WO2008049681A1 - Ultraschallwandler - Google Patents

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WO2008049681A1
WO2008049681A1 PCT/EP2007/059270 EP2007059270W WO2008049681A1 WO 2008049681 A1 WO2008049681 A1 WO 2008049681A1 EP 2007059270 W EP2007059270 W EP 2007059270W WO 2008049681 A1 WO2008049681 A1 WO 2008049681A1
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damping element
diaphragm
damping
ultrasonic transducer
pot
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PCT/EP2007/059270
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Inventor
Martin Reiche
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US12/308,300 priority patent/US8587182B2/en
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Priority to US15/293,453 priority patent/US9992598B2/en

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
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    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49005—Acoustic transducer

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer for a vehicle and a corresponding method for manufacturing such an ultrasonic transducer.
  • L 5 ultrasonic transducers are used in motor vehicles, for example, for a parking aid.
  • the parking aid includes, for example, a control unit and ultrasonic sensors, which are provided with such ultrasonic transducers.
  • a decay behavior of the ultrasonic transducer for a so-called Nahmesscite a crucial functional requirement (for example, ⁇
  • An ultrasonic sensor has a housing in which the ultrasonic transducer is introduced.
  • Such ultrasonic transducers generally consist of a diaphragm pot and a transducer element arranged therein.
  • the diaphragm pot is usually formed from a metallic material, such as aluminum, or milled. It is made of anti-corrosion and Lackiertouchn with a primer
  • the electromechanical transducer element e.g., a piezoelectric element
  • the housing bottom for example glued, and contacted.
  • the housing is filled with a damping material.
  • a damping material One possibility is an injected silicone foam.
  • L 5 operating frequency (48 kHz) of the ultrasonic sensor is based, in particular shares to
  • Vibrations at the pot edge or bead are reflected by mismatch of mechanical impedance, but they are not converted into thermal energy, which would cause damping.
  • housing fillers which consist of damping materials and / or additionally contain such.
  • a material for example, a strongly dampening Aussch ⁇ ummaterial filling the interior of the diaphragm pot with a nearly homogeneous consistency, thereby not only results in a large damping of the wall vibrations but also the
  • membrane pot is exposed to external environmental influences such as contamination, jamming of the sensor in its holder, embrittlement of the decoupling ring or penetrating water.
  • L 0 DE 199 12 772 A1 describes an ultrasonic sensor for distance measurement, wherein a diaphragm pot is equipped with an elliptical and circular recess over a transducer element with a plurality of insulators, which are stacked and mechanically held by a Bohrungs Anlagensring in an annular groove in the diaphragm pot , A connection to the inner wall is not described.
  • L 5 These insulators consist, for example, of different damping materials such as a silicone disk, felt and cork.
  • the insulators have the shape of the elliptical recess and completely cover the transducer element.
  • Example felt An insulating resin such as silicone or urethane rubber seals the piezoelectric transducer element and the sound absorbing material.
  • the interior of the diaphragm pot has an elliptical and circular contour.
  • the transducer element is mounted on the membrane and surrounded by a ring portion _5, for example, has a thinner wall thickness than the portion on which the transducer element is applied.
  • transducer element and ring section are completely covered by the sound absorbing material.
  • the annular portion of the membrane surrounding the transducer element is covered with an insulating resin having a low layer thickness. It can be for example silicone or urethane resin.
  • Ring section dampened with thinner wall thickness.
  • a connection of this thin damping layer of the insulating resin with the inner wall of the diaphragm pot is not described. - A -
  • An ultrasonic sensor according to the description of DE 103 41 900 A1 has an interior of a diaphragm pot, which is filled with felt over a transducer element in layers and with a silicone rubber.
  • a portion of a silicone foam with bubbles is arranged in the silicone rubber.
  • the silicone rubber 5 seals the diaphragm pot.
  • the felt layer completely covers the transducer element and is completely covered by the silicone rubber.
  • Membrane pot in its lower part up to a definable height has a concentric structure of a homogeneous material, the inner region is filled above the piezoceramic on the surface of Nutzschwingung with a weakly dampening material. Another advantage is that the components are so
  • L 5 are designed so that a production of the ultrasonic sensor has no difficult-to-control processes and manual production is made possible in a simple manner.
  • the core of the invention is that the ultrasonic transducer has a diaphragm cup _ 0, which has a damping element with strong damping in an edge region or ring portion around the transducer element, which is positively connected to the membrane and the inner wall and centrally above the transducer element Has further damping element with low attenuation.
  • Membrant pot received in relation to the diaphragm plane of the damping element.
  • the kinetic energy of the unwanted vibrations in the damping element is converted into heat.
  • the second damping element is arranged concentrically around the first damping element, wherein the first damping element has substantially no contact with the inner wall of the diaphragm pot.
  • a particular advantage is that the diaphragm pot have a geometry L 0, which has a standard master pot, which no redesign is required and can be used on proven components with high quality.
  • the ultrasonic transducer remains at its operating frequency (48 kHz) low impedance and thus advantageous efficient. It is controllable with smaller transmission voltages and has in the
  • L 5 Microphone operation higher generator voltages The former is synonymous with the reduced risk of creeping depolarization of the piezoceramic of the transducer element and a higher overdrive limit in terms of transformer and transmission current source.
  • the latter is synonymous with larger signal / noise ratios in microphone operation or reception.
  • the ultrasonic transducer including the inner damping structure can be produced independently of the housing of the ultrasonic sensor and can be tested with regard to its parameters. This process can be advantageously unbundled (for example, separate locations of converter and sensor manufacturing) and rejects in the
  • the ultrasonic transducer in particular for a vehicle, having a diaphragm pot with a circumferential wall, comprises: a diaphragm cup mounted on a transducer portion on an inner side of a membrane
  • transducer element for generating ultrasonic vibrations; a first damping element arranged in the diaphragm pot on the transducer element for damping the diaphragm; and a second damper element disposed in the diaphragm pot in a peripheral portion of the diaphragm disposed about the transducer element for damping vibrations of the wall; wherein the second damping element both is at least partially positively connected to the edge portion and with an inner side of the wall.
  • the damping of the wall modes is advantageously carried out without influence and necessity 5 of an outer decoupling ring on an almost metrologically no longer detectable
  • a third damping element for further damping and / or
  • the first damping element and the second damping element are designed as insertion components.
  • L 5 automatic production as well as manual production is advantageously possible.
  • Membrane or wall can be achieved by oversize or mechanical stress or by bonding.
  • the second damping element has a contour that is complementary to a contour of the diaphragm pot, and a
  • the first damping element is designed as an insert component, wherein the second damping element is made of a casting material, preferably an elastomer with microballoons, in the diaphragm pot.
  • the second damping element 30 is made of a casting material, preferably an elastomer with microballoons, in the diaphragm pot.
  • an adaptation and connection of the second damping element 30 to the membrane and the inner wall of the diaphragm pot is advantageously possible.
  • the microballoons in the elastomer cause a further advantageous damping of the wall vibrations, which are converted into thermal energy.
  • the third damping element is formed from a casting material, preferably a two-component elastomer. In this case, this damping element can advantageously be introduced easily. 5
  • the first damping element comprises a foam material, preferably a closed-cell foam material.
  • the first damping element has a larger width at its upper side than at its lower side, wherein the width at its upper side is greater than the width of the passage opening of the second damping element. This ensures that the first damping element has a larger width at its upper side than at its lower side, wherein the width at its upper side is greater than the width of the passage opening of the second damping element.
  • first damping element for example, simply by biasing advantageous due to its conical shape without additional aids, such as an adhesive layer in the through-opening of the ⁇ second damping element is attachable.
  • the third damping element _ 5 is formed integrally with the second damping element.
  • the same material can be used and one operation can be advantageously saved.
  • first and second damping element have a measured from the inside of the membrane at 30 previously determined height.
  • the height is preferably the same for both elements.
  • Ultrasonic transducer has the following process steps:
  • the advantage is that a difficult to control foaming process is replaced by a simple mechanical filling process.
  • the acoustic properties of the elastomer to be filled is pre-defined by its parameters (density, Shore A hardness, diameter of the microballoons) and does not change by, for example, thermal curing ⁇ .
  • a core having the shape and dimensions of the first damping element on the transducer element and the second damping element as a castable material in the region between said core and
  • An alternative method according to the invention for producing a 5 ultrasonic transducer according to the invention comprises the following method steps:
  • the advantage is that the core for the second L 5 damping element to be enclosed forms a so-called "lost shape" and the first one
  • Damping element is, where it can advantageously remain in place.
  • Damping element takes place.
  • the material of the second damping element is also used for the third damping element.
  • the casting of the second and third damping element is then advantageously in only one production step.
  • the difficult-to-control reaction equilibrium between propellant expansion and adhesion of a silicone in the foaming process of the same is replaced by a simple mechanical Einsetzvon and insertion and filling process.
  • the acoustically relevant data such as Shore hardness, density, etc. are predefined and not dependent on the vulcanization process.
  • the first and second damping element in the form of an insert part can be produced in an advantageously simple manner, for example by punching.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an exemplary diaphragm pot of an ultrasonic transducer
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a first embodiment of an ultrasonic transducer according to the invention.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view of the first embodiment taken along section lines X-X of FIG. 2; 30
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the first embodiment taken along section lines YY of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a second embodiment of the ultrasonic transducer according to the invention.
  • FIG. Figure 6 is a perspective view of an exemplary damping element
  • FIG. 7 is a perspective view of another exemplary damping element.
  • an inventive ultrasonic transducer 1 is shown in a sectional view as L 5 is a conventional design in a preliminary stage before filling with damping elements.
  • a diaphragm pot 2 preferably in a cylindrical shape, has a circumferential wall 3 with a membrane 7 at the bottom. Furthermore, the diaphragm pot 2 has on its upper side an opening 6 which, for example, has a specific contour 11 '(see FIG. 4).
  • a thickening 5 is arranged in the vicinity of the opening, which is provided, for example, for connection to a holding element and / or decoupling ring, not shown.
  • the diaphragm pot 2 is in this example a extruded aluminum part.
  • the circumferential wall of the diaphragm pot 2 encloses an interior 19, within which on the inside of the diaphragm 7 a transducer element 8, for example a
  • Piezo transducer is applied in a transducer section 8, for example with an adhesive.
  • the converter section 8 is arranged concentrically around the central axis of the diaphragm pot 2 and surrounded by an edge section 9.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a first exemplary embodiment of an ultrasonic transducer 1 according to the invention with damping elements 12, 13 and 14.
  • a first damping element 12 is arranged, in this example, a certain Edge region of the top of the transducer element 10 is not covered by the first damping element 12.
  • the first damping element 12 may be, for example, a stamped insert which is mounted on the transducer element 10 by means of a double-sided adhesive tape or adhesive.
  • the first damping element is, for example, a felt material or a foam part and has a low
  • a second damping element 13 with a high damping value is arranged concentrically around the edge section 9 of the diaphragm 7, this being provided with the edge section 9 with a first fastening element 15 and with the inner wall of the diaphragm pot 2
  • L 0 is frictionally connected to a second fastening element 16. It is preferred that this frictional connection is formed flat.
  • the fasteners 15, 16 may be, for example, certain adhesives in one embodiment.
  • L 5 wall 3 in relation to the plane of the membrane 7 are taken up by the second damping element 13 and converted into thermal energy for damping.
  • the first and second damping elements 12 and 13 extend in the direction of the central axis of the diaphragm pot 2 into one from the inside of the diaphragm 7
  • a third damping element 14 is arranged, which fills the upper interior 19 of the diaphragm pot 2 up to its upper edge of the opening 16 and seals.
  • the third damping element 14 is a two-component elastomer.
  • this structure has a selective damping according to functional requirements:
  • the useful vibration of the diaphragm 7 in the converter section 8 is provided by the first damping element 12 with a low damping, wherein the wall vibrations or the Kipp_ / Knautschchismoden the wall relative to
  • Fig. 3 shows a sectional view of the first embodiment of FIG. 2 along section lines XX.
  • the inner cross section of the diaphragm pot 2 here has a special shape, which in Fig. 4, a sectional view taken along section lines YY of Fig. 2, is shown.
  • This shape has a contour 11 ', which consists in this example of an oval-shaped and a circular recess.
  • the first damping element 12 is embodied here with a circular cross section and is surrounded by the second damping element 13, which in its outer shape has the contour 11 (see FIG. 5) of the contour 11 'of the inner wall of the diaphragm pot 2. It is at this
  • Embodiment to recognize that the contour 11 in a transverse axis of the diaphragm pot oval-shaped and in a rectangular arranged at right angles to the transverse axis, resulting in different wall thicknesses of the diaphragm pot 2, which influence the directional characteristic of the ultrasonic transducer 1.
  • FIG 5 shows a schematic sectional representation of a second exemplary embodiment of the ultrasound transducer 1 according to the invention, wherein the second damping element 13 is integrally formed with the third damping element 14.
  • FIGS. 6 and 7 show the damping elements 13 and 12 as insertion components.
  • the second damping element 13 is punched from an elastomer material with the dimensions of the interior 19 of the diaphragm pot 2 at a certain height and has a through-opening 18 for the first damping element 12, which in this example has a cylindrical shape.
  • the top 17 of the first damping element 12 has a larger diameter than its underside, whereby an advantageous clamping when inserting the first damping element 12 in the fürgangsöffhung 18 of the second damping element 13 can take place.
  • the second damping element 13 is first so glued into the 30 lower portion of the interior 19 of the diaphragm pot 2, that it with his
  • the first damping element 12 is then inserted into the fürgangsöffhung 18 of the second damping element, with its underside with the top of the Transducer element 10, for example by means of adhesive tape is connected.
  • An adhesion of the outside of the first damping element 12 in the passage opening 18 with the second damping element 13 is conceivable.
  • felt as a material for the first damping element 12 is completely dispensed with bonding in the direction 5 of the second damping element 13 and the diaphragm 7.
  • Damping element 12 made of felt holds in this example, only by its shape, such as slight oversize or conicity, in the through hole 18th
  • the first damping element 12 is mechanically fixed in the passage opening 18 due to its different diameters or widths. This applies exactly to the felt material with slightly enlarged diameter with respect to through opening 18.
  • Membrane pot 2 introduced, for example, shed in the form of a two-component elastomer. Thus, the interior of the diaphragm pot 2 is also sealed at the same time.
  • Another production method provides that initially a mold or a core with the
  • Shape of the first damping element 12 is removably applied to the transducer element 10. Then, the second damper 13 in the form of a liquid elastomer is filled in the peripheral area around the core and thermally cured.
  • the level of the still liquid elastomer corresponds to the height of the top
  • the third damping element 14 is introduced into the remaining volume of the diaphragm pot 2 as explained above.
  • the first damping element 12 is concentrically affixed as a "lost core" on the transducer element 10 by means of a double-sided adhesive tape or adhesive transfer adhesive is injected as a second damping element 13 into the peripheral area around the first transducer element 12 and cured
  • the third damping element 14 is introduced into the remaining volume of the diaphragm cup 2 as explained above
  • the second and third damping elements 13 and 14 are in the same encapsulation step made of the same material.
  • L 5 invention are attenuated to an almost metrologically no longer detectable level.
  • the principle of the above damper assemblies includes diaphragm assemblies in which the piezoelectric transducer element 10 rests on a pedestal on the diaphragm 7, for example, or is mounted in a recess of the diaphragm 7.
  • the invention is not limited to the embodiments described above, but modifiable in a variety of ways.
  • contour 11, 11 'described above may have other shapes, for example
  • Example teardrop shape exhibit.
  • the first damping element 12 is formed from a 30 closed-cell foam material, since thus a defined
  • Transition region between the outer wall of the first damping element 12 in the through hole 18 to the second damping element 13 is advantageously possible.
  • AI material for the second damping element 13 an elastomer has proven, which is offset with microballoons, since thus advantageously damping parameters are previously adjustable.

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Abstract

Ein Ultraschallwandler (1), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Membrantopf (2) mit einer umlaufenden Wand (3), weist Folgendes auf: ein im Membrantopf (2) auf einem Wandlerabschnitt (8) auf einer Innenseite einer Membran (7) angebrachtes Wandlerelement (10) zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen; ein im Membrantopf (2) auf dem Wandlerelement (10) angeordnetes erstes Dämpfungselement (12) zur Bedämpfung der Membran (7); und ein im Membrantopf (2) in einem um das Wandlerelement (10) herum angeordneten Randabschnitt (9) der Membran (7) angeordnetes zweites Dämpfungselement (13) zur Bedämpfung von Schwingungen der Wand (3); wobei das zweite Dämpfungselement (13) sowohl mit dem Randabschnitt (9) als auch mit einer Innenseite (4) der Wand (3) zumindest abschnittsweise kraftschlüssig verbunden ist, sowie entsprechende Herstellverfahren.

Description

5 Beschreibung
Titel Ultraschallwandler
L 0 STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler für ein Fahrzeug und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines solchen Ultraschallwandlers.
L 5 Ultraschallwandler werden bei Kraftfahrzeugen zum Beispiel für eine Einparkhilfe eingesetzt. Die Einparkhilfe umfasst beispielsweise ein Steuergerät und Ultraschallsensoren, die mit derartigen Ultraschallwandlern versehen sind. Zu diesem Zweck ist insbesondere ein Ausschwingverhalten des Ultraschallwandlers für eine so genannte Nahmessfähigkeit eine entscheidende funktionale Anforderung (zum Beispiel <
_ 0 20cm). Ein Ultraschallsensor weist ein Gehäuse auf, in dem der Ultraschallwandler eingebracht ist. Derartige Ultraschallwandler bestehen im Allgemeinen aus einem Membrantopfund einem darin angeordneten Wandlerelement. Der Membrantopf wird üblicherweise aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminium, geformt oder gefräst. Er wird aus Korrosionsschutz- und Lackiergründen mit einem Primer
_ 5 beschichtet. Das elektromechanische Wandlerelement (z.B. ein Piezoelement) wird auf den Gehäuseboden aufgebracht, beispielsweise geklebt, und kontaktiert. Das Gehäuse wird mit einem dämpfenden Material aufgefüllt. Eine Möglichkeit dazu bildet ein eingespritzter Silikonschaum. Diese Herstellungsschritte sind aus verschiedenen Gründen technisch nicht trivial und damit nicht an beliebige Produktionsorte verlagerbar.
30 Insbesondere bedarf der chemische Prozess des Schäumens exakter Parameter und ist in der Fertigung schwierig umzusetzen.
Anstelle einer Ausschäumung des Gehäuseinnenraums kann man eine Bedämpfung durch Einlage von Schaumteilen in das Gehäuse erreichen. Dadurch wäre der Produktionsschritt des Ausschäumens durch einen manuell einfach zu beherrschenden Schritt ersetzt. Allerdings zeigt sich dabei, dass solche Sensoren dadurch ein ungünstigeres Ausschwingverhalten im Vergleich zu Ausführungen mit einer Ausschäumung aufweisen, welches die entscheidende funktionale Anforderung nach einer 5 Nahmessfähigkeit beeinträchtigt. Jedoch muss insbesondere der mechanische
Kraftschluss des Bedämpfungsmaterials an Topfwand und Membran über Alterung und Temperatur gewährleistet sein. Dies ist bei Einlegeteilen nur durch Teile mit Übermaß und Einsetzen mit Vorspannung erfüllbar, was Aufwand in der Fertigung und der Gehäusekonstruktion bedeutet, die die Vorspannung abfangen muss. Somit ist der L 0 Kraftschluss durch formexaktes Verfällen mit flüssigen Werkstoffen günstiger erreichbar, welche danach aushärten.
Durch Messungen der spektralen Anteile der Ausschwingvorgänge hat sich herausgestellt, dass ein wesentlicher Anteil auf Resonanzen außerhalb der
L 5 Arbeitsfrequenz (48 kHz) des Ultraschallsensors beruht, wobei insbesondere Anteile um
30 kHz und 70 kHz bedeutend sind. Diese werden durch Kipp- und Knautschbewegungsabläufe in der Gehäusewand verursacht. Eine Abhilfemaßnahme dagegen wurde bisher in einer Verdickung des Membrantopfes durch einen Wulst am oberen Wandrand ausgeführt, wodurch die Topfwand versteift wird, jedoch die
_ 0 angeregten Schwingungsmoden nicht bedämpft werden. Damit werden die
Schwingungen am Topfrand bzw. Wulst durch Fehlanpassung der mechanischen Impedanz reflektiert, sie werden aber nicht in thermische Energie umgewandelt, wodurch eine Dämpfung stattfinden würde.
_ 5 Zur Bedämpfung der Gehäusewandschwingungen werden weiterhin Gehäusefüllstoffe verwendet, die aus Dämpfungswerkstoffen bestehen und/oder solche zusätzlich enthalten. Ein Werkstoff, beispielsweise ein stark bedämpfendes Ausschäummaterial, der den Innenraum des Membrantopfs mit einer nahezu homogenen Konsistenz ausfüllt, ergibt dadurch nicht nur eine große Bedämpfung der Wandschwingungen sondern auch der
30 Nutzschwingungen der Membran des Membrantopfs. Dies führt zu einem kleinen elektroakustischen Wirkungsgrad des Ultraschallwandlers. Die Ansteuerelektronik, d.h. Sendestromquelle und Übertrager, gerät bei zu hoher Bedämpfung in Sättigungseffekte, welche zudem die Bandbreite des abgestimmten Systems Wandler/Beschaltung reduzieren. Eine weitere Abhilfemaßnahme besteht in einem äußeren Entkopplungsring, der auf die Wand des Membrantopfs aufgebracht ist. Messtechnisch ist dabei nachweisbar, dass bei Serienwandlerkonstruktionen die Wandmoden dann nahezu komplett unterdrückt werden. 5 Der mechanische Kontakt dieses Entkopplungsrings mit der äußeren Wand des
Membrantopfs ist aber äußeren Umwelteinflüssen wie zum Beispiel Verschmutzung, Verkantung des Sensors in seinem Halter, Versprödung des Entkopplungsrings oder eindringendem Wasser ausgesetzt.
L 0 Die DE 199 12 772 Al beschreibt einen Ultraschallsensor zur Abstandsmessung, wobei ein Membrantopf mit einer elliptischen und kreisförmigen Ausnehmung über einem Wandlerelement mit einer Mehrzahl von Isolatoren bestückt ist, die übereinander geschichtet sind und von einem Bohrungssicherungsring in einer Ringnut mechanisch im Membrantopf gehalten werden. Eine Anbindung an die Innenwand ist nicht beschrieben.
L 5 Diese Isolatoren bestehen zum Beispiel aus unterschiedlichen Dämpfungswerkstoffen wie einer Silikonscheibe, Filz und Kork. Die Isolatoren weisen die Form der elliptischen Ausnehmung auf und bedecken das Wandlerelement vollständig.
In der DE 199 17 862 Al ist ein Ultraschallsensor beschrieben, dessen piezoelektrisches _ 0 Wandlerelement von einem schallabsorbierenden Material bedeckt ist. Dieses kann zum
Beispiel Filz sein. Ein isolierendes Harz, beispielsweise Silikon- oder Urethangummi, dichtet das piezoelektrische Wandlerelement und das schallabsorbierende Material ab. Der Innenraum des Membrantopfs weist eine elliptische und kreisförmige Kontur auf. Das Wandlerelement ist auf der Membran befestigt und von einem Ringabschnitt _ 5 umgeben, der zum Beispiel eine dünnere Wandstärke als der Abschnitt aufweist, auf dem das Wandlerelement aufgebracht ist. In einer Ausführung sind Wandlerelement und Ringabschnitt vollständig von dem schallabsorbierenden Material bedeckt. In einer anderen Ausführung ist der das Wandlerelement umgebende Ringabschnitt der Membran mit einem isolierenden Harz mit einer geringen Schichtstärke bedeckt. Es kann zum 30 Beispiel Silikon- oder Urethanharz sein. Hierdurch wird die ungewollte Schwingung des
Ringabschnitts mit dünnerer Wandstärke gedämpft. Eine Anbindung dieser dünnen Bedämpfungsschicht des isolierenden Harzes mit der Innenwand des Membrantopfs ist nicht beschrieben. - A -
Ein Ultraschallsensor gemäß der Beschreibung der DE 103 41 900 Al weist einen Innenraum eines Membrantopfs auf, der über einem Wandlerelement schichtartig mit Filz und darüber mit einem Silikongummi ausgefüllt ist. In dem Silikongummi ist ein Abschnitt aus einem Silikonschaum mit Blasen angeordnet. Das Silikongummi dichtet 5 den Membrantopf ab. Die Filzschicht bedeckt das Wandlerelement vollständig und wird von dem Silikongummi vollständig bedeckt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
L 0 Der erfmdungsgemäße Ultraschallwandler weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein
Membrantopf in seinem unteren Bereich bis zu einer festlegbaren Höhe einen konzentrischen Aufbau aus einem homogenen Material aufweist, dessen Innenbereich über der Piezokeramik auf der Fläche der Nutzschwingung mit einem schwach bedämpfenden Material gefüllt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bauteile so
L 5 gestaltet sind, dass eine Herstellung des Ultraschallsensors keine schwer zu beherrschenden Prozesse aufweist und eine manuelle Fertigung in einfacher Weise ermöglicht wird.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Ultraschallwandler einen Membrantopf _ 0 aufweist, der in einem Randbereich bzw. Ringabschnitt um das Wandlerelement herum ein Dämpfungselement mit starker Dämpfung aufweist, welches mit der Membran und der Innenwand kraftschlüssig verbunden ist und zentrisch über dem Wandlerelement ein weiteres Dämpfungselement mit schwacher Dämpfung aufweist.
_ 5 Der Bereich über dem Wandlerelement wird somit nur schwach bedämpft, der konzentrisch um diesen angeordnete Ringabschnitt der Membran wird durch das darauf kraftschlüssig angeordnete Dämpfungselement mit hoher Dämpfung stark bedämpft, wobei die Innenwand des Membrantopfs auch mit dem Dämpfungselement mit hoher Dämpfung kraftschlüssig verbunden ist. Dadurch werden ähnlich einer Diagonalen,
30 welche ein Parallelogramm aussteift, die Kipp- und Knautschbewegungen der Wand des
Membrantopfs in Bezug zur Membranebene von dem Dämpfungselement aufgenommen. Dabei wird die kinetische Energie der unerwünschten Schwingungen in dem Dämpfungselement in Wärme umgewandelt. Das zweite Dämpfungselement ist konzentrisch um das erste Dämpfungselement angeordnet, wobei das erste Dämpfungselement im Wesentlichen keinen Kontakt mit der Innenwand des Membrantopfs aufweist.
5 Dieser Aufbau ist besonders vorteilhaft, da eine selektive Bedämpfung nach funktionellem Bedarf vorhanden ist: Niedrige Bedämpfung der Nutzschwingung und hohe Bedämpfung der Wandschwingungen.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass der Membrantopf eine Geometrie aufweisen L 0 kann, die ein Serienmembrantopf besitzt, wodurch keine Neukonstruktion erforderlich ist und auf bewährte Bauteile mit hoher Qualität zurückgegriffen werden kann.
Der Ultraschallwandler bleibt auf seiner Arbeitsfrequenz (48 kHz) niederohmig und damit vorteilhaft effizient. Er ist mit kleineren Sendespannungen ansteuerbar und hat im
L 5 Mikrofonbetrieb höhere Generatorspannungen. Ersteres ist gleichbedeutend mit dem verringerten Risiko der schleichenden Depolarisation der Piezokeramik des Wandlerelementes und einer höheren Übersteuerungsgrenze bzgl. Übertrager und Sendestromquelle. Letzteres ist gleichbedeutend mit größeren Signal-/Störabständen bei Mikrofonbetrieb bzw. Empfang.
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Der Ultraschallwandler einschließlich der inneren Bedämpfungskonstruktion ist unabhängig vom Gehäuse des Ultraschallsensors herstellbar und hinsichtlich seiner Parameter prüfbar. Damit können Prozessabläufe vorteilhaft entflochten (zum Beispiel getrennte Standorte von Wandler- und Sensorfertigung) und Ausschuss in der
_ 5 Sensorendprüfung reduziert werden.
Gemäß der Erfindung weist der Ultraschallwandler, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Membrantopf mit einer umlaufenden Wand, Folgendes auf: einen im Membrantopf auf einem Wandlerabschnitt auf einer Innenseite einer Membran angebrachtes
30 Wandlerelement zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen; ein im Membrantopf auf dem Wandlerelement angeordnetes erstes Dämpfungselement zur Bedämpfung der Membran; und ein im Membrantopf in einem um das Wandlerelement herum angeordneten Randabschnitt der Membran angeordnetes zweites Dämpfungselement zur Bedämpfung von Schwingungen der Wand; wobei das zweite Dämpfungselement sowohl mit dem Randabschnitt als auch mit einer Innenseite der Wand zumindest abschnittsweise kraftschlüssig verbunden ist.
Die Bedämpfung der Wandmoden erfolgt vorteilhaft ohne Einfluss und Notwendigkeit 5 eines äußeren Entkopplungsrings auf ein nahezu messtechnisch nicht mehr nachweisbares
Niveau. Damit entfällt vorteilhaft das Risiko von Umwelteinflüssen auf den Übergang zwischen Entkopplungsring und Membrantopfwand.
In einer weiteren Ausführung ist im Membrantopf über dem ersten und zweiten L 0 Dämpfungselement ein drittes Dämpfungselement zur weiteren Bedämpfung und/oder
Abdichtung des Membrantopfs angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das erste Dämpfungselement und das zweite Dämpfungselement als Einlegebauteile ausgebildet sind. Dadurch ist sowohl L 5 automatische Fertigung als auch Handfertigung vorteilhaft möglich. Ein Kraftschluss zur
Membran bzw. zur Wand kann durch Übermaß bzw. mechanische Spannung oder durch Verklebung erreicht werden.
Weiter ist in einer Ausführungsform bevorzugt, dass das zweite Dämpfungselement eine _ 0 Kontur, welche komplementär zu einer Kontur des Membrantopfs ist, und eine
Durchgangsöffhung zur Aufnahme des ersten Dämpfungselementes aufweist. Dadurch ist ein konzentrischer Aufbau der beiden Dämpfungselemente möglicht, wobei die beiden Elemente als Einlegeteile entsprechend an anderer Stelle vorteilhaft vorgefertigt werden können. .5
In einer alternativen Ausführung ist das erste Dämpfungselement als ein Einlegebauteil ausgebildet, wobei das zweite Dämpfungselement aus einem Gießwerkstoff, vorzugsweise einem Elastomer mit Mikroballons, im Membrantopf hergestellt ist. Hierbei ist vorteilhaft eine Anpassung und Anbindung des zweiten Dämpfungselementes 30 an die Membran und die Innenwand des Membrantopfs möglich. Bei Verguss erfolgt ein exakter vollflächiger Kraftschluss an Membran und Wand und je nach Materialwahl eine Verklebung. Die Mikroballons in dem Elastomer bewirken eine weitere vorteilhafte Bedämpfung der Wandschwingungen, wobei diese in thermische Energie umgewandelt werden. In weiterer Ausführung ist das dritte Dämpfungselement aus einem Gießwerkstoff, vorzugsweise einem Zweikomponentenelastomer, ausgebildet. Dabei kann dieses Dämpfungselement vorteilhaft einfach eingebracht werden. 5
Es ist in bevorzugter Ausfuhrung vorgesehen, dass das erste Dämpfungselement einen Schaumwerkstoff, vorzugsweise einen geschlossenporigen Schaumwerkstoff, aufweist. Dadurch wird ein Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Dämpfungselement verbessert, da ein Aufsaugen des zweiten Dämpfungselementes im
L 0 flüssigen Zustand in das erste Dämpfungselement nicht erfolgt und somit ein vorteilhaft verbesserter Übergang der akustischen Impedanzen zwischen diesen Dämpfungselementen erzielt wird. Durch Vermeiden des Aufsaugens wie z.B. bei einem Filzwerkstoff ist der Ort der Grenzschicht des Übergangs der Impedanzen der Dämpfungselemente besser reproduzierbar.
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In einer weiteren alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass das erste Dämpfungselement an seiner Oberseite eine größere Weite als an seiner Unterseite aufweist, wobei die Weite an seiner Oberseite größer ist als die Weite der Durchgangsöffhung des zweiten Dämpfungselementes. Dadurch wird erreicht, dass das
_ 0 erste Dämpfungselement zum Beispiel vorteilhaft einfach durch Vorspannung durch seine konische Gestalt ohne weitere Hilfsmittel, wie z.B. eine Klebeschicht^ in der Durchgangsöffhung des zweiten Dämpfungselementes befestigbar ist.
In einer noch weiteren alternativen Ausführung ist das dritte Dämpfungselement _ 5 einstückig mit dem zweiten Dämpfungselement ausgebildet. In diesem Fall kann der gleiche Werkstoff verwendet und ein Arbeitsgang vorteilhaft eingespart werden.
Es ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass das erste und zweite Dämpfungselement eine senkrecht von der Innenseite der Membran an gemessene vorher 30 festgelegte Höhe aufweisen. Hierbei ist die Höhe vorzugsweise bei beiden Elementen gleich groß. Dadurch ergibt sich ein vorteilhafter konzentrischer Aufbau, wobei das dritte Dämpfungselement auf dem ersten und zweiten Dämpfungselement vorteilhaft plan aufliegt. Das Prinzip dieser Dämpfungsaufbauten schließt Membranaufbauten mit ein, in denen der piezoelektrische Wandler auf einem Podest aufliegt bzw. in einer Vertiefung angebracht ist.
5 Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen
Ultraschallwandlers weist folgende Verfahrensschritte auf:
(Sl) Einbringen des zweiten Dämpfungselementes in den Membrantopf, wobei das zweite Dämpfungselement mit der Innenwand des Membrantopfs und dem Randbereich der Innenseite der Membran des Membrantopfs kraftschlüssig verbunden wird; und
L 0 (S2) Einfügen des ersten Dämpfungselementes in die Durchgangsöffhung des zweiten Dämpfungselementes_oder Einfügen des ersten Dämpfungselementes in die Durchgangsöffhung des zweiten Dämpfungselementes und Verschließen des Membrantopfs mit dem dritten Dämpfungselement zum Herstellen des Ultraschallwandlers .
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Hier wird vorteilhaft erreicht, dass mit einfachen und wenigen Fertigungsschritten unter Zeitersparnis ein Ultraschallwandler mit einem Ausschwingverhalten hergestellt wird, das den Anforderungen entspricht. Eine aufwändige Neukonstruktion des Membrantopfs ist nicht erforderlich.
_ 0 Hierbei besteht der Vorteil darin, dass ein schwierig zu beherrschender Schäumprozess durch einen einfachen mechanischen Füllprozess ersetzt wird. Die akustische Eigenschaft des zu verfüllenden Elastomers ist durch seine Parameter (Dichte, Shore-Härte, Durchmesser der Mikroballons) vordefiniert und ändert sich durch einen, beispielsweise thermischen^ Aushärtungsprozess nicht mehr.
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In einer alternativen Ausführung ist vorgesehen, dass vor dem Einbringen des zweiten Dämpfungselementes ein Kern mit der Form und den Abmessungen des ersten Dämpfungselementes auf dem Wandlerelement entfernbar aufgebracht und das zweite Dämpfungselement als gießbarer Werkstoff in den Bereich zwischen diesem Kern und
30 der Innenwand des Membrantopfs eingebracht wird, und wobei nach dem Aushärten des zweiten Dämpfungselementes der Kern zur Bildung der Durchgangsöffnung entfernt wird. Dadurch sind vorteilhaft einfache und bekannte Füllprozesse anwendbar. Eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Dämpfungselement und der Membran sowie der Membrantopfinnenwand benötigt vorteilhaft keinen zusätzlichen Verbindungswerkstoff, wie zum Beispiel Kleber.
Ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen 5 Ultraschallwandlers weist folgende Verfahrensschritte auf:
(51) Einbringen des ersten Dämpfungselementes in den Membrantopf, wobei das erste Dämpfungselement auf dem Wandlerelement befestigt wird; und
(52) Eingießen des zweiten Dämpfungselementes in den Bereich zwischen dem ersten Dämpfungselement und der Innenwand des Membrantopfs oder Eingießen des
L 0 ersten Dämpfungselementes in den Bereich zwischen dem ersten Dämpfungselement und der Innenwand des Membrantopfs und Verschließen des Membrantopfs mit dem dritten Dämpfungselement zum Herstellen des Ultraschallwandlers^
In dieser Version besteht der Vorteil darin, dass der Kern für das einzugießende zweite L 5 Dämpfungselement eine so genannte „verlorene Form" bildet und das erste
Dämpfungselement ist, wobei er vorteilhaft an Ort und Stelle verbleiben kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Verschließen des Membrantopfs durch weiteres Eingießen von Werkstoff des zweiten
_ 0 Dämpfungselementes in den Membrantopf zum Ausbilden des dritten
Dämpfungselementes erfolgt. Hierbei wird vorteilhaft der Werkstoff des zweiten Dämpfungselementes auch für das dritte Dämpfungselement verwendet. Der Verguss des zweiten und dritten Dämpfungselementes erfolgt dann vorteilhafterweise in nur einem Produktionsschritt.
.5
Es ergeben sich weitere folgende Vorteile.
Das schwer zu beherrschende Reaktionsgleichgewicht zwischen Treibmittelausdehnung und Adhäsion eines Silikons beim Schäumprozess desselben wird durch einen einfachen 30 mechanischen Einsetzprozess bzw. Einsetz- und Einfüllprozess ersetzt. Beim Verfüllstoff sind die akustisch relevanten Daten wie Shore-Härte, Dichte u.a. vordefiniert und nicht vom Vulkanisationsprozess abhängig. Das erste und zweite Dämpfungselement in Form eines Einlegeteils ist in vorteilhaft einfacher Weise herstellbar, zum Beispiel durch Stanzen.
Der Verzicht auf den Wulst beim Gehäuse bedeutet Vorteile bei der Rohfertigung des 5 Gehäuses durch Fließpressen.
Durch die hohe Sendeeffizienz und verbesserten Rausch-/Störabstände beim Empfang ist der erfindungsgemäße Ultraschallwandler gut geeignet zur Realisierung größerer Reichweiten für erweiterte Funktionen wie Parklückenvermessung, Überwachung toter L 0 Winkel, LSF usw.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung und den Zeichnungen entnehmbar.
L 5 KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
_ 0 Es zeigt dabei:
FIG. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines beispielhaften Membrantopfs eines Ultraschallwandlers;
_ 5 FIG. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers;
FIG. 3 eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels längs Schnittlinien X-X nach FIG. 2; 30
FIG. 4 eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels längs Schnittlinien Y-Y nach FIG. 2; FIG. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers;
FIG. 6 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Dämpfüngselementes; und 5
FIG. 7 eine perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften Dämpfungselementes.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG L O
Gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler 1 in einer Schnittdarstellung als L 5 eine übliche Ausführung in einer Vorstufe vor Befüllung mit Dämpfungselementen gezeigt. Ein Membrantopf 2, vorzugsweise in zylindrischer Form, weist eine umlaufende Wand 3 mit einer unten liegenden Membran 7 auf. Weiterhin besitzt der Membrantopf 2 an seiner Oberseite eine Öffnung 6, die zum Beispiel eine bestimmte Kontur 11 ' (siehe Fig. 4) aufweist. An der Außenseite des Membrantopfs 2 ist in der Nähe der Öffnung eine _ 0 Verdickung 5 angeordnet, welche beispielsweise zur Verbindung mit einem nicht gezeigten Halteelement und/oder Entkopplungsring vorgesehen ist. Der Membrantopf 2 ist in diesem Beispiel ein fließgepresstes Aluminiumteil.
Die umlaufende Wand des Membrantopfs 2 umschließt einen Innenraum 19, innerhalb _ 5 dessen auf der Innenseite der Membran 7 ein Wandlerelement 8, zum Beispiel ein
Piezowandler, in einem Wandlerabschnitt 8 aufgebracht ist, beispielsweise mit einem Kleber. Der Wandlerabschnitt 8 ist konzentrisch um die Mittelachse des Membrantopfs 2 angeordnet und von einem Randabschnitt 9 umgeben.
30 Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers 1 mit Dämpfungselementen 12, 13 und 14.
Über dem Wandlerelement 10 ist konzentrisch zur Mittelachse des Membrantopfs 2 ein erstes Dämpfungselement 12 angeordnet, wobei in diesem Beispiel ein bestimmter Randbereich der Oberseite des Wandlerelementes 10 nicht vom ersten Dämpfungselement 12 bedeckt ist. Das erste Dämpfungselement 12 kann zum Beispiel ein gestanztes Einlegeteil sein, das auf dem Wandlerelement 10 mittels eines doppelseitigen Klebebands oder Klebers befestigt ist. Das erste Dämpfungselement ist 5 beispielsweise ein Filzwerkstoff oder ein Schaumstoffteil und weist einen niedrigen
Dämpfungswert auf. Um dieses erste Dämpfungselement 12 herum ist über dem Randabschnitt 9 der Membran 7 ein zweites Dämpfungselement 13 mit einem hohen Dämpfungswert konzentrisch herum angeordnet, wobei dieses mit dem Randabschnitt 9 mit einem ersten Befestigungselement 15 und mit der Innenwand des Membrantopfs 2
L 0 mit einem zweiten Befestigungselement 16 kraftschlüssig verbunden ist. Es ist bevorzugt, dass diese kraftschlüssige Verbindung flächig ausgebildet ist. Die Befestigungselemente 15, 16 können in einer Ausführung zum Beispiel bestimmte Klebstoffe sein. Durch diese Befestigung ergibt sich eine diagonale Aussteifung zwischen Wand 3 und der Membran 7, wodurch bei Betrieb des Ultraschallwandlers 1 Kipp- und Knautschbewegungen der
L 5 Wand 3 in Bezug zur Ebene der Membran 7 von dem zweiten Dämpfungselement 13 aufgenommen und zur Bedämpfung in thermische Energie umgesetzt werden.
Das erste und zweite Dämpfungselement 12 und 13 erstrecken sich in Richtung der Mittelachse des Membrantopfs 2 in eine von der Innenseite der Membran 7 her
_ 0 gemessene vorher festlegbar Höhe, die bevorzugt bei beiden gleich groß ist. Auf dieser so gebildeten Oberseite der Dämpfungselemente 12 und 13 ist ein drittes Dämpfungselement 14 angeordnet, welches den oberen Innenraum 19 des Membrantopfs 2 bis zu seiner Oberkante der Öffnung 16 anfüllt und abdichtet. In einem Ausführungsbeispiel ist das dritte Dämpfungselement 14 ein Zweikomponenten-Elastomer.
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Somit weist dieser Aufbau eine selektive Bedämpfung nach funktionalem Bedarf auf: Die Nutzschwingung der Membran 7 im Wandlerabschnitt 8 wird durch das erste Dämpfungselement 12 mit einer niedrigen Bedämpfung versehen, wobei die Wandschwingungen bzw. die Kipp-_/Knautschbewegungsmoden der Wand relativ zur
30 Membran durch das zweite Dämpfungselement 13 stark bedämpft werden.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 längs Schnittlinien X-X. Der innere Querschnitt des Membrantopfs 2 weist hier eine besondere Gestalt auf, die in Fig. 4, einer Schnittansicht längs Schnittlinien Y-Y nach Fig. 2, dargestellt ist. Diese Gestalt besitzt eine Kontur 11 ', die in diesem Beispiel aus einer ovalartigen und einer kreisförmigen Ausnehmung besteht. Das erste Dämpfungselement 12 ist hier mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt und ist von dem zweiten Dämpfungselement 13 umgeben, welches in seiner Außengestalt die Kontur 11 (siehe 5 Fig. 6) der Kontur 11 ' der Innenwand des Membrantopfs 2 aufweist. Es ist bei dieser
Ausführung zu erkennen, dass sich die Kontur 11 in einer Querachse des Membrantopfs ovalartig und in einer rechtwinklig dazu angeordneten Querachse kreisabschnittförmig erstreckt, wodurch sich unterschiedliche Wanddicken des Membrantopfs 2 ergeben, die die Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers 1 beeinflussen. L O
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfmdungsgemäßen Ultraschallwandlers 1 , wobei das zweite Dämpfungselement 13 mit dem dritten Dämpfungselement 14 einstückig ausgebildet ist.
L 5 Schließlich zeigen Fig. 6 und 7 die Dämpfungselemente 13 und 12 als Einlegebauteile. In dieser Ausführung ist das zweite Dämpfungselement 13 aus einem Elastomerwerkstoff mit den Abmessungen des Innenraums 19 des Membrantopfs 2 in einer bestimmten Höhe gestanzt und weist eine Durchgangsöffhung 18 für das erste Dämpfungselement 12 auf, welches in diesem Beispiel zylindrische Gestalt aufweist.
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In einer anderen Ausführung weist die Oberseite 17 des ersten Dämpfungselementes 12 einen größeren Durchmesser auf als seine Unterseite, wodurch sich eine vorteilhafte Klemmung beim Einsetzen des ersten Dämpfungselementes 12 in der Durchgangsöffhung 18 des zweiten Dämpfungselementes 13 erfolgen kann.
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Zum Herstellen des Ultraschallwandlers 1 werden nun drei verschiedene Verfahren angegeben, welche aber nicht einschränkend sind.
Im Falle von Einlegeteilen wird zunächst das zweite Dämpfungselement 13 in den 30 unteren Bereich des Innenraums 19 des Membrantopfs 2 so eingeklebt, dass es mit seiner
Unterseite mit der Innenseite der Membran 7 im Randabschnitt 9 und mit seiner Außenseite mit der Innenseite der Wand 3 des Membrantopfs 2 kraftschlüssig verbunden ist. Das erste Dämpfungselement 12 wird dann in die Durchgangsöffhung 18 des zweiten Dämpfungselementes eingesetzt, wobei seine Unterseite mit der Oberseite des Wandlerelementes 10, zum Beispiel mittels Klebeband, verbunden wird. Auch eine Verklebung der Außenseite des ersten Dämpfungselementes 12 in der Durchgangsöffhung 18 mit dem zweiten Dämpfungselement 13 ist denkbar. Im Falle von Filz als Werkstoff für das erste Dämpfungselement 12 wird ganz auf Verklebung in 5 Richtung des zweiten Dämpfungselementes 13 bzw. der Membran 7 verzichtet. Das erste
Dämpfungselement 12 aus Filz hält in diesem Beispiel dann allein durch seine Formgebung, wie zum Beispiel leichtes Übermaß oder Konizität, in der Durchgangsöffnung 18.
L O In einer anderen Version wird, wie oben schon erwähnt, das erste Dämpfungselement 12 in der Durchgangsöffnung 18 auf Grund seiner unterschiedlichen Durchmesser bzw. Weiten mechanisch festgesetzt. Dies gilt genau für den Filzwerkstoff mit leicht erweitertem Durchmesser bzgl. Durchgangsöffnung 18.
L 5 Danach wird das dritte Dämpfungselement 14 in das restliche Volumen des
Membrantopfs 2 eingebracht, beispielsweise in Form eines Zweikomponenten- Elastomers vergossen. Damit wird der Innenraum des Membrantopfs 2 außerdem gleichzeitig abgedichtet.
_ 0 Ein weiteres Herstellverfahren sieht vor, dass zunächst eine Form bzw. ein Kern mit der
Gestalt des ersten Dämpfungselementes 12 auf dem Wandlerelement 10 entfernbar aufgebracht wird. Dann wird das zweite Dämpfungselement 13 in Form eines flüssigen Elastomers in den Randbereich um den Kern herum eingefüllt und thermisch ausgehärtet. Hierbei entspricht der Füllstand des noch flüssigen Elastomers der Höhe der Oberseite
_ 5 des Kerns, der die Abmessungen des ersten Dämpfungselementes 12 aufweist. Nach
Aushärtung des zweiten Dämpfungselementes 13 wird der Kern wieder entfernt, der eine Durchgangsöffnung 18 für das erste Dämpfungselement 12 gebildet hat und durch das erste Dämpfungselement 12 ersetzt, das wie oben beschrieben eingesetzt wird. Ein kraftschlüssiger Verbund des zweiten Dämpfungselementes 13 mit dem Randabschnitt 9
30 der Membran 7 und der Innenseite der Wand 3 des Membrantopfs 2 wird durch das
Elastomer des zweiten Dämpfungselementes 13 selbst ausgebildet. Dann wird das dritte Dämpfungselement 14 in das restliche Volumen des Membrantopfs 2 wie oben erläutert eingebracht. Bei einem besonders bevorzugten Herstellverfahren wird das erste Dämpfungselement 12 als „verlorener Kern" auf dem Wandlerelement 10 konzentrisch mittels eines doppelseitigen Klebebands oder Transferklebers befestigt. Ein Elastomer wird als zweites Dämpfungselement 13 in den Randbereich um das erste Wandlerelement 12 herum 5 eingegossen und ausgehärtet, wobei sich die oben erwähnte kraftschlüssige Verbindung mit der Membran 7 und der Wand 3 ausbildet. Dann wird das dritte Dämpfungselement 14 in das restliche Volumen des Membrantopfs 2 wie oben erläutert eingebracht. In einem weiteren Vereinfachungsschritt werden das zweite und dritte Dämpfungselement 13 und 14 im gleichen Vergussschritt aus gleichem Material hergestellt.
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Versuche haben ergeben, dass mit einer solchen Anordnung einer selektiven Bedämpfung und diagonaler Aussteifung des Membrantopfs 2 eines Ultraschallwandlers 1 Ausschwingwerte vorteilhaft unter 20 cm erreichbar sind. Dabei ist ein äußerer Entkopplungsring (nicht gezeigt) nicht notwendig, da die Wandmoden durch die
L 5 Erfindung auf ein nahezu messtechnisch nicht mehr nachweisbares Niveau bedämpft werden.
Das Prinzip der obigen Dämpfungsaufbauten schließt Membranaufbauten mit ein, in denen das piezoelektrische Wandlerelement 10 zum Beispiel auf einem Podest auf der _ 0 Membran 7 aufliegt bzw. in einer Vertiefung der Membran 7 angebracht ist.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
_ 5 Die oben beschriebenen Kontur 11, 11 ' kann selbstverständlich andere Formen, zum
Beispiel Tropfenform, aufweisen.
Bei Verwendung eines flüssigen Werkstoffs für das zweite Dämpfungselement 13 ist es besonders bevorzugt, dass das erste Dämpfungselement 12 aus einem 30 geschlossenporigem Schaumwerkstoff ausgebildet ist, da somit ein definierter
Übergangsbereich zwischen der Außenwand des ersten Dämpfungselementes 12 in der Durchgangsöffnung 18 zum zweiten Dämpfungselement 13 vorteilhaft ermöglicht ist. AIs Werkstoff für das zweite Dämpfungselement 13 hat sich ein Elastomer bewährt, welches mit Mikroballons versetzt ist, da somit vorteilhaft Dämpfungsparameter vorher einstellbar sind.

Claims

5 Patentansprüche
1. Ultraschallwandler (1), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Membrantopf (2) mit einer umlaufenden Wand (3), mit: einem im Membrantopf (2) auf einem Wandlerabschnitt (8) auf einer Innenseite L 0 einer Membran (7) angebrachten Wandlerelement (10) zur Erzeugung von
Ultraschallschwingungen; einem im Membrantopf (2) auf dem Wandlerelement (10) angeordneten ersten Dämpfungselement (12) zur Bedämpfung der Membran (7); und einem im Membrantopf (2) in einem um das Wandlerelement (10) herum L 5 angeordneten Randabschnitt (9) der Membran (7) angeordneten zweiten
Dämpfungselement (13) zur Bedämpfung von Schwingungen der Wand (3); wobei das zweite Dämpfungselement (13) sowohl mit dem Randabschnitt (9) als auch mit einer Innenseite (4) der Wand (3) zumindest abschnittsweise kraftschlüssig verbunden ist.
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2. Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Membrantopf (2) über dem ersten und zweiten Dämpfungselement (12, 13) ein drittes Dämpfungselement (14) zur weiteren Bedämpfung und/oder Abdichtung des
Membrantopfs (2) angeordnet ist. .5
3. Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (12) einen Werkstoff mit einem niedrigen
Dämpfungswert und das zweite Dämpfungselement (13) einen Werkstoff mit einem 30 hohen Dämpfungswert aufweist.
4. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (12) und das zweite Dämpfungselement (13) als Einlegebauteile ausgebildet sind. 5
5. Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dämpfungselement (13) eine Kontur (11), welche komplementär zu einer Kontur (11 ') des Membrantopfs (2) ist, und eine Durchgangs Öffnung (18) zur Aufnahme L 0 des ersten Dämpfungselementes (12) aufweist.
6. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (12) als ein Einlegebauteil ausgebildet ist, wobei das L 5 zweite Dämpfungselement (13) aus einem Gießwerkstoff im Membrantopf (2) hergestellt ist.
7. Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
_ 0 dass das zweite Dämpfungselement (13) ein Elastomer ist, welches Mikroballons aufweist.
8. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
_5 dass das dritte Dämpfungselement (14) aus einem Gießwerkstoff, vorzugsweise einem
Zweikomponentenelastomer, ausgebildet ist.
9. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
30 dass das erste Dämpfungselement (12) einen Schaumwerkstoff aufweist.
10. Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumwerkstoff geschlossenporig ausgebildet ist.
11. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dämpfungselement (12) an seiner Oberseite (17) eine größere Weite als an 5 seiner Unterseite aufweist, wobei die Weite an seiner Oberseite (17) größer ist als die
Weite der Durchgangsöffhung (18) des zweiten Dämpfungselementes (13).
12. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
L 0 dass das dritte Dämpfungselement (14) einstückig mit dem zweiten Dämpfungselement
(13) ausgebildet ist.
13. Ultraschallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
L 5 dass das erste und zweite Dämpfungselement (12, 13) eine senkrecht von der Innenseite der Membran (7) an gemessene vorher festgelegte Höhe aufweisen.
14. Ultraschallwandler ( 1 ) nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet,
_ 0 dass das erste und zweite Dämpfungselement (12, 13) eine senkrecht von der Innenseite der Membran (7) an gemessene vorher festgelegte gleich große Höhe aufweisen.
15. Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallwandlers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8 bis 14, mit folgenden Verfahrensschritten:
_5 (Sl) Einbringen des zweiten Dämpfungselementes (13) in den Membrantopf (2), wobei das zweite Dämpfungselement (13) mit der Innenwand (4) des Membrantopfs (2) und dem Randbereich (9) der Innenseite der Membran (7) des Membrantopfs (2) kraftschlüssig verbunden wird; und (S2) Einfügen des ersten Dämpfungselementes (12) in die Durchgangsöffhung (18)
30 des zweiten Dämpfungselementes (13) oder Einfügen des ersten Dämpfungselementes
(12) in die Durchgangsöffhung (18) des zweiten Dämpfungselementes (13) und Verschließen des Membrantopfs (2) mit dem dritten Dämpfungselement (14) zum Herstellen des Ultraschallwandlers (1).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des zweiten Dämpfungselementes (13) ein Kern mit der Form und den Abmessungen des ersten Dämpfungselementes (12) auf dem Wandlerelement 5 (10) entfernbar aufgebracht und das zweite Dämpfungselement (13) als gießbarer
Werkstoff in den Bereich zwischen diesem Kern und der Innenwand (4) des Membrantopfs (2) eingebracht wird, und wobei nach dem Aushärten des zweiten Dämpfungselementes (13) der Kern zur Bildung der Durchgangsöffhung (18) entfernt wird. LO
17. Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallwandlers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6 bis 14, mit folgenden Verfahrensschritten:
(51) Einbringen des ersten Dämpfungselementes (12) in den Membrantopf (2), wobei das erste Dämpfungselement (13) auf dem Wandlerelement (10) befestigt wird;
L 5 und
(52) Eingießen des zweiten Dämpfungselementes (13) in den Bereich zwischen dem ersten Dämpfungselement (12) und der Innenwand (4) des Membrantopfs (2) oder Eingießen des zweiten Dämpfungselementes (12) in den Bereich zwischen dem ersten Dämpfungselement (12) und der Innenwand (4) des Membrantopfs (2) und Verschließen
_ 0 des Membrantopfs (2) mit dem dritten Dämpfungselement (14) zum Herstellen des
Ultraschallwandlers (1).
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,
_ 5 dass das Verschließen des Membrantopfs (2) durch weiteres Eingießen von Werkstoff des zweiten Dämpfungselementes (13) in den Membrantopf (2) zum Ausbilden des dritten Dämpfungselementes (14) erfolgt.
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