ausgestaltung ist besonders günstig, um eine einfache elektrische Kontaktierung des elektrisch-akustischen
Wandlerelements zu gewährleisten.
Das zweite Gehäuseteil kann insbesondere topfförmig ausgestaltet sein. In diesem Fall kann das zweite Gehäuseteil beispielsweise von der dem fluiden Medi- um abgewandten Seite über das erste Gehäuseteil gestülpt sein. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil können beispielsweise durch ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren miteinander verbunden sein, insbesondere ein Schweißverfahren. Insbesondere bei Kunststoffmaterialien, jedoch auch bei anderen Materialien, bietet sich dabei insbesondere ein Ultraschallschweißen an. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Verbindungstechniken eingesetzt werden, beispielsweise kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungstechniken, beispielsweise durch Laserschweißen, Kleben oder durch ein Aufklipsen des zweiten Gehäuseteils auf das erste Gehäuseteil oder umgekehrt. Der Ultraschallwandler kann weiterhin mindestens einen Kontaktbügel zur elektrischen Kontaktierung des elektrisch-akustischen Wandlerelements umfassen. Der Kontaktbügel kann beispielsweise einen, zwei oder mehr elektrische Kontakte zur Kontaktierung von Elektroden des elektrisch-akustischen Wandlerelements umfassen. Der mindestens eine Kontaktbügel kann beispielsweise im Wesentli- chen formstabil ausgestaltet sein, also derart, dass dieser sich zumindest unter
Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft nicht oder nur unwesentlich verformt. Der Kontaktbügel kann insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt sein. Der Kontaktbügel kann dabei durch das zweite Gehäuseteil hindurch in einen Innenraum des Ultraschallwandlers ragen und dort mit dem elektrisch- akustischen Wandlerelement elektrisch verbunden sein. Diese elektrische Verbindung zwischen Kontaktbügel und elektrisch-akustischem Wandlerelement kann beispielsweise durch eine direkte Kontaktierung des elektrisch-akustischen Wandlerelements durch den Kontaktbügel erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Verbindungstechniken eingesetzt werden, bei- spielsweise Drahtbond-Techniken. Derartige Bonding-Techniken lassen sich, da durch die zweiteilige oder mehrteilige Ausgestaltung des Gehäuses ein Zugang zum elektrisch-akustischen Wandlerelement erleichtert wird, technisch besonders einfach realisieren. Der Kontaktbügel kann insbesondere mit dem ersten Gehäuseteil verbunden sein. Auf diese Weise kann der Kontaktbügel insbeson- dere räumlich fixiert werden. Diese Verbindung kann beispielsweise eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung umfassen. Beispielsweise kann der Kontaktbügel ein oder mehrere Verbindungselemente umfassen, beispielsweise Klips, mittels derer ein Aufstecken und/oder Aufklipsen des Kontaktbügels auf das erste Gehäuseteil möglich ist.
Der Kontaktbügel kann neben einer elektrischen Kontaktierung des elektrischakustischen Wandlerelements weitere Aufgaben erfüllen. So kann dieser beispielsweise zumindest teilweise als elektromagnetische Abschirmung ausgestaltet sein. Dementsprechend kann der Kontaktbügel beispielsweise das elektrisch- akustische Wandlerelement zumindest teilweise umschließen. Wie oben ausgeführt, kann der Wandlerkern in dem mindestens einen elektrischakustischen Wandlerelement weitere Elemente umfassen. Beispielsweise kann der Wandlerkern mindestens einen Anpasskörper umfassen, beispielsweise gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik. Dieser kann zur Verbesserung einer akustischen Kopplung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement und dem fluiden Medium ausgestaltet sein. Dabei kann das erste Gehäuseteil den Anpasskörper zumindest teilweise umgeben, beispielsweise ringförmig umschließen. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil können, wie oben dargestellt, ganz oder teilweise aus einem metallischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial und/oder aus anderen Materialien hergestellt sein. Besonders bevorzugt sind Materialien, welche gleichzeitig eine gute Eigendämpfung und die Möglichkeit zur Herstellung auch filigraner Strukturen aufweisen. So können beispiels- weise Flüssigkristallpolymere (Liquid Crystal Polymers, LCP) eingesetzt werden.
Alternativ oder zusätzlich können auch andere Kunststoffe eingesetzt werden, beispielsweise PPA (Polyphtalamid), PBT (Polybuthylenterephtalat) und/oder PEEK (Polyetheretherketon) und/oder andere Kunststoffe. Diese Kunststoffmaterialien können ungefüllt oder auch gefüllt ausgestaltet sein, beispielsweise mit ei- ner Glasfaserfüllung, Keramik, Karbon oder Ähnlichem.
Das erste Gehäuseteil kann insbesondere eine dem fluiden Medium zuweisende Öffnung aufweisen. Beispielsweise kann das erste Gehäuseteil, wie oben dargestellt, eine Stirnfläche aufweisen, beispielsweise eine ringförmige Stirnfläche, welche die Öffnung umrandet. Die Abstrahlfläche des Wandlerkerns kann innerhalb dieser Öffnung angeordnet sein. Die Öffnung kann durch zumindest eine Abdichtfolie verschlossen sein. Die Abdichtfolie kann beispielsweise mit dem ersten Gehäuseteil, beispielsweise der Stirnfläche, verbunden sein. Innerhalb des Ultraschallwandlers kann insbesondere mindestens ein Gehäuseinnenraum vorgesehen sein. Dieser Gehäuseinnenraum kann beispielsweise zumindest teilweise durch das zweite Gehäuseteil begrenzt sein. Dieser Gehäuseinnenraum kann insbesondere zumindest teilweise mit einem Füll- und/oder Dämpfungsmaterial ausgefüllt sein, beispielsweise einem Dämpfungsverguss. Hierfür bieten sich beispielsweise Silikone an. Das Dämpfungsmaterial kann insbesondere direkt mit dem Wandlerkern, beispielsweise dem elektrisch- akustischen Wandlerelement, in Verbindung stehen und kann eingerichtet sein, um nach einer Anregung des Wandlerkerns eine möglichst rasche Dämpfung bereitzustellen. Das Füll- und/oder Dämpfungsmaterial kann weiterhin eingerichtet sein, um vom fluiden Medium auf den Wandler ausgeübte Druckkräfte über den Wandlerkern und das Füll- und/oder Dämpfungsmaterial rückseitig auf das zweite Gehäuseteil abzuleiten.
Neben dem Ultraschallwandler in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschall- wandlers zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen. Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines Ultraschallwandlers in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen eingesetzt werden, wobei jedoch grundsätzlich auch andere Arten von Ultraschallwandlern mit dem vorgeschlagenen Verfahren herstellbar sind. Das Verfahren umfasst die nachfolgend be- schriebenen Schritte, welche nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen. Einzelne Verfahrensschritte können auch gleichzeitig und/oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können einzelne oder mehrere Verfahrensschritte wiederholt durchgeführt werden. Bei dem Verfahren wird ein Wandlerkern erzeugt, der mindestens ein elektrischakustisches Wandlerelement umfasst. Weiterhin wird in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens ein erstes Gehäuseteil bereitgestellt, derart, dass das erste Gehäuseteil den Wandlerkern zumindest teilweise umschließt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Wandlerkern bereits vollständig ausgestaltet sein, kann je- doch auch erst lediglich teilweise ausgestaltet sein, beispielsweise indem zu diesem Zeitpunkt lediglich ein Anpasskörper des Wandlerkerns bereitgestellt wird, welcher durch das erste Gehäuseteil zumindest teilweise umschlossen wird. Das erste Gehäuseteil ist dabei derart ausgestaltet und wird derart bereitgestellt, dass eine von dem fluiden Medium abgewandte Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements zugänglich ist, beispielsweise für einen elektrischen Kontaktie- rungsvorgang. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein zweites Gehäuseteil bereitgestellt. Dieses zweite Gehäuseteil wird mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, derart, dass der Ultraschallwandler auf seiner von dem fluiden Medium abgewandten Seite durch das zweite Gehäuseteil im Wesentlichen abgeschlossen wird. Das Herstellungsverfahren kann besonders einfach derart gestaltet werden, dass mindestens eine Abdichtfolie, beispielsweise der oben beschriebenen Art, eingesetzt wird. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Kunststofffolie handeln, beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, um eine Polyimid-Folie oder ein anderes Folienmaterial. Auch metallische Folien sind jedoch grundsätzlich möglich. Dabei kann das Verfahren derart ausgestaltet werden, dass das erste Gehäuseteil und der Wandlerkern oder ein Teil des Wandlerkerns, beispielsweise ein Anpasskörper, auf die Abdichtfolie aufgebracht werden. Insbesondere können diese mit der Abdichtfolie verbunden werden, beispielsweise durch ein Klebeverfahren und/oder eine andere Art des stoffschlüssigen Verfahrens. Dabei wird ein Zwischenraum zwischen dem Wandlerkern oder dem Teil des Wandlerkerns und dem ersten Gehäuseteil zumindest teilweise durch mindestens ein Dämpfungs- und/oder Entkopplungsmaterial ausgefüllt. Beispielsweise kann dieses Dämpfungs- und/oder Entkopplungsmaterial ein Kunststoff- material umfassen, insbesondere ein Flüssigsilikonkautschuk (Liquid Silicone
Rubber, LSR). Das Ausfüllen kann insbesondere durch einen Vergussvorgang erfolgen.
Vor dem Verbinden des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils kann insbesondere ein Kontaktbügel zur Kontaktierung des elektrisch-akustischen
Wandlerelements mit dem ersten Gehäuseteil verbunden werden. Diese Verbindung kann, wie oben bereits ausgeführt, insbesondere eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung beinhalten. Der Kontaktbügel kann insbesondere mehrere zusammenhängende elektrische Kontakte aufweisen, wobei die elektrischen Kontakte nach Verbindung des Kontaktbügels mit dem ersten
Gehäuseteil, beispielsweise nach Aufbringen des zweiten Gehäuseteils auf das erste Gehäuseteil, voneinander getrennt werden können.
Der vorgeschlagene Ultraschallwandler und das vorgeschlagene Verfahren wei- sen gegenüber bekannten Ultraschallwandlern und bekannten Herstellungsverfahren zahlreiche Vorteile auf. So wird eine Basis für einen kostengünstigen und großserientechnisch herstellbaren Ultraschallwandler, beispielsweise einen Luftultraschallwandler, gelegt, wie er beispielsweise zur Gasströmungsmessung im Automobilbereich eingesetzt werden kann. Ein Ultraschallwandler kann bei- spielsweise als Ultrasonic Flow Meter, also als Ultraschall-Strömungsmesser, auf der Druckseite aufgeladener Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Der Ultraschallwandler kann einfach und kostengünstig aufgebaut sein. So kann der Ultraschallwandler auf Basis einer Piezokeramik hergestellt werden, mit optional einer Impedanzanpassungsschicht, mit einem Gehäuse in Form beispielsweise einer zweiteilige Hülse. Dabei kann das erste Gehäuseteil als frontseitiger Teil der Hülse ausgestaltet sein und mit der Anpassschicht verbunden sein. Diese Verbindung kann beispielsweise über mindestens ein Entkopplungselement und/oder mindestens eine Abdichtfolie und/oder eine Beschichtung und/oder eine Kombination dieser Elemente erfolgen. Das erste Gehäuseteil, beispielsweise der frontseitige Teil der gesamten Hülse, kann derart flach ausgestaltet werden, dass die Rückseite des Piezos ungefähr in einer Ebene mit dem hinteren Hülsenrand liegt. Dementsprechend kann der Piezo während des Montage-, Klebe- und Kontaktiervorgangs gut zugänglich sein. Das zweite Gehäuseteil kann insbesondere als rückseitiger Hülsenteil ausgestaltet sein. Dieses zweite Gehäuseteil kann als tieferes Hülsenteil ausgestaltet sein als das erste Gehäuseteil. Das zweite Gehäuseteil kann, wie oben dargestellt, dementsprechend ein dämpfendes und/oder ein entkoppelndes und/oder ein abstützendes Material aufnehmen, beispielsweise ein Vergussmaterial.
Durch die mindestens zweiteilige Ausgestaltung des Gehäuses, beispielsweise durch die Ausgestaltung der zweiteiligen Hülse, mit vorzugsweise einem relativ flachen Frontteil, ist eine gute Zugänglichkeit der Piezorückseite gewährleistet. Hierdurch lässt sich eine vorteilhafte Fertigungsreihenfolge realisieren. Die Erfindung ermöglicht insgesamt mehr Freiheitsgrade des Designs, beispielsweise bezüglich der Wahl der Kontaktierungstechnik. Hierdurch lassen sich letztendlich spezielle Anforderungen an den Ultraschallwandler erfüllen, beispielsweise Anforderungen des Automobilbereichs, insbesondere Motoranbaubedingungen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale möglicher Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei spiele.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers;
Figur 2 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels in Figur 1 mit Schnittebene senkrecht zur Schnittebene in Figur 1 ; und
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktbügels.
Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1 und 2 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers 1 10 gezeigt. Dabei zeiget Figur 1 eine Schnittdarstellung von der Seite, wohingegen Figur 2 eine Schnittdarstellung senkrecht zu Schnittebene in Figur 1 , in Blickrichtung von oben zeigt. Der Ultraschallwandler 1 10 umfasst als einen Wandlerkern 1 12, der seinerseits ein elektrischakustisches Wandlerelement 1 14 und einen Anpasskörper 1 16 umfasst. Dabei kann der Anpasskörper 1 16 beispielsweise als λ/4-lmpedanzanpassschicht ausgestaltet sein. Das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 kann beispielswei se als Piezoelement ausgestaltet sein und direkt oder über mindestens eine Zwi schenschicht (beispielsweise eine Zwischenschicht zum Ausgleich thermome- chanischer Spannungen) mit dem Anpasskörper 1 16 verbunden sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Anpasskörper 1 16 einen geringfügig höhe ren Durchmesser di auf als das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14. Beispielsweise kann dar gesamte Wandlerkern 1 12 daher insgesamt den Durchmesser di aufweisen, beispielsweise einen Durchmesser von 8 mm.
Der Wandlerkern 1 12 ist in ein Gehäuse 1 18 eingebracht, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgestaltet ist. Auch mehr als zwei Teile können grundsätzlich vorgesehen sein. Dementsprechend umfasst das Gehäuse 1 18 einen frontseitiges, im Einsatz einem fluiden Medium 120 (siehe Figur 1 ) zuweisendes erstes Gehäuseteil 122 und ein rückseitiges, vom fluiden Medium 120 abgewandetes zweites Gehäuseteil 124. Das erste Gehäuseteil 122, welches im Folgenden auch als erste Gehäusehülse oder frontseitige Hülse bezeichnet wird, kann beispielsweise als im Wesentlichen zylindersymmetrische Hülse ausgestaltet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Gehäuseteil 122 exemplarisch im Schnitt gewinkelt ausgestaltet und weist einen parallel zu einer Achse 126 verlaufenden Axialteil 128 und einen im Wesentlichen senkrecht zur Achse 126 verlaufenden Radialteil 130 auf. Der Radialteil 130 weist eine Stirnfläche 132 auf, welche dem fluiden Medium 120 zuweist. Diese Stirnfläche 132 ist beispielsweise kreisringförmig ausgestaltet. Sie weist einen Innendurchmesser d2 von beispielsweise 12 mm auf. Dementsprechend kann zwischen dem Wandlerkern 1 12 und dem diesen zumindest teilweise umgebenden ersten Gehäuseteil 122 ein Zwischenraum 134 ausgebildet sein. Dieser Zwischenteil 134 kann beispielsweise im vorliegenden Fall im Wesentlichen zylinderhülsenförmig ausgestaltet sein, mit einer Dicke von beispielsweise 1 mm. Der Zwischenraum 134, kann, wie im Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 und 2, beispielsweise ganz oder teilweise mit einem Entkopplungselement 136 ausgefüllt sein, welches zwar für eine gute mechanische Fixierung des Wandlerkerns 1 12 im Gehäuse 1 18 sorgt, jedoch eine Körperschallübertragung zwischen Gehäuse 1 18 und Wandlerkern 1 12 zumindest dämpft. Beispielsweise kann als Material für das Entkopplungselement 136 ein Vergussmaterial verwendet werden, beispielsweise ein Flüssigsilikonkautschuk (Liquid Silicon Rubber, LSR).
Der Wandlerkern 1 12 weist auf seiner dem fluiden Medium 120 zuweisenden Seite eine Abstrahlfläche 138 auf. Diese ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Ebene mit der Stirnfläche 132 des ersten Gehäuseteils 122 angeordnet. Auch die dem fluiden Medium 120 zuweisende Seite des Entkopp- lungselements 136 ragt vorzugsweise nicht über diese gemeinsame Ebene der
Flächen 132 und 138 hinaus. Zum fluiden Medium 120 kann der Ultraschallwandler 1 10 über mindestens ein Abdichtelement 140 abgedichtet sein, beispielsweise eine Abdichtfolie 142. Alternativ oder zusätzlich kommen noch andere Arten von Abdichtelementen 140 in Betracht, beispielsweise Beschichtungen. Die Abdicht- folie kann beispielsweise großflächig mit der Abstrahlfläche 138 und/oder der
Stirnfläche 132 verbunden sein, beispielsweise durch ein Verkleben. Rückseitig, also auf der dem fluiden Medium 120 abgewandten Seite, ist das erste Gehäuseteil 122 vergleichsweise kurz ausgestaltet, so dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Rückseite des Wandlerkerns 1 12 bündig mit der Rückseite des ersten Gehäuseteils 122 abschließt oder sogar über dieses hinausragt. Dementsprechend ist das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 vorzugsweise frei von der Rückseite her zugänglich.
Das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 ist über einen Kontaktbügel 144 kontaktiert. Dieser Kontaktbügel 144 ist beispielsweise in einer radialen Erweiterung 146 des zweiten Gehäuseteils 124, welches ansonsten beispielsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist, beispielsweise topfförmig, geführt. Der Kontaktbügel 144 ist an seinem oberen Ende durch eine Öffnung 150 im zweiten Gehäuseteil 124 nach außen geführt und weist an seinem unteren Ende vor- zugsweise Verbindungselemente 148 zum Verbinden mit dem ersten Gehäuseteil 122 auf. Diese Verbindungselemente 148 sind im dargstellten Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise in Figur 1 erkennbar ist, Klipp-förmig oder hakenförmig ausgestaltet und können über das rückseitige Ende des Axialteils 128 des ersten Gehäuseteils 122 gestülpt und/oder geklemmt werden. Auf diese Weise kann eine beispielsweise formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung erzielt werden.
Der Kontaktbügel 144 ist exemplarisch in Figur 3 dargestellt. Danach ist erkennbar, dass der Kontaktbügel 144 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elekt- rische Kontakte 152, 154 aufweist, die beispielsweise an ihrem oberen Ende durch einen Steg 156 miteinander verbunden sein können. Dieser Steg 156 kann nach Montage des Ultraschallwandlers 1 10, wie unten noch näher ausgeführt wird, entfernt werden. Die Verbindungselemente 148 können seitlich über die im Wesentlichen axial verlaufenden elektrischen Kontakte 152, 154 hinausragen, beispielsweise um 2,2 mm. Auch die elektrischen Kontakte 152, 154 können beispielsweise eine Breite von 2,2 mm aufweisen und können beispielsweise um 1 ,4 mm beabstandet sein. Die elektrischen Kontakte 152, 154 können, wie beispielsweise aus Figur 1 erkennbar ist, Kontaktierflächen 158 bereitstellen. Über diese Kontaktierflächen 158 kann beispielsweise eine Kontaktierung 160 zu ent- sprechenden Kontakten des elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 geführt werden, beispielsweise durch ein Drahtbonding. Da die Rückseite des Wandler- kerns 1 12 auch bei in das erste Gehäuseteil 122 eingebrachtem Wandlerkern 1 12 vor Aufbringen des zweiten Gehäuseteils 124 vergleichsweise frei zugänglich ist, ist eine derartige Kontaktierung durch Aufbringen von beispielsweise Drähten oder mittels anderer Bonding-Techniken oder Klemmtechniken oder an- derer Kontaktiertechniken leicht möglich.
Nach dieser Kontaktierung wird das beispielsweise topfförmige zweite Gehäuseteil 124 auf das erste Gehäuseteil 122 aufgebracht und mit diesem verbunden, beispielsweise durch ein Ultraschallschweißen. Die Verbindung ist in Figur 1 mit der Bezugsziffer 162 bezeichnet. Dadurch bildet sich auf der dem fluiden Medium
120 abgewandten Seite des Wandlerkerns 1 12 ein Innenraum 164. Dieser Innenraum 164 kann beispielsweise großräumig ausgestaltet sein, so dass dieser beispielsweise vollständig oder teilweise mit mindestens einem Füll- und/oder Dämpfungsmaterial 166 ausgefüllt werden kann, beispielsweise einem Dämp- fungsverguss. Zu diesem Zweck kann das erste Gehäuseteil 122 beispielsweise eine oder mehrere Öffnungen 168 umfassen, welche nachträglich verschlossen werden können oder welche auch im Gehäuse 1 18 verbleiben können.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 ist der Ult- raschallwandler 1 10 also mit einem zweiteiligen Gehäuse 1 18, beispielsweise einer zweiteiligen Hülse, ausgestaltet. Eine Wandlerfront weist dabei in Figur 1 nach unten, dem fluiden Medium 120 zu. Ein entsprechender frontseitiger Hülsenteil kann beispielsweise ringförmig ausgestaltet sein. Zur Herstellung des Ultraschallwandlers 1 10 gemäß den Figuren 1 und 2 kann beispielsweise die Stirn- fläche 132 des ersten Gehäuseteils 122 auf die Abdichtfolie 142 aufgeklebt werden. Auch der Anpasskörper 1 16 kann auf diese Abdichtfolie 142 aufgeklebt werden, so dass diese Elemente fixiert sind. Als Abdichtfolie 142 kann beispielsweise Polyimid-Folie (beispielsweise Kapton) verwendet werden. In einem Spritzwerkzeug kann dann das Entkopplungselement 136 als akustische Ent- kopplung eingespitzt und/oder eingegossen werden, beispielsweise ein LSR-
Material. Anschließend kann das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 aufgeklebt werden, und die Verbindungselemente 148, beispielsweise die Kontaktpins, des Kontaktbügels 144 können auf dem Axialteil 128 eingerastet werden. Dabei kann, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, ein zusammenhängender Kon- taktbügel 144 verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch einzelne Kontaktpins eingesetzt werden. Der Kontaktbügel 144 kann beispiels- weise nach der Montage des Ultraschallwandlers 1 10 geöffnet werden. Anschließend kann die Aufbringung der Kontaktierung 160 erfolgen. Beispielsweise können Kupferdrähte oder -Bändchen per Thermokompressionsschweißen auf den Piezoelektroden und/oder den Kontaktierflächen 158, beispielsweise den Kontaktlands der Kontaktpins, beispielsweise des Kontaktbügels 144, befestigt werden. Alternativ kann mindestens ein Teil des Kontaktbügels 144 direkt, beispielsweise durch eine Schweißung, auf den Piezoelektroden und/oder Kontaktierflächen 158 befestigt werden. Anschließend kann der rückseitige Hülsenteil in Form des zweiten Gehäuseteils 124 aufgesetzt werden und mit dem ersten Ge- häuseteil 122, beispielsweise dem Hülsenring, verbunden werden, insbesondere durch Ultraschallverschweißung. Anschließend kann ein Dämpfungsverguss und/oder anderes Füll- oder Dämpfungsmaterial 166 eingefüllt und ausgehärtet werden. Die rückseitige Öffnung 168 kann dabei nicht nur dem Einfüllen des Fülloder Dämpfungsmaterials 166 dienen, sondern kann auch einen Ausgleich ther- mischer Ausdehnungen des Dämpfungsvergusses innerhalb des Sensorbetriebsbereichs ermöglichen. Andererseits sollte diese Öffnung 168 lediglich so groß bemessen werden, dass sich das Wandlerinnere, also der Innenraum 164, bei Gegendruck des zu messenden fluiden Mediums 122, beispielsweise Luft, noch ausreichend an der Hülse nach hinten abstützen kann. Die Größe der öff- nung 168 und/oder deren geometrische Ausgestaltung kann zu diesem Zweck abhängig vom Füllvolumen bzw. der Füllgeometrie sowie der Härte und der Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien dergestalt ausgelegt werden, dass sich die dem fluiden Medium zugewandte Abstrahlfläche sowohl bei Druckbelastung als auch bei thermischer Belastung möglichst wenig bewegt.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellt Ultraschallwandler 1 10 stellt nur eines von mehreren Ausführungsbeispielen dar. Das Ausführungsbeispiel kann, wie auch andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, auf verschiedene Weisen vorteilhaft weitergebildet und/oder abgewandelt werden. So kann beispiels- weise eine innen liegende Entkopplung vorgesehen sein, welche nach außen eine wohldefinierte, harte und leicht abdichtbare mechanische Schnittstelle bietet. Das Material des Gehäuses 1 18 kann vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt werden, da Kunststoff eine besonders gute Entkopplungseigenschaft aufweist. Körperschallanteile, welche beispielsweise über das Dämpfungsmaterial 166, das Entkopplungselement 136 oder die Abdichtfolie 142 übertragen werden, werden aufgrund der Schalldämpfung des Kunststoffs ausreichend abgedämpft. Besonders geeignet ist ein Flüssigkristallpolymer (Liquid Crystal Polymer, LCP), da dieses besonders geeignet ist, um filigrane Strukturen herzustellen und da dieses gleichzeitig eine gute Eigendämpfung aufweist. Andere Materialien sind beispielsweise PPA, PBT, PEEK oder andere Kunststoffe. Die Kunststoff materia- lien können gefüllt oder ungefüllt eingesetzt werden, beispielsweise mit einer Füllung aus Glasfasern, Keramik, Carbon oder Ähnlichem. Weiterhin kann, alternativ oder zusätzlich, als Material für das Gehäuse 1 18 und/oder die Gehäuseteile 122, 124, auch Metall und/oder ein Verbundmaterial gewählt werden. Beispielsweise ermöglichen Metall als Hülsenmaterial und/oder in Kunststoff eingelegte Metallteile eine EMV-Abschirmung. Metall neigt allerdings eher zu lang andauernden Eigenschwingungen, die die Entkopplungseigenschaften beeinträchtigen könnten. Im Falle von Kunststoff als Hülsenmaterial beziehungsweise als Material des Gehäuses 1 18 kann der Kontaktbügel 144 auch beispielsweise in drei statt nur in zwei Segmente beziehungsweise elektrische Kontakte 152 aufgeteilt wer- den, von denen beispielsweise zwei Segmente zur Piezokontaktierung dienen und das dritte Segment eine ring- oder teilringförmige Schirmung des elektrischakustischen Wandlerelements 1 14 und/oder weiterer Teile des Ultraschallwandlers 1 10 darstellen kann. Wie oben dargestellt, kann als Material für die Abdichtfolie 142 beispielsweise
Polyimid (zum Beispiel Kapton) in Frage kommen. Weitere, alternativ oder zusätzlich einsetzbare Materialien sind beispielsweise fluorierte Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Teflon und/oder PEEK, andere Arten von Thermoplasten oder Duroplasten oder auch Beschichtungen, welche nicht als Folie aufgebracht werden, zum Beispiel Parylene, Lacke oder ähnliche Materialien.
Alternativ oder zusätzlich zur flächigen Verklebung der Abdichtfolie 142 mit dem ersten Gehäuseteil 122 kommen auch andere Verbindungstechniken in Frage. Weiterhin kann der Folienrand der Abdichtfolie 142 auch noch separat versiegelt werden. Dies kann beispielsweise gleichzeitig mit der Verklebung des Ultraschallwandlers 1 10 in ein übergeordnetes Sensorgehäuse erfolgen, welches in den Figuren nicht dargestellt ist. In einem derartigen übergeordneten Sensorgehäuse können beispielsweise auch mehrere derartiger Ultraschallwandler 1 16 angeordnet werden, wie es beispielsweise in dem oben zitierten Stand der Tech- nik und/oder in DE 10 2004 061404 A1 dargestellt ist. Die dort beschriebenen Sensoranordnungen können auch unter Verwendung eines Ultraschallwandlers 1 10 gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden.
Die Abdichtfolie 142 kann in einem eigenen Prozessschritt auf den Hülsenring des ersten Gehäuseteils 122 und auf den Anpasskörper 1 16 geklebt werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch eine Verbindung zwischen der Abdichtfolie 142 und dem ersten Gehäuseteil 122 und/oder dem Anpasskörper 1 16 auf eine andere Weise erfolgen, beispielsweise in einem Schritt mit dem Einbringen des Entkopplungselements 136, beispielsweise in einem Spritzgießwerkzeug, bei- spielsweise einem LSR-Werkzeug. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung auch zeitnah zum LSR-Prozess und/oder einem anderen Spritzgießprozess zur Einbringung des Entkopplungselements 136 erfolgen, beispielsweise durch den gleichen Andruck, der auch das Werkzeug, beispielsweise das LSR- Werkzeug, schließt beziehungsweise dichtet.
Alternativ oder zusätzlich können auch andere Arten von Entkopplungselementen 136 verwendet werden. So kann das Entkopplungselement 136 auch ganz oder teilweise als Formteil ausgestaltet und/oder montiert werden. Ein Vorteil dieses Vorgehens könnte in einer geringeren Belastung des Anpassschichtwerk- stoffs bestehen. Nachteilig hieran ist jedoch eine grundsätzliche aufgrund der weicheren Konsistenz höhere Toleranz. Eine weitere Variante, welche alternativ oder zusätzlich eingesetzt werden kann, ist eine Anspritzung des Materials des Entkopplungselements 136, beispielsweise des LSR, lediglich an das erste Gehäuseteil 122 und optional die Abdichtfolie 142, während der Anpasskörper 1 16 in einem separaten Prozessschritt aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, wird.
Alternativ zum LSR-Prozess kann auch ein Dämpfungs- und/oder Entkopplungsmaterial mittels einer Gießtechnik eingebracht werden. Statt Silikon können auch andere Materialien eingesetzt werden. Das Entkopplungselement 136 kann als separater Stoff auch entfallen und/oder kann ganz oder teilweise mit dem
Dämpfungsmaterial 166 zusammengefasst werden. Beispielsweise kann ein einziger Vergussstoff verwendet werden, welcher einen Kompromiss aus Dämpfung und Entkopplung darstellt. Dies kann beispielsweise ein Silikonwerkstoff sein. Als Grundstoff sind auch beispielsweise flexibilisierte Epoxide mit weiteren Füllstof- fen denkbar. Weitere Modifikationen und/oder Weiterbildungen betreffen den Anpasskörper 1 16. Beispielsweise kann dieser gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Anpasskörper 1 16 aus Glashohlkugel-gefülltem Epoxid und/oder aus porös gesintertem Polyimid, beispiels- weise Polyimid vom Typ Vespel der Firma DuPont oder anderen Materialen und/oder auch Gradientenwerkstoffen bestehen, deren akustische Impedanz beziehungsweise deren Impedanzverlauf so gewählt ist, dass eine günstige Kopplung zwischen elektrisch-akustischem Wandlerelement 1 14 und fluidem Medium 120 gegeben ist. Zwischen dem elektrisch-akustischem Wandlerelement 1 14 und dem Anpasskörper 1 16 können eine oder mehrere zusätzliche Schichten platziert werden, die das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14, beispielsweise den Piezo, vor Verspannungen schützen, indem diese beispielsweise ein Ausdehnungskoeffizienten nahe dem Piezomaterial aufweisen (das heißt beispielsweise in der Größenordung von 10 ppm/K oder weniger) und eine ausreichende Dicke aufweisen. Diese mindestens eine Schicht kann gleichzeitig dazu dienen, offene
Poren des Anpasskörpers 1 16 gegenüber einem Klebstoff abzudichten, mit welchem das elektrisch-akustische Wandlerelement 1 14 befestigt wird. Diese mindestens eine optionale zusätzliche Schicht kann beispielsweise geklebt oder durch ein Molding-Verfahren aufgebracht werden und/oder Teil des Anpasskör- pers 1 16, beispielsweise der Anpassschicht, sein, insbesondere mit anderen thermischen/akustischen Eigenschaften.
Der Durchmesser des elektrisch-akustischen Wandlerelements 1 14 kann so gewählt werden, dass im Wesentlichen die Pianarresonanz zur Ultraschallerzeu- gung und/oder Ultraschalldetektion ausgenutzt wird. Die Dicke des elektrischakustischen Wandlerelements 1 14 kann einen Kompromiss darstellen. Je dünner beispielsweise der Piezo gewählt wird, desto flexibler wird er, was ihn bezüglich Thermoschocks stabiler gestaltet. Andererseits vollführt ein zu dünner Piezo zu starke Biegeschwingungen, die zusammen mit dem Anpasskörper 1 16 zu einem zu starken Temperaturgang des Ultraschallwandlers 1 10 führen können. Die
Verbindung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 1 14 und dem Anpasskörper 1 16 beziehungsweise einer Ausgleichsschicht kann auch ohne separaten Klebstoff ausgeführt werden, beispielsweise indem ein Piezoelement direkt in den Anpasskörper 1 16 und/oder mindestens einen Zwischenkörper ein- gebettet wird. Die Verbindung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 1 14 und dem Anpasskörper 1 16 und/oder der optionalen Ausgleichs- schicht kann so flexibilisiert werden, dass die Piezofunktion von der thermischen Veränderung des Anpasskörpers 1 16 beziehungsweise der Ausgleichsschicht oder durch Temperaturschocks nicht beeinträchtigt wird. Andererseits wird die Verbindung vorzugsweise genügend hart gewählt, dass eine ausreichende akustische Kopplung vorliegt. In der Regel kann hierfür ein Epoxy-basiertes Material verwendet werden.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Elektroden des elektrisch-akustischen Wandlerelements 1 14, beispielsweise des Piezos, und dem Kontaktbügel, welcher allgemein einen oder mehrere Kontaktpins umfassen kann, kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann, wie oben ausgeführt, eine Verbindung mittels Drähten, Bändchen, Folie oder auch Litzen erfolgen. Als Kontak- tierung kommt anstelle des genannten Thermo-Kompressionsschweißens grundsätzlich auch eine andere Technik in Frage. Beispielsweise bieten sich Leitkleben, Löten oder Drahtbonden an. Die Kontaktstellen oder auch die gesamte Verbindung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement und dem Kontaktbügel 144 und/oder einzelnen Kontaktpins dieses Kontaktbügels 144 können mit einer harten Schutzmasse, beispielsweise einer Glob-Top-Masse und/oder mit weichem Silikon-Gel abgedeckt werden, um diese zu schützen, beispielsweise vor Korrosion. Die Kontaktpins können grundsätzlich auch mit einem der Gehäuseteile des Gehäuses 1 18 fest verbunden sein, beispielsweise als Einlegeteil beziehungsweise als Lead-Frame und/oder als umspritzte Teile.

Claims

Ansprüche
1 . Ultraschallwandler (1 10) zum Einsatz in einem fluiden Medium (120), umfassend mindestens einen Wandlerkern (1 12), wobei der Wandlerkern (1 12) mindestens ein elektrisch-akustisches Wandlerelement (1 14) umfasst, wobei der Ultraschallwandler (1 10) weiterhin mindestens ein Gehäuse (1 18) umfasst, wobei das Gehäuse (1 18) mindestens zwei Gehäuseteile (122, 124) aufweist, wobei mindestens ein erstes Gehäuseteil (122) vorgesehen ist, wobei das erste Gehäuseteil (122) den Wandlerkern (1 12) zumindest teilweise umschließt, wobei eine von dem fluiden Medium (120) abgewandte Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements (1 14) zugänglich ist, wobei mindestens ein zweites Gehäuseteil (124) vorgesehen ist, wobei das zweite Gehäuseteil (124) mit dem ersten Gehäuseteil (122) verbunden ist, wobei der Ultraschallwandler (1 10) auf seiner von dem fluiden Medium (120) abgewandten Seite durch das zweite Gehäuseteil (124) im Wesentlichen abgeschlossen ist.
2. Ultraschallwandler (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Gehäuseteil (122) den Wandlerkern (1 12) ringförmig umgibt.
3. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch-akustisches Wandlerelement (1 14) auf der dem fluiden Medium (120) abgewandten Seite bündig mit dem ersten Gehäuseteil (122) abschließt oder über das erste Gehäuseteil (122) vorsteht.
4. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Gehäuseteil (124) topfformig ausgestaltet ist und von der dem fluiden Medium (120) abgewandten Seite über das erste Gehäuseteil (122) gestülpt ist. 5. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Gehäuseteil (122) und das zweite Gehäuseteil (124) durch ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren miteinander verbunden sind, insbesondere ein Schweißverfahren.
Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens einen Kontaktbügel (144) zur elektrischen Kontaktierung des elektrisch-akustischen Wandlerelements (1 14), insbesondere einen im wesentlichen formstabilen Kontaktbügel (144), wobei der Kontaktbügel (144) durch das zweite Gehäuseteil (124) in einen Innenraum des Ultraschallwandlers (1 10) ragt und dort mit dem elektrisch-akustischen Wandlerelement (1 14) elektrisch verbunden ist.
Ultraschallwandler (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kontaktbügel (144) mit dem ersten Gehäuseteil (122) verbunden ist, insbesondere durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung.
Ultraschallwandler (1 10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktbügel (144) das elektrisch-akustische Wandlerelement (1 14) zumindest teilweise umschließt und eine elektromagnetische Abschirmung bereitstellt.
Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Gehäuseteil (122) und das zweite Gehäuseteil (124) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sind.
0. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallwandlers (1 10) zum Einsatz in einem fluiden Medium (120), insbesondere eines Ultraschallwandlers (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:
Erzeugung eines Wandlerkerns (1 12), wobei der Wandlerkern (1 12) mindestens ein elektrisch-akustisches Wandlerelement (1 14) umfasst; Bereitstellen mindestens eines ersten Gehäuseteils (122), derart, dass das erste Gehäuseteil (122) den Wandlerkern (1 12) zumindest teilweise umschließt, wobei eine von dem fluiden Medium (120) abgewandte Rückseite des elektrisch-akustischen Wandlerelements (1 14) zugänglich ist;
Bereitstellen mindestens eines zweiten Gehäuseteils (124); und Verbinden des ersten Gehäuseteils (122) und des zweiten Gehäuseteils (124), derart, dass der Ultraschallwandler (1 10) auf seiner von dem fluiden Medium (120) abgewandten Seite durch das zweite Gehäuseteil (124) im Wesentlichen abgeschlossen wird.
1 1 . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Gehäuseteil (122) und der Wandlerkern (1 12) oder ein Teil des Wandlerkerns (1 12), insbesondere ein Anpasskörper (1 16), auf eine Abdichtfolie (142) aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden, wobei ein Zwischenraum (134) zwischen dem Wandlerkern (1 12) oder dem Teil des Wandlerkerns (1 12) und dem ersten Gehäuseteil (122) zumindest teilweise durch mindestens ein Dämpfungs- und/oder Entkopplungsmaterial (136) ausgefüllt wird.
12. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Verbinden des ersten Gehäuseteils (122) und des zweiten Gehäuseteils
(124) einen Kontaktbügel (144) zur Kontaktierung des elektrisch-akustischen Wandlerelements (1 14) mit dem ersten Gehäuseteil (122) verbunden wird, insbesondere durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10398915B2 (en) 2014-01-17 2019-09-03 Minimax Gmbh & Co. Kg Extinguishing method and system using a liquid synthetic extinguishing agent and water

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011079646A1 (de) * 2011-07-22 2013-02-07 Robert Bosch Gmbh Ultraschallsensorvorrichtung zum Erfassen und/oder Senden von Ultraschall
CN102506929B (zh) * 2011-11-15 2015-06-10 上官明禹 一种耐高压气介超声波传感器及其制造方法
DE102012104227A1 (de) * 2012-05-15 2013-11-21 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Ultraschallwandler
JP6101922B2 (ja) * 2012-06-05 2017-03-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 超音波流量計測ユニット及びその製造方法
DE102013213493A1 (de) * 2013-07-10 2015-01-15 Robert Bosch Gmbh Schallwandleranordnung
US9295923B2 (en) * 2014-03-20 2016-03-29 Daniel Measurement And Control, Inc. Transducer for ultrasonic flow meter
US10072963B1 (en) * 2014-07-11 2018-09-11 Nick V. Solokhin Ultrasonic volume-sensing transducer instrument with concave transceiver element
DE102015004049B4 (de) * 2015-03-27 2021-06-24 Diehl Metering Gmbh Ultraschallzähler
DE102015110205A1 (de) * 2015-06-25 2016-12-29 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Entkopplungsring für einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs mit Markerelement, Ultraschallsensorvorrichtung, Verkleidungsanordnung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren
DE102015008992A1 (de) * 2015-07-15 2017-01-19 Hella Kgaa Hueck & Co. Mediensensor mit mindestens einem Ultraschallwandler
CN105178949A (zh) * 2015-09-11 2015-12-23 中国石油天然气集团公司 一种超声波探头
CN105181819B (zh) * 2015-10-21 2018-04-24 江苏融庆科技有限公司 一种超声换能器
KR101963732B1 (ko) * 2016-03-17 2019-03-29 (주)동일기연 액체 레벨 측정용 초음파 트랜스듀서
DE102016003657A1 (de) 2016-03-30 2017-10-05 Hella Kgaa Hueck & Co. Vorrichtung zum Messen eines Füllstands einer Flüssigkeit
DE102016003658A1 (de) 2016-03-30 2017-10-05 Hella Kgaa Hueck & Co. Elektronikbauteil mit einem Bauteilgehäuse
US10281314B2 (en) 2016-03-30 2019-05-07 Hella Kgaa Hueck & Co. Device for measuring a fill level of a liquid
DE102016221535A1 (de) * 2016-11-03 2018-05-03 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler
US10197022B2 (en) * 2016-12-14 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Adjustable sound distribution system and a vehicle
DE102017214371A1 (de) 2017-08-17 2019-02-21 Landis + Gyr Gmbh Schallkopf für einen Durchflussmesser mit elektrisch isolierender Verklebung
DE102017214374A1 (de) 2017-08-17 2019-02-21 Landis + Gyr Gmbh Schallkopf für einen Durchflussmesser mit Verstärkungsblech
DE102017214370A1 (de) 2017-08-17 2019-02-21 Landis + Gyr Gmbh Schallkopf für einen Durchflussmesser mit gestufter Seitenwand
DE102017214373A1 (de) 2017-08-17 2019-02-21 Landis + Gyr Gmbh Schallkopf für einen Durchflussmesser mit Ausziehmitteln
US10955279B2 (en) * 2017-12-06 2021-03-23 The Boeing Company Ultrasonic fluid measurement probe with ultrasonically welded base cap
DE102020114777A1 (de) * 2020-06-03 2021-12-09 Tdk Electronics Ag Ultraschallwandler und Verfahren zum Betrieb eines Ultraschallwandlers
EP4056960B1 (de) * 2021-03-11 2023-11-15 SICK Engineering GmbH Ultraschallwandler zum senden und/oder empfangen von ultraschallwellen

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3821834A (en) * 1972-07-18 1974-07-02 Automation Ind Inc Method of making an ultrasonic search unit
CH642503A5 (en) 1979-08-02 1984-04-13 Landis & Gyr Ag Ultrasound converter
SU1566282A1 (ru) * 1988-04-25 1990-05-23 Куйбышевское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" Способ изготовлени пьезопреобразовател
RU1772724C (ru) 1990-03-16 1992-10-30 Самарское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" Пьезоэлектрический преобразователь
US5038067A (en) * 1990-05-18 1991-08-06 Federal Industries Industrial Group Inc. Acoustic transducer
JP2583162Y2 (ja) * 1992-07-21 1998-10-15 日本無線株式会社 超音波送受波器
DE4443415A1 (de) * 1994-12-06 1996-06-13 Siemens Ag Vorrichtung zur Aufnahme eines Schallwandlers und Ultraschall-Durchflußmesser mit derselben
JPH08195998A (ja) * 1995-01-18 1996-07-30 Fuji Kogyo Kk 可搬型超音波水中センサ
US6268683B1 (en) * 1999-02-26 2001-07-31 M&Fc Holding Company Transducer configurations and related method
JP2001050940A (ja) 1999-08-04 2001-02-23 Sekisui Plastics Co Ltd 超音波トランスデューサ
DE10055893C5 (de) * 2000-11-10 2010-04-01 Hydrometer Gmbh Ultraschallwandler-Anordnung für den Einsatz in einem Durchflußmesser für ein gasförmiges oder flüssiges Medium
JP2003302384A (ja) * 2002-04-10 2003-10-24 Ngk Spark Plug Co Ltd センサ
DE102004061404A1 (de) 2004-12-21 2006-07-06 Robert Bosch Gmbh Ultraschall-Durchflussmesser und Verfahren zur Durchflussmessung mittels Ultraschall
KR100975517B1 (ko) 2005-12-14 2010-08-11 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 초음파 트랜스듀서
JP4893322B2 (ja) * 2006-03-23 2012-03-07 株式会社デンソー 超音波センサ
JP2008191007A (ja) * 2007-02-05 2008-08-21 Denso Corp センサ装置の取り付け構造
DE102007037088A1 (de) 2007-08-06 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler mit Anpasskörper und Zwischenschicht
KR100941684B1 (ko) 2007-08-30 2010-02-12 한국표준과학연구원 Ｐｍｎ-ｐｔ 압전 단결정을 이용한 고감쇠 재료 비파괴검사용 초음파 탐촉자
DE102008055126A1 (de) 2008-12-23 2010-07-01 Robert Bosch Gmbh Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011051042A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10398915B2 (en) 2014-01-17 2019-09-03 Minimax Gmbh & Co. Kg Extinguishing method and system using a liquid synthetic extinguishing agent and water

Also Published As

Publication number Publication date
US9087504B2 (en) 2015-07-21
US20120266677A1 (en) 2012-10-25
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JP2013509765A (ja) 2013-03-14
RU2540235C2 (ru) 2015-02-10
CN102597713A (zh) 2012-07-18
KR20120098661A (ko) 2012-09-05
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