LU500838B1 - Schallwandlervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schallwandlervorrichtung (1) umfassend ein Substrat (17) und einen Schallwandler (2), welcher mit einem Ende eines Schallkanals (12) des Substrats (17) akustisch verbunden ist. Die Schallwandlervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) eine wasserdichte akustische Membran (5) aufweist, welche ein anderes Ende des Schallkanals (12) abdeckt.

Description

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Schallwandlervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Schallwandlervorrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Schallwandlervorrichtung, eine mittels des Verfahrens hergestellte Schallwandlervorrichtung, eine Kommunikationsvorrichtung umfassend die

Schallwandlervorrichtung sowie die Verwendung derselben.

Schallwandlervorrichtungen müssen, insbesondere in Kommunikationsanwendungen, über viele

Jahre einwandfrei und zuverlässig funktionieren und müssen insbesondere im Rahmen ihrer jeweiligen Anwendung unterschiedlichsten Umwelteinflüssen standhalten. Neben einem definierten Temperaturbereich in der Anwendung sind beispielsweise die Beständigkeit gegenüber korrosiven Effekten wie Wasser, Säuren oder Ölen sowie der Schutz gegen das

Eindringen von Staub oder anderen Fremdkörpern relevante Umwelteinflüsse, denen

Schallwandlervorrichtungen ausgesetzt sein können. Zur Kennzeichnung der Beständigkeit gegenüber derartigen Umwelteinflüssen existieren eine Reihe von Standards. Insbesondere die

Schutzklassen IP69 bzw. IP69K nach DIN EN 60529 (VDE 0470) (Version 2019) dienen zur

Kennzeichnung elektronischer Vorrichtungen, die den höchsten Standard gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit erfüllen. Die Schutzklassenbezeichnung setzt sich aus den Buchstaben „IP“ („International Protection“ oder „Ingress Protection“) und zwei Ziffern zusammen. Die erste Ziffer steht dabei für den Schutz vor Staub und Fremdkörpern. Je höher diese Ziffer ist, umso stärker ist das Gerät auch gegen feinsten Staub geschützt. „6“ steht für absolute Staubdichtigkeit. Die zweite Kennziffer zeigt den Schutz vor Wasser in verschiedenen Intensitäten oder Szenarien an.

Während die 1 Schutz gegen leichtes Tropfwasser bedeutet, impliziert die 9 als höchste

Kennziffer den Schutz gegen das Eindringen von Wasser bei Hochdruck- oder

Dampfstrahlreinigung.

Beide Schutzarten beziehen sich zwar auf den Schutz durch Gehäuse, unterscheiden sich jedoch im Anwendungsbereich der betreffenden Vorrichtungen. Die IP69k trägt den besonderen

Anforderungen für elektrisches oder elektronische Vorrichtungen in mobilen Außenapplikationen wie Straßenfahrzeugen oder landwirtschaftlichen Maschinen Rechnung. Sie wird in der Norm ISO 20653:2013 geregelt. IP69 steht für die Staub- und Wasserbeständigkeit von allgemeinen elektrischen Betriebsmitteln, zu denen auch beispielsweise Computer für den Einsatz in verschiedene Anwendungen, beispielsweise mit integriertem kapazitiven Touchscreen, oder auch die Medizintechnik gehören. Die Kriterien werden in der Norm DIN EN60529 definiert. Die

Schutzklassen IP69 und IP69k stehen dabei nicht für unterschiedliche Qualitäten, sondern unterscheiden sich in ihrem Anwendungsbereich („Elektrische Betriebsmittel Allgemein“ und „Elektrische Betriebsmittel in Straßenfahrzeugen“).

Schallwandlervorrichtungen werden in vielen dieser Anwendungen eingesetzt. Insbesondere in

Anwendungen, die mit Umwelteinflüssen, insbesondere mit Wasser, Staub oder viskösen

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Flüssigkeiten wie Wachs oder Baumharz in Berührung kommen, muss die

Schallwandlervorrichtung vor den Umwelteinflüssen geschützt werden. Es ist bekannt, beispielsweise Gitter zur Abdeckung von Schallwandlervorrichtungen zu verwenden. Diese haben jedoch den Nachteil, dass diese bereits nicht wasserabweisend sind und daher die

Schutzklassen IP69 oder IP69K nicht erfüllen.

Es besteht daher ein Bedarf, eine Schallwandlervorrichtung bereitzustellen, welche die Vorgaben der Schutzklassen IP69 und IP69K erfüllt und gleichzeitig Schallempfang, Verarbeitung oder

Sendung nicht negativ beeinflusst sind. Zusätzlich muss das Eindringen von Flüssigkeiten, sogar unter Druck, vermieden werden, beispielsweise mittels Eindringen in Schlitze, Öffnungen, oder tiefe Einkerbungen. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Oberfläche der

Schallwandlervorrichtung lackierbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schallwandlervorrichtung bereitzustellen, welche die Vorgaben der IP69 und IP69K erfüllt und somit einen zuverlässigen

Schutz vor dem Eindringen von Staub und von Flüssigkeiten, wie Wasser, Baumharz oder

Wachse im flüssigen Aggregatzustand, erlaubt und zum anderen den Anforderungen an eine zuverlässige Schallsignalverarbeitung beispielsweise hinsichtlich ausreichender Empfindlichkeit in einem vorbestimmten Frequenzbereich erfüllt.

Gelöst wird diese Aufgabe mittels einer in Anspruch 1 angegebenen Schallwandlervorrichtung.

Die erfindungsgemäße Schallwandlervorrichtung umfasst ein Substrat und einen Schallwandler, welcher mit einem Ende eines Schallkanals des Substrats akustisch verbunden ist und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine wasserdichte akustische Membran aufweist, welche ein anderes Ende des Schallkanals abdeckt.

Eine Membran im Sinne der Erfindung weist eine Ausdehnung auf, die in einem kartesischen

Koordinatensystem mit x,y und z-Achse in z Richtung — entspricht der Membrandicke in

Einbaulage - eine kleinere Ausdehnung aufweist als in der x,y-Ebene. Als akustische Membran wird eine Membran verstanden, die nach Anbringen auf das Substrat durch Schalldruckwellen aus der Umgebung wenigstens teilweise in Schwingung versetzt werden kann. Die

Membranschwingung bewirkt erneut Schalldruckwellen im Schallkanal, die von dem

Schallwandler empfangen werden. Dies ist bei Membranen möglich, die entsprechend flexibel ausgebildet sind, wie nachstehend noch näher erläutert ist. Im Ergebnis verhindert die Membran, dass die Schalldruckwellen aus der Umgebung direkt von dem Schallwandler empfangen werden.

Eine Membran wird im Sinne der Erfindung als wasserdicht angesehen, wenn sie den Test der

Schutzklasse IP69 und/oder IP69K besteht. Dies erlaubt zum einen den zuverlässigen Schutz vor dem Eindringen von Staub und als Umwelteinflüssen zu erwartenden Flüssigkeiten wie

Wasser, Baumharz oder Wachsen im flüssigen Aggregatzustand zum anderen den

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Anforderungen an eine zuverlässige Schallsignalverarbeitung beispielsweise hinsichtlich ausreichender Empfindlichkeit in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu erfüllen.

Zusätzlich hierzu erlaubt die erfindungsgemäße Schallwandlervorrichtung besonders vorteilhaft die konstruktiv einfache Anpassung der Schallwandlervorrichtung an einen vorgegebenen

Bauraum, da die erfindungsgemäße Membran Schallenergie überträgt ohne selbst einen großen zusätzlichen Bauraum zu erfordern.

Eine Schallwandlervorrichtung ist eine Vorrichtung, bei der akustische Signale in Form von

Druckwellen in elektrische Signale, insbesondere eine elektrische Spannung, umgewandelt werden oder umgekehrt bei der eine elektrische Spannung in akustische Signale in Form

Druckwellen umgewandelt werden. Dabei sind die Druckwellen nicht auf den für den Menschen hörbaren Frequenzbereich beschränkt und umfassen somit auch außerhalb des Hörbereichs liegende Druckwellen. Die Schallwandlervorrichtung kann als ein Microelectromechanical system (MEMS) ausgeführt sein.

Als akustische Verbindung wird eine Verbindung zwischen zwei Bereichen verstanden, bei denen akustische Energie, insbesondere Schallenergie, von einem Bereich zu einem anderen Bereich übertragen werden kann. Die Übertragung kann durch gleiche und/oder unterschiedliche Medien erfolgen. Darüber hinaus kann die Energieübertragung die Umwandlung von mechanischer

Energie, wie beispielsweise Schwingungsenergie der Membran, in akustische Energie oder umgekehrt beinhalten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schallwandlervorrichtung kann das Substrat eine

Steuervorrichtung aufweisen oder die Steuervorrichtung sein oder in das Substrat eingearbeitet sein. Die Membran kann vorzugsweise mit dem Substrat, insbesondere der Steuervorrichtung, fest verbunden sein. Die Steuervorrichtung kann vorzugsweise ein Printed Circuit Board (PCB) umfassen oder sein. Der Schallwandler kann in Einbaurichtung unterhalb der Steuervorrichtung, ins besondere unterhalb der PCB angeordnet sein. Insbesondere können der Schallwandler und die Membran an sich gegenüberliegenden Seiten des Substrats angeordnet sein. Dies hat den

Vorteil, dass der erfindungsgemäße Schallwandler herstellungstechnisch einfach bereitgestellt werden kann, da die Schallöffnung in Einbaurichtung der Schallwandlervorrichtung zur Außen- oder Umgebungsseite angeordnet wird. Hierdurch wird konstruktiv einfach die

Schallwandlervorrichtung, inklusive ihres Substrats, insbesondere der Steuervorrichtung, vor

Staub oder Umwelteinflüssen wie insbesondere Wasser geschützt, ohne für eine Anwendung des

Schallwandlers welche die Schutzklasse IP69 und/oder IP69K erfordern weitere Maßnahmen an einer Anwendungsvorrichtung zu erfordern.

Als Außenseite der Schallwandlervorrichtung wird die Seite verstanden, die beim Betrieb der

Schallwandlervorrichtung der Umgebung zugewandt ist. Als Einbaurichtung wird die Richtung

4 LU500838 verstanden, entlang der die Schallwandlervorrichtung bewegt wird, um sie in eine

Anwendungsvorrichtung einzubauen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Membran auf dem Substrat angeordnet, insbesondere angeklebt sein, insbesondere kann dies mittels mindestens einer Klebeschicht erfolgen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass durch eine direkte Anordnung auf dem Substrat, vorzugsweise der Steuervorrichtung, insbesondere einer PCB, sowohl der Schallwandler als auch das Substrat konstruktiv besonders einfach und zuverlässig gegen das Eindringen von

Umwelteinflüssen geschützt sind. Bei dieser Anbringungsart kann die Membran im Bereich des

Schallkanals einen schallübertragenden Bereich aufweisen. Als schallübertragender Bereich wird ein Bereich der Membran verstanden, der bei Beaufschlagung mit Schalldruckwellen schwingt und somit Schallenergie in den Schallkanal überträgt.

Das andere Ende des Schallkanals kann eine Schallöffnung umfassen. Als Schallöffnung wird eine Öffnung verstanden, über die Schalldruckwellen in den Schallkanal gelangen. Wie nachstehend detaillierter beschrieben ist, werden diese Schalldruckwellen durch die Membran, insbesondere den schallibertragenden Bereich der Membran, erzeugt. Die

Schallwandlervorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass eine Schalldruckwelle den

Schallkanal passiert, bevor sie von dem Schallwandler empfangen wird.

Der Schallwandler kann ein Schallwandlergehäuse und einen Schallempfänger und/oder -sender aufweisen. Das Schallwandlergehäuse kann einen Innenraum des Schallraums wenigstens teilweise umschließen. Darüber hinaus kann im zusammengebauten Zustand das Substrat den

Innenraum des Schallwandlers teilweise abschließen. Der Schallempfänger und/oder -sender kann in dem Innenraum des Schallwandlers angeordnet sein. Darüber hinaus kann der

Innenraum des Schallwandlers mit der Schallöffnung akustisch verbunden sein.

Die Membran kann einen akustischen Raum abschließen, der sich aus dem Schallkanal und dem

Innenraum des Schallwandlers zusammensetzt. Der akustische Raum kann durch die zuvor genannten Komponenten vollständig abgeschlossen sein. Eine derartige Ausbildung hat den

Vorteil, dass durch Bereitstellen eines vorbestimmten Volumens für den akustischen Raum konstruktiv einfach ein vorgegebener Resonanzfrequenzbereich eingestellt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass unerwünschte Frequenzbereiche durch die Schallwandlervorrichtung herausgefiltert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass das, insbesondere von der Membran, insbesondere dem schallübertragenden Bereich der Bereich, transmittierte, Schallsignal verstärkt wird,

Geeignete Membranen können beispielsweise ein Polyimid aufweisen, insbesondere ein duroplastisches Polyimid, insbesondere poly (4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimid) auch Kapton genannt, oder daraus gebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass derartige Membranen, und hier

> LU500838 insbesondere Kapton, eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien aufweisen, wasserdicht sind im Sinne der IP69 bzw. IP69K und zusätzlich elektrisch isolierend sind. Derartige

Membranen weisen zudem eine hohe Zugfestigkeit auf (3 GPa), wobei eine derartige Membran hierbei ihre Flexibilität behält. Der Erhalt der Flexibilität dient dazu, eine Dämpfung der mechanischen Schallübertragungsenergie zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Die

Zugbeständigkeit dient dazu, einen Verlust der Resonanzfähigkeit zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Derartige Membranen und insbesondere Kapton haben zusätzlich eine gute

Temperaturbeständigkeit, insbesondere in einem Bereich von -269 °C bis 400 °C, wodurch sie über den erforderlichen Temperaturbereich von -40 °C bis 100 °C konstante mechanische

Eigenschaften aufweisen. Derartige Membranen können zusätzlich mittels Pick and Place

Maschinen gehandhabt werden, was eine Anordnung mit hoher Präzision erlaubt, was herstellungstechnisch ein weiterer Vorteil ist. Insbesondere Kapton ist zudem ROHS und IATF zertifiziert. Kapton ist in einer Anzahl von Membrandicken, Beschichtungen und Farben bereitstellbar, so dass zusätzliche gewünschte Eigenschaften herstellungstechnisch einfach umgesetzt werden können.

Zusätzlich oder alternativ kann die Membran einen Polyester aufweisen, insbesondere einen biaxial orientierten Polyester, insbesondere ein biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat (BOPE), beispielsweise Mylar, oder daraus gebildet sein. Derartige Polyester, insbesondere

BOPE, insbesondere Mylar sind beständig gegenüber Chemikalien, und wasserdicht gemäß den

Schutzklassen IP69 bzw. IP69K. Derartige Membranen weisen zudem eine hohe Zugfestigkeit auf (4 GPa), wobei eine derartige Membran hierbei ihre Flexibilität behält. Der Erhalt der

Flexibilität dient dazu, eine Dämpfung der mechanischen Schallübertragungsenergie zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Die Zugbeständigkeit dient dazu, einen Verlust der

Resonanzfähigkeit zu verhindern oder zumindest zu minimieren. Derartige Membranen und insbesondere Kapton haben zusätzlich eine gute Temperaturbeständigkeit, insbesondere in einem Bereich von — 70 °C bis 150 °C, wodurch sie über den erforderlichen Temperaturbereich von -40 °C bis 100 °C konstante mechanische Eigenschaften aufweist. Derartige Membranen können meistens zusätzlich mittels Pick and Place Maschinen gehandhabt werden, was eine

Anordnung mit hoher Präzision erlaubt, was herstellungstechnisch ein weiterer Vorteil ist.

Insbesondere Mylar ist zudem ROHS und IATF zertifiziert. Mylar ist zusätzlich in einer Vielzahl an Membrandicken, Beschichtungen und Farben bereitstellbar, so dass zusätzliche gewünschte

Eigenschaften herstellungstechnisch einfach umgesetzt werden können.

Zusätzlich oder alternativ kann die Membran luftundurchlässig sein und/oder beschichtbar, insbesondere lackierbar, und/oder druckbeständig sein, insbesondere bis zu einem Druck von 10.000 kPa und/oder temperaturbeständig in einem Temperaturbereich von -269 °C bis 400 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von -70 °C bis 150 °C, insbesondere in einem

Temperaturbereich von -40 °C bis 100 °C. Eine luftundurchlässige Membran ist besonders vorteilhaft, da sie besonders einfach zu beschichten, insbesondere zu lackieren ist, da ein

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Eindringen von Aerosolen während des Beschichtens oder Lackierens konstruktiv einfach zuverlässig vermieden werden kann. Vorzugsweise besteht die Membran aus demselben

Material.

Die Schallwandlervorrichtung kann in einer Ausführungsform mindestens eine Deckschicht und/oder mindestens eine Abstandsschicht und/oder mindestens eine Klebeschicht aufweisen.

Als Deckschicht wird eine Schicht bezeichnet, die der Umgebung direkt zugewandt ist. Dabei wird die Deckschicht mit den Schalldruckwellen aus der Umgehung beaufschlagt. Als Abstandschicht wird eine Schicht verstanden, die zwischen der Deckschicht und dem Substrat angeordnet ist.

Die Deckschicht kann auf mindestens einer Abstandsschicht und/oder mindestens einer

Klebeschicht angeordnet sein. Das Vorsehen von einer oder mehreren Abstandsschichten bietet den Vorteil, dass die Dimension der Schallwandlervorrichtung in Dickenrichtung des Substrats angepasst werden kann, um die Schallwandlervorrichtung beispielsweise an die räumlichen

Gegebenheiten in der Anwendungsvorrichtung auf einfache Weise anzupassen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil die Substrate oftmals in standardisierten Größen vorliegen und daher eine Anpassung in Dickenrichtung nicht möglich oder sehr teuer ist. Die Deckschicht kann eine Klebeschicht aufweisen. Die Klebeschicht kann ringförmig sein und kann die Schallöffnung umschließen.

Die Abstandsschicht kann im Bereich der Schallöffnung einen Hohlraum aufweisen. Der

Hohlraum kann im Querschnitt, insbesondere quer zu der Dickenrichtung des Substrats, eine runde oder elliptische Form aufweisen. Dabei kann ein Hohlraumquerschnitt gleich einem

Schallöffnungsquerschnitt ausgeführt sein. Alternativ kann der Hohlraumquerschnitt größer als die Schallöffnung sein. Der Hohlraum kann mit dem Schallkanal fluidisch verbunden sein.

Insbesondere kann der Hohlraum koaxial zu dem Schallkanal angeordnet sein.

Dabei können sich bei Vorsehen von mehreren Abstandsschichten die Hohlraumquerschnitte der einzelnen Abstandsschichten voneinander unterscheiden. Dies ist insbesondere notwendig, wenn die Deckschicht einen konvexen Verlauf hat, wie nachstehend näher beschrieben ist. Die mindestens eine Abstandschicht und die Deckschicht können aus dem gleichen Material bestehen. Das Vorsehen von einer oder mehreren Abstandsschichten mit Hohlraum bietet außerdem den Vorteil, dass der akustische Raum auf einfach Weise eingestellt werden kann, um den gewünschten Resonanzfrequenzbereich zu erhalten.

Bei einer alternativen Ausführung kann die Abstandsschicht im Bereich der Schallöffnung keinen

Hohlraum aufweisen. Durch Vorsehen von einer oder mehreren Abstandsschichten ohne

Hohlraum kann ein Resonanzdämpfungsverhalten des akustischen Raums auf einfache Weise eingestellt werden.

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Die mindestens eine Abstandsschicht kann eine Klebeschicht aufweisen. Dabei kann die

Klebeschicht als ringförmige Klebeschicht ausgeführt sein.

Die ringförmige Anordnung der Klebeschicht bei der Deckschicht und/oder der Abstandsschicht um die Schallöffnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Klebeschicht herstellungstechnisch einfach auszuführen ist.

Die Membran kann in einer Ausführungsform eine Dicke von 0,01 bis 0,1mm (Millimeter) aufweisen, insbesondere eine Dicke von 0,02 bis 0,05 mm, insbesondere eine Dicke von 0,05 — 0,03 mm. Dies hat den Vorteil, dass die Membran konstruktiv einfach eine gute Schallübertragung ermöglicht. Ein Elastizitätsmodul der Membran kann besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 4

GPA, insbesondere 1,7 - 3,5 GPA betragen. Dieser Bereich ist besonders vorteilhaft für Flexibilität und Zugfestigkeit der Membran.

Die Schicht oder Schichten der Membran können in der Größe und Form entsprechend der

Anforderung der gewünschten Anwendung gewählt werden. Zur sicheren Erfüllung der

Schutzklassen IP69 bzw. IP69K ist es vorteilhaft, die Membran mit einer Genauigkeit von mindestens 0,1 mm relativ zur Schallöffnung anzuordnen.

Bei einer besonderen Ausführung kann die Schallwandlervorrichtung eine Membran mit mindestens einer Klebeschicht aufweisen, wobei mindestens eine Klebeschicht die Membran mit dem Substrat, insbesondere der Steuervorrichtung, verbindet. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Schallwandlervorrichtung konstruktiv besonders einfach ausgestaltet ist. Die mindestens eine Klebeschicht kann hierbei bevorzugt einen Adhäsionsbereich der Membran mit dem Substrat bilden.

Besonders bevorzugt kann die Membran in einem schallübertragenden Bereich der Membran keine Klebeschicht aufweisen. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Flächengewicht der

Membran in diesem Bereich gegenüber einer Ausführung, bei der schallempfangende Bereich der Membran eine Klebeschicht aufweist, reduziert ist. Dies ist bezüglich der Schallübertragung durch die Membran von Vorteil.

Die Membran kann in einer Ausführungsform konkav oder konvex oder eben ausgebildet sein, wobei der konkave, konvexe oder ebene Teil der Membran den schallübertragenden Bereich der

Membran umfasst. Eine konkave oder konvexe Ausbildung der Membran, insbesondere der

Deckschicht, verbessert die akustische Empfindlichkeit der Schallwandlervorrichtung. Die akustische Empfindlichkeit hängt von der Fläche und Geometrie des schallübertragenden

Bereichs der Bereich ab. Im Ergebnis kann die Schallwandlervorrichtung konstruktiv einfach je nach gewünschten Eigenschaften optimiert ausgebildet werden.

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Bei einer konvexen Ausbildung der Membran, insbesondere der Deckschicht, kann die

Abstandsschicht einen Hohlraumquerschnitt aufweisen, der größer ist als die

Schaltöffnungsquerschnitt. Bei Vorsehen von mehreren Abstandsschichten kann sich der

Hohlraumquerschnitt der Abstandsschicht in eine von dem Substrat zu der Deckschicht gerichteten Richtung vergrößern. Dies bedeutet, dass die einzelnen Abstandsschichten unterschiedliche Hohlraumquerschnitte aufweisen. Bei einer konvexen Ausbildung der Membran steht ein Teil der Membran, der den schallübertragenden Bereich aufweist, von dem verbleibenden Teil der Membran in eine Richtung weg von dem Substrat vor.

Bei einer besonderen Ausführung kann ein Schallkanalverlauf zwischen dem Ende dem

Schallwandler zugewandten Ende und dem anderen Ende des Schallkanals, das der Membran zugewandt ist, nicht konstant sein. Insbesondere kann der Schallkanal einen sich entlang der

Dickenrichtung des Substrats verändernden Querschnitt aufweisen. Dabei kann sich der

Querschnitt des Schallkanals entlang der Dickenrichtung des Substrats verengen. Insbesondere kann sich der Querschnittverlauf ausgehend von dem anderen Ende des Schallkanals in Richtung zum Ende des Schallkanals, also in Richtung zum Schallwandler, verkleinern.

Der Querschnittverlauf kann achsensymmetrisch, insbesondere kegelförmig, konkav, trichterförmig und/oder stufenförmig achsensymmetrisch ausgebildet sein. Alternativ kann die

Querschnittsverengung auch nicht achsensymmetrisch ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn sich der Querschnitt ausgehend von der Membran in Richtung zum Schallwandler hin verengt. Dadurch wird eine Druckerhöhung innerhalb des Schallkanals erreicht, was die

Empfindlichkeit der Schallwandlervorrichtung verbessert. Insbesondere ist eine derartige

Ausführung von Vorteil, bei der die Schallöffnung und damit die zur Schallübertragung eingesetzte Membranfläche nicht groß ist, und somit wenig Schallenergie in den Schallkanal übertragen wird. Die Schallöffnung und die Membranfläche können jedoch nicht beliebig vergrößert werden, weil in diesem Fall der akustische Raum verkleinert werden muss, um einen vorgegeben Resonanzfrequenzbereich zu erhalten. Eine Verkleinerung des akustischen Raums ist jedoch nicht immer möglich.

Der Schallkanal kann wenigstens zwei Abschnitte aufweisen, wobei ein erster Abschnitt einen sich entlang der Dickenrichtung verändernden Querschnitt aufweist. Insbesondere verkleinert sich der Querschnitt bei einer Richtung ausgehend von der Membran in Richtung zum

Schallwandler. Ein zweiter Abschnitt, der unmittelbar an den ersten Abschnitt anschließen kann, kann einen konstanten Querschnitt aufweisen. Der zweite Abschnitt kann mit dem Schallwandler direkt verbunden sein.

Dabei kann ein Flächenverhältnis einer Fläche der des anderen Endes des Schallkanals, das der

Membran zugewandt ist, zu einer Fläche des Endes des Schallkanals, das zu dem Schallwandler (2) weist, zwischen 1,5 und 10, vorzugsweise zwischen 3 bis 8, insbesondere 6,25, sein. Dabei

9 LU500838 kann die Fläche des anderen Endes des Schallkanals einer Fläche der Schallöffnung entsprechen. Das dem Schallwandler zugewandte Ende des Schallkanals mündet in den

Innenraum des Schallwandlers.

In einer weiteren Ausführungsform der Schallwandlervorrichtung kann ein Schallkanalmedium eine gegenüber einem Außenmedium, insbesondere Luft, gleiche oder unterschiedliche Dichte aufweisen oder eine andere Phase bilden. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Schall zusätzlich optimiert von dem Schallwandler empfangen wird, da keine oder nur geringe

Phasenverluste auftreten. Derartige Verluste entstehen durch den Phasenübergang zwischen unterschiedlichen Medien (Gas, Membran, Gas, Schallwandler). Das Schallkanalmedium kann bevorzugt Luft oder eine nicht-kompressible Flüssigkeit, insbesondere ein Öl, insbesondere ein

Mineralöl, aufweisen oder sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schallwandlervorrichtung umfassend ein Substrat und einen Schallwandler, welcher mit einem Ende eines Schallkanals des Substrats akustisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung eine wasserdichte akustische Membran aufweist, welche ein anderes Ende des Schallkanals abdeckt, bereitgestellt, umfassend einen Schritt der

Anordnung der Membran auf dem Substrat, wobei die Membran einen Schallkanal des Substrats abdeckt.

Das Verfahren kann optional einen weiteren Schritt aufweisen, in welchem der Schallwandler mit einer der Membran gegenüberliegenden Seite des Substrats verbunden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional den Schritt umfassen, dass die Membran mittels mindestens einer Klebeschicht auf dem Substrat angeordnet, insbesondere befestigt, wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional den Schritt umfassen, dass die Membran mittels eines Reflow-Verfahrens auf dem Substrat angeordnet, insbesondere befestigt, wird. Optional kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt aufweisen, bei welchem die mindestens eine Deckschicht auf mindestens eine Abstandsschicht aufgebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann optional einen Schritt umfassen, bei welchem eine

Fläche der Membran mit mindestens einer Klebeschicht versehen wird, insbesondere die gesamte Fläche der Membran. Alternativ kann die mindestens eine Klebeschicht derart aufgetragen werden, dass ein vorbestimmter Bereich der Membran frei von der Klebeschicht ist, insbesondere ein schallübertragender Bereich der Membran.

Zusätzlich oder alternative kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt aufweisen, bei welchem die mindestens eine Klebeschicht in einem Adhäsionsbereich der Membran aufgetragen wird, insbesondere ringförmig aufgetragen wird.

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Zusätzlich oder alternative kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt aufweisen, bei welchem die mindestens eine Klebeschicht zeitlich vor einem Zusammensetzungsschritt der

Membran aufgetragen wird.

Zusätzlich oder alternative kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt aufweisen, bei welchem die mindestens eine Klebeschicht in einer vorbestimmten Menge aufgetragen wird, insbesondere beispielsweise zur Einstellung einer vorbestimmten Signal Noise Ratio der

Schallwandlervorrichtung.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Positionsbestimmungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine erfindungsgemäße Schallwandlervorrichtung.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine erfindungsgemäße

Schallwandlervorrichtung oder eine Positionsbestimmungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum autonomen Fahren, und/oder in einem Kommunikationssystem und/oder in einer Mikrophonanwendung und/oder in einer industriellen Anwendung und/oder in

Anwendungen zur Kollisionsvermeidung und/oder Vorrichtungen zur Anwesenheitsdetektion eingesetzt werden.

Die Positionsbestimmungsvorrichtung kann zur ein- oder mehrdimensionalen, vorzugsweise dreidimensionalen, Positionsbestimmung eingesetzt werden. Bei der Positionsbestimmung können mehrere Schallwandlervorrichtungen eingesetzt werden. Dabei kann ein

Schallwandlervorrichtung als Sender fungieren. Darüber hinaus kann wenigstens eine, insbesondere genau drei Schallwandlervorrichtungen, als Empfänger fungieren.

Zur dreidimensionalen Positionsbestimmung können der Sender und ein Empfänger oder zwei

Empfänger auf einer Gerade liegen. Der dritte Empfänger ist derart angeordnet, dass der nicht auf der Gerade angeordnet ist. Der Sender und alle Empfänger liegen in einer Ebene, die die

Gerade aufweist. Das Objekt, dessen Position bestimmt werden soll, ist derart angeordnet, dass es beabstandet zu der Ebene ist. Mit anderen Worten, das Objekt ist nicht in der Ebene angeordnet. Der Sender kann nach Aussenden des Sendesignals als einer der Empfänger fungieren. Dies bedeutet, dass der Sender sowohl das Sendesignal senden als auch Signale empfangen kann.

In den Figuren ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt, wobei gleiche oder ähnlich wirkende Elemente in der Regel mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Figuren 1A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Figuren 2A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Figuren 3A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Figuren 4A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Figuren 5A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Figuren 6A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

Figuren 7A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.

Figur 8A-B zeigen eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.

Figuren 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Schallwandlervorrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel.

Figuren 10 zeigt schematisch die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen

Schallwandlervorrichtung.

Figuren 1A-B zeigen eine Schallwandlervorrichtung 1. Dabei zeigt Figur 1B einen hervorgehobenen Ausschnitt 25 aus Fig. 1. Die Schallwandlervorrichtung 1 umfasst einen

Schallwandler 2, welcher mit einem Ende 16 des Schallkanal 12 eines Substrats 17 akustisch verbunden ist. Der Schallwandler 2 weist ein Schallwandlergehäuse 28 und einen

Schallempfänger und/oder -sender 3 auf, der in einem Innenraum 19 des Schallwandlers 2 angeordnet ist. Der Innenraum 19 wird durch das Schallwandlergehäuse 28 und das Substrat 17 begrenzt. Der Schallwandler 2 ist in Einbaurichtung E der Schallwandlervorrichtung 1 unterhalb des Substrats 17 angeordnet.

Der Schallkanal 12 weist ein anderes Ende auf, das eine Schallöffnung 4 umfasst, wobei

Schalldruckwellen die Schallöffnung 4 passieren, bevor sie zu dem Schallwandler 2 gelangen, was nachstehend näher beschrieben wird. Dabei erstreckt sich der Schallkanal 12 durch die

12 LU500838 gesamte Dicke des Substrats 17. Als Dicke wird die Erstreckung des Substrats 17 zwischen einer der Umgebung zugewandten Substratseite und einer dem Schallwandler 2 zugewandten

Substratseite verstanden. Dabei entspricht die Dicke der Erstreckung des Substrats 17 entlang der z-Richtung des in Fig. 1A eingezeichneten Koordinatensystems und/oder einer Erstreckung zwischen dem Ende 16 und der Einlassöffnung 4.

Die Schallwandlervorrichtung 1 weist eine wasserdichte akustische Membran 5 auf, welche den

Schallkanal 12 abdeckt. Insbesondere deckt die Membran 5 die Schallöffnung 4 ab. Die Membran 5 ist auf einer zu einer Umgebung gerichteten Seite des Substrats 17 angeordnet und umfasst eine Deckschicht 6 und eine Klebeschicht 11, wobei die Klebeschicht 11 die Deckschicht 6 der

Membran 5 vollständig bedeckt. Die Membran 5 ist mittels der Klebeschicht 11 auf dem Substrat 17 angeordnet, insbesondere angeklebt. Das Substrat 17 ist beispielsweise eine

Steuervorrichtung, beispielsweise ein Printed Circuit Board. Die Membran 5 weist zwei Bereiche auf, einen schallübertragenden Bereich 23 und einen Adhäsionsbereich 24. Der schallübertragende Bereich 23 ist der Abschnitt der Membran 5, der bei Beaufschlagung der

Membran 5 mit einer Schallwelle schwingt, sodass Schallenergie in den Schallkanal 12 übertragen wird. Wie aus den Figuren 1A und 1B ersichtlich ist, ist der schallübertragende Bereich im Bereich des Schallkanals 12 angeordnet. Insbesondere kann ein Querschnitt des schallübertragenden Bereichs einem Schallöffnungsquerschnitt 9 entsprechen.

Die Schallwandlervorrichtung 1 weist außerdem einen akustischen Raum 18 auf. Der akustische

Raum 18 ist ein abgeschlossener Raum, der sich aus dem Innenraum 19 des Schallwandlers 2 und dem Schallkanal 12 zusammensetzt. Ein Resonanzdämpfungsverhalten der

Schallwandlervorrichtung 1 hängt von der Dicke der Membran 5 und der im schallübertragenden

Bereich 23 der Membran 5 vorhandenen Klebeschicht 11 ab. Ein Resonanzfrequenzverhalten, insbesondere ein Resonanzfrequenzbereich, der Schallwandlervorrichtung 1 hängt vom Volumen des akustischen Raums 18 ab. Eine akustische Empfindlichkeit der Schallwandlervorrichtung 1 ist abhängig von der Fläche und der Geometrie der in Bereich des Schallkanals 12 befindlichen

Deckschicht 6.

Figuren 2A-B zeigen eine zweite Ausführungsform, wobei im Folgenden nur auf die Unterschiede zu der ersten Ausführung eingegangen wird. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Membran 5 im schallübertragenden Bereich 23 keine

Klebeschicht 11 aufweist. Hierdurch wird die Masse des schallübertragenden Bereichs 23 der

Schallwandlervorrichtung 1 reduziert.

Da bei der Ausführung keine Klebeschicht 11 an dem schallübertragenden Bereich 23 vorhanden ist, hängt das Resonanzdämpfungsverhalten des akustischen Raums 18 von der Dicke der

Membran 5 ab. Das Resonanzfrequenzverhalten, insbesondere ein Resonanzfrequenzbereich, hängt vom Volumen des akustischen Raums 18 ab. Die akustische Empfindlichkeit der

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Schallwandlervorrichtung 1 ist abhängig von der Fläche und der Geometrie des schallübertragenden Bereichs 23.

Figuren 3A-B zeigen eine dritte Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Figuren 1A-B gezeigten ersten Ausführungsform in der Ausbildung der Membran 5. Die Membran 5 umfasst bei der dritten Ausführungsform zusätzlich zu der Deckschicht 6 eine

Abstandsschicht 7, auf welcher die Deckschicht 6 mittels einer Klebeschicht 11 angeordnet ist.

Insbesondere ist die Deckschicht 6 mittels der Klebeschicht 11 mit der Abstandsschicht 7 fest verbunden. Die Klebeschicht 11 ist gleichmäßig auf der gesamten Unterseite der Deckschicht 6 verteilt. Die Abstandsschicht 7 ist auf dem Substrat 17 angeordnet und mittels einer weiteren

Klebeschicht 11 mit dem Substrat 17 fest verbunden. Im Ergebnis ist die Abstandsschicht 7 in z-

Richtung gesehen zwischen der Deckschicht 6 und dem Substrat 17 angeordnet.

Die Abstandsschicht 7 unterscheidet sich von der Deckschicht 6 insofern, dass sie im Bereich der Schallöffnung 4 einen Hohlraum 10 aufweist. Der Hohlraum 10 ist koaxial zu dem Schallkanal 12 angeordnet. Die Deckschicht 6 weist hingegen im Bereich der Schallöffnung 4 den schallübertragenen Bereich 23 auf. Eine derartige Ausbildung der Abstandschicht 7 führt dazu, dass das Volumen des akustischen Raums 18 im Vergleich zu der ersten Ausführung um das

Volumen des Hohlraums 10 größer ist.

Analog zu der in den Figuren 1A, 1B dargestellten ersten Ausführungsform hängt das

Resonanzdämpfungsverhalten des akustischen Raums 18 von der Dicke der Deckschicht 6 in z-

Richtung und der aufgebrachten Klebeschicht 11 ab.

Figuren 4A-B zeigt eine vierte Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in der Ausbildung der Membran 5, insbesondere der Deckschicht 6 und der Abstandsschicht 7. So ist die Deckschicht 6 im Bereich der Schallöffnung 4 konkav ausgebildet. Der konkav ausbildete Teil der Deckschicht 6 umfasst denb schallübertragenden

Bereich 23. Die Abstandsschicht 7 weist im Bereich der Schallöffnung 4 einen Hohlraum 10 auf, dessen Querschnitt größer ist als der Schallöffnungsquerschnitt 9. Die aufgrund der konkaven

Ausbildung der Deckschicht 6 entstehende konkave Vertiefung 22 wirkt sich günstig auf die akustische Empfindlichkeit der Schallwandlervorrichtung 1 aus. Wie oben bereits erläutert ist, hängt die akustische Empfindlichkeit der Schallwandlervorrichtung 1 von der Fläche und der

Geometrie der im Bereich des Schallkanals 12 befindlichen Deckschicht 6 ab.

Figuren 5A-B zeigt eine fünfte Ausführungsform. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform in der Anbringung der Klebeschicht 11 an der Deckschicht 6.

So ist die Klebeschicht 11 zwar gleichmäßig auf der Unterseite der Deckschicht 6 verteilt, Jedoch besteht ein Unterschied darin, dass die Klebeschicht 11 im Bereich der Schallöffnung 4 als

14 LU500838 kreisförmiger Ring ausgeführt ist. Dadurch kann eine dauerhafte Verbindung gewährleistet werden.

Die Auftragung der Klebeschicht 11 auf den Schichten der Membran 5 erfolgt vor dem

Zusammenbau und dient dazu, stabilere und leichtere Baugruppen zu bilden.

Figuren 6A-B zeigen eine sechste Ausführungsform. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Figuren 3A, 3B dargestellten dritten Ausführungsform in der Ausbildung der

Membran 5. So weist die Membran 5 zwei Abstandsschichten 7 auf, die übereinander angeordnet und mittels einer Klebeschicht 11 miteinander befestigt sind. Dabei weist die von dem Substrat 17 weiter entfernte Abstandsschicht 7 einen größeren Hohlraumquerschnitt auf als die auf dem

Substrat 17 angeordnete Abstandsschicht 7. Dies ermöglicht, dass die Deckschicht 6 im Bereich des Schallkanals 12 konkav ausgebildet ist.

Die Deckschicht 6 ist mittels einer ringförmigen Klebeschicht 11 mit der aufdem Substrat 17 direkt angebrachten Abstandsschicht 7 fest verbunden. Der die Schallöffnung 4 abdeckende schallübertragende Bereich 23 der Membran 5 weist keine Klebeschicht 11 auf.

Figuren 7A-B zeigen eine siebte Ausführungsform einer Schallwandlervorrichtung 1. Die siebte

Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform in der Ausbildung der

Membran 5. So weist die siebte Ausführungsform in Summe fünf Abstandsschichten 7 während hingegen die sechste Ausführungsform zwei Abstandsschichten 7 aufweist.

Dabei sind zwei Abstandsschichten 7 derart ausgebildet, dass deren jeweiliger Hohlraum 10 das

Volumen des akustischen Raums 18 vergrößert. Insbesondere entspricht der

Hohlraumquerschnitt der jeweiligen Abstandsschicht 7 dem Schallöffnungsquerschnitt 9. Dabei handelt es sich um die beiden Abstandsschichten, die dem Substrat 17 näher zugeordnet sind als die verbleibenden Abstandsschichten 7. Die verbleibenden Abstandsschichten weisen einen

Hohlraumquerschnitt auf, der größer ist als der Schallöffnungsquerschnitt 9. Dabei vergrößert sich Hohlraumquerschnitt entlang einer Richtung von dem Substrat 17 in Richtung zur

Deckschicht 6.

Da sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Abstandsschichten 7 im Hohlraumquerschnitt von dem Lochquerschnitt unterscheiden, weist die konkave Vertiefung 22 der Deckschicht ein größeres Volumen auf als die konkave Vertiefung 22 der sechsten Ausführung.

Ein weiterer Unterschied ist, dass keine ringförmige Klebeschicht 11 vorhanden ist, die die

Deckschicht 6 mit einer Abstandsschicht 7 verbindet. Die Klebeschicht 11 ist gleichmäßig auf der gesamten Deckschicht 6, mit Ausnahme des schallübertragenden Bereichs 23, verteilt.

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Der akustische Raum 18 ist bei der siebten Ausführung größer als bei der sechsten Ausführung.

Dies resultiert daraus, dass zwei Abstandsschichten 7 mit jeweils einem Hohlraum 10 vorhanden sind, während hingegen bei der sechsten Ausführung eine Abstandsschicht 7 vorhanden ist, dessen Hohlraum 10 das Volumen einen Teil des akustischen Raums 18 bildet.

Figuren 8A-B zeigen eine achte Ausführungsform. Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform in der Ausbildung der Membran 5. Insbesondere hat die

Deckschicht 6 im Bereich der Schallöffnung 4, also zumindest ein den schallübertragenden

Bereich 23 umfassender Teil der Membran 5, eine konvexe Form. Dies wird durch das Auftragen von zusätzlichen Klebeschichten 11 auf die Schichten der Membran 5 und/oder das Auftragen von ringförmigen Klebeschichten 11 ermöglicht, die jeweils die Deckschicht 6 mit der

Abstandsschicht 7 fest verbinden. Durch die konvexe Ausbildung eines Teils der Membran 5 vergrößert sich der akustische Raum 18 im Vergleich zu der in den Figuren 3A, 3B dargestellten dritten Ausführungsform.

Die konvexe Ausbildung der Deckschicht 6 kann dadurch erfolgen, dass die Montage der

Schallwandlervorrichtung 1 unter hohem Druck erfolgt. Es ist daher möglich, konvexe Formen zu erzeugen, indem die Schallwandlervorrichtung unter hohem Luftdruck zusammengebaut wird.

Die in dem Schallkanal 12 eingeschlossene Luft dehnt sich in der normalen Atmosphäre aus und bildet konvexe Blasen.

Eine derart ausgebildet Schallwandlervorrichtung 1 ermöglicht eine bessere Empfindlichkeit für

Schalldruckwellen, die in einem steilen Winkel eintreffen.

Figur 9 zeigt eine neunte Ausführung. Die neunte Ausführung unterscheidet sich von der ersten

Ausführung in der Ausbildung des Schallkanals 12. So weist der Schallkanal 12 in der neunten

Ausführung zwei Abschnitte auf. Dabei weist ein erster Abschnitt, der sich von der Schallöffnung 4 in Richtung zu dem Schallwandler 2 erstreckt einen entlang einer Dickenrichtung des Substrats verkleinernden Querschnitt auf. Dabei bezieht sich der Querschnitt auf eine Ebene die zur z-

Richtung normal ist. Ein dem ersten Abschnitt unmittelbar anschließender zweiter Abschnitt weist dagegen entlang der Dickenrichtung einen konstanten Querschnitt auf. Der zweite Abschnitt erstreckt sich somit vom Übergangsbereich mit dem ersten Abschnitt bis zum Ende 16 des

Schallkanals 12. Ein Flächenverhältnis einer Fläche der Schallöffnung 4, die einer Fläche des anderen Endes des Schallkanals 12 entspricht, zu einer Fläche des anderen Endes 16 des

Schallkanals 12 beträgt zwischen 1,5 und 10, insbesondere 6,25.

Figur 10 zeigt schematisch die Funktionsweise einer Schallwandlervorrichtung 1. In Figur 10 ist zwar die Deckschicht 6 der Membran 5, insbesondere ein den schallübertragenden Bereich 23

16 LU500838 umfassender Teil der Membran 5, konkav ausgeführt. Jedoch weist jede der vorher beschriebenen Schallwandlervorrichtungen 1 die nachfolgend beschriebene Funktionsweise auf.

Schalldruckwellen 27 aus der Umgebung der Schallwandlervorrichtung 1 treffen auf die Membran 5, was ein Schwingen der Membran 5, insbesondere des schallübertragenden Bereichs 23, bewirkt. Dies ist in Figur 10 durch den Doppelpfeil symbolisiert. Mit anderen Worten, die

Druckenergie der Schalldruckwellen wird in kinetische Energie der Membran 5 übertragen. Die an die Membran 5 übertragene Schallenergie wird in den Schallkanal 12 übertragen.

Es ist zu unterscheiden, mit welchem Schallkanalmedium 13 der Schallkanal 12 gefüllt ist. Für den Fall, dass der Schallkanal 12 mit einem kompressiblem Fluid, wie Luft gefüllt ist, werden durch das Schwingen der Membran 5 Schalldruckwellen im Schallkanal 12 erzeugt, die den

Schallkanal 12 passieren und in den Innenraum 19 des Schallwandlers 2 gelangen und von dem

Schallempfänger 3 erfasst werden.

Für den Fall, dass im Schallkanal 12 ein inkompressibles Fluid, wie eine Flüssigkeit, angeordnet ist, wird die Schwingung der Membran 5 direkt in den Schallwandler 2, insbesondere den

Schallempfänger 3 übertragen. In dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine

Flüssigkeit in dem Schallkanal 12 angeordnet, was durch die Grauschattierung des Schallkanals 12 symbolisiert ist.

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BEZUGSZEICHENLISTE

1 Schallwandlervorrichtung 2 Schallwandler 3 Schallempfänger und/oder -sender 4 Schallöffnung 5 Membran 6 Deckschicht 7 Abstandsschicht 9 Schallöffnungsquerschnitt 10 Hohlraum 11 Klebeschicht 12 Schallkanal 13 Medium 16 Ende des Schallkanals 17 Substrat 18 akustischer Raum 19 Innenraum 22 konkave Vertiefung 23 schallübertragender Bereich 24 Adhäsionsbereich hervorgehobener Bereich 27 Schalldruckwellen 28 Schallwandlergehäuse 25 E Einbaurichtung

Claims (30)

18 LU500838 PATENTANSPRÜCHE

1. Schallwandlervorrichtung (1) umfassend ein Substrat (17) und einen Schallwandler (2), welcher mit einem Ende (16) eines Schallkanals (12) des Substrats (17) akustisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (1) eine wasserdichte akustische Membran (5) aufweist, welche ein anderes Ende des Schallkanals (12) abdeckt.

2. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (17) eine Steuervorrichtung oder ein Printed Circuit Board aufweist oder ist.

3. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Membran (5) mit dem Substrat (17) fest verbunden ist und/oder dass b. die Membran (5) auf dem Substrat (17) angeordnet, insbesondere angeklebt, ist.

4. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Schallkanals (12) eine Schallöffnung (4) umfasst.

5. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler (2) und die Membran (5) an sich gegenüberliegenden Seiten des Substrats (17) angeordnet sind.

6. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwandlervorrichtung (1) derart konfiguriert ist, dass eine Schalldruckwelle den Schallkanal (12) passiert, bevor sie von dem Schallwandler (2) empfangen wird.

7. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Membran (5) einen akustischen Raum (18) abschließt, der sich aus dem Schallkanal (12) und einem Innenraum (19) des Schallwandlers (2) zusammensetzt, und/oder dass b. ein akustischer Raum (18), der sich aus dem Schallkanal (12) und einem Innenraum (19) des Schallwandlers (2) zusammensetzt, durch die Membran (5) und ein Schallwandlergehäuse (28) vollständig abgeschlossen ist.

8. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Schallwandler (2) einen durch ein Schallwandlergehäuse (28) wenigstens teilweise umschlossenen Innenraum (19) aufweist, der mit dem Schallkanal (12) akustisch verbunden ist und/oder dass b. der Schallwandler (2) einen Schallempfänger und/oder -sender (3) aufweist, der in einem Innenraum (19) des Schallwandlers (2) angeordnet ist.

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9. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5)

a. ein Polyimid aufweist, insbesondere ein duroplastisches Polyimid, insbesondere poly (4,4'-oxydiphenylene-pyromellitimid), oder daraus gebildet ist; und/oder b. einen Polyester aufweist, insbesondere einen biaxial orientierten Polyester, insbesondere ein biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat, oder daraus gebildet ist, und/oder c. luftundurchlässig und/oder beschichtbar, insbesondere lackierbar, und/oder druckbeständig ist, insbesondere bis zu einem Druck von 10.000 kPa und/oder temperaturbeständig in einem Temperaturbereich von -269 °C bis 400 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von -70 °C bis 150 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 100 °C.

10. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5)

a. eine Deckschicht (6) aufweist und/oder b. mindestens eine Abstandsschicht (7) aufweist und/oder c. Mindestens eine Klebeschicht (11) aufweist.

11. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Deckschicht (6) auf mindestens einer Abstandsschicht (7) und/oder Klebeschicht (11) angeordnet ist, und/oder b. die Deckschicht (6) eine Klebeschicht (11) aufweist, insbesondere eine ringförmige Klebeschicht (11), und/oder c. die mindestens eine Abstandsschicht (7) einen Hohlraum (10) aufweist, der mit dem Schallkanal (12) fluidisch verbunden ist, und/oder d. die mindestens eine Abstandsschicht (7) eine Klebeschicht (11) aufweist, insbesondere eine ringförmige Klebeschicht (11).

12. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) eine Dicke von 0,01 bis 0,1 mm aufweist, insbesondere eine Dicke von 0,02 bis 0,05 mm, insbesondere eine Dicke von 0,05 — 0,03 mm.

13. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elastizitätsmodul der Membran (5) zwischen 1,5 und 4 GPA, insbesondere zwischen 1,7 - 3,5 GPA beträgt.

14. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenverhältnis einer Fläche des anderen Endes des Schallkanals

20 LU500838 (12), das der Membran (5) zugewandt ist, zu einer Fläche des Endes des Schallkanals (12), das zu dem Schallwandler (2) weist, zwischen 1,5 und 10 ist.

15. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) mindestens eine Klebeschicht (11) aufweist, wobei die mindestens eine Klebeschicht (11) die Deckschicht (6) mit dem Substrat (17) und/oder der Abstandsschicht (7) verbindet und/oder die Abstandsschicht (7) mit dem Substrat (17) verbindet.

16. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Klebeschicht (11) einen Adhäsionsbereich (24) der Membran (5) bildet.

17. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) in einem schallübertragenden Bereich (23) keine Klebeschicht (11) aufweist.

18. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 15 bis 18, wobei die mindestens eine Klebeschicht (11) ringförmig um die Schallöffnung (4) angeordnet ist.

19. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5), insbesondere ein schallübertragender Bereich (23) der Deckschicht (6), konkav oder konvex oder eben ausgebildet ist.

20. Schallwandlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass a. sich ein Querschnitt des Schallkanals (12) entlang einer Dickenrichtung des Substrats (17) verändert und/oder b. der Schallkanal (12) zwei Abschnitte aufweist, wobei ein erster Abschnitt eine Querschnittverengung entlang der Dickenrichtung des Substrats (17), aufweist und ein zweiter Abschnitt einen konstanten Querschnittverlauf entlang der Dickenrichtung des Substrats aufweist.

21. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schallkanalmedium (13) eine gegenüber einem Außenmedium gleiche oder unterschiedliche Dichte aufweist oder eine andere Phase bildet.

22. Schallwandlervorrichtung (1) gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallkanalmedium (13)

a. Luft ist, oder

21 LU500838 b. eine, insbesondere nicht-kompressible, Flüssigkeit, insbesondere ein Öl, insbesondere ein Mineralöl, aufweist oder ist.

23. Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend einen Schritt der Anordnung einer Membran (5) auf einem Substrat (17), wobei die Membran (5) einen Schallkanal (12) des Substrats (17) abdeckt.

24. Verfahren nach Anspruch 23; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt aufweist, in welchem ein Schallwandler (2) mit einer der Membran (5) gegenüberliegenden Seite des Substrats (17) verbunden wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) und/oder die Abstandsschicht (7) mittels mindestens einer Klebeschicht (11) auf dem Substrat (17) angeordnet, insbesondere befestigt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) mittels eines Reflow-Verfahrens auf dem Substrat (3) angeordnet, insbesondere befestigt, wird.

27. Verfahren nach Anspruch 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (6) auf mindestens eine Abstandsschicht (7) aufgebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass a. eine Fläche, insbesondere die gesamte Fläche, der Deckschicht (6) und/oder der Abstandsschicht (7) mit mindestens einer Klebeschicht (11) versehen wird, und/oder b. die mindestens eine Klebeschicht (11) derart aufgetragen wird, dass ein vorbestimmter Bereich der Membran (5) frei von der Klebeschicht (11) ist, insbesondere ein schallübertragender Bereich (23) der Membran (5), und/oder c. die mindestens eine Klebeschicht (11) in einem Adhäsionsbereich (24) der Membran (5) aufgetragen wird, insbesondere ringförmig aufgetragen wird, und/oder d. die mindestens eine Klebeschicht (11) vor einem Zusammensetzungsschritt der Membran (5) aufgetragen wird, und/oder e. die mindestens eine Klebeschicht (11) in einer vorbestimmten Menge aufgetragen wird.

29. Positionsbestimmungsvorrichtung aufweisend wenigstens eine Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22.

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30. Verwendung einer Schallwandlervorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 oder einer Positionsbestimmungsvorrichtung gemäß Anspruch 29 zur ein- oder mehrdimensionalen, vorzugsweise dreidimensionalen, Positionsbestimmung.