WO2011051041A1 - Ultraschallwandler zum einsatz in einem fluiden medium - Google Patents

Ultraschallwandler zum einsatz in einem fluiden medium Download PDF

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WO2011051041A1
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housing
ultrasonic transducer
edge
transducer
sensor
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PCT/EP2010/063279
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Roland Mueller
Gerhard Hueftle
Michael Horstbrink
Tobias Lang
Sami Radwan
Bernd Kuenzl
Roland Wanja
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Robert Bosch Gmbh
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    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • ultrasonic transducers for use in fluid media are known from the prior art. Under an ultrasonic transducer is generally understood an element which is capable of emitting ultrasonic signals in the fluid medium and / or ultrasonic signals from the fluid
  • Ultrasonic transducers of this kind are used, for example, in ultrasonic flow meters in process engineering and / or in the automotive sector, for example in flow meters (ultrasonic flow meters, ultrasonic flow meters, UFM), in particular in the intake tract and / or exhaust tract of internal combustion engines.
  • ultrasonic transducers are known from DE 10 2007 010 500 A1, DE 10 2007 037 088 A1 or from the post-published German patent application from the applicant's home of the present application with the file reference DE 10 2008 055 126.0.
  • the ultrasonic transducers described therein can also be used in principle in the context of the present invention and modified according to the invention.
  • Ultrasonic transducers generally have at least one electrical-acoustic element, for example a piezoelectric transducer element. However, this is especially the case when measuring the flow in air or other gases
  • a problem is that there is a high acoustic impedance difference between the material of the electro-acoustic transducer element and the air, which leads to high coupling losses in the coupling of ultrasonic signals between the electro-acoustic transducer element and the gas. Accordingly, the signal strokes can be weak if, for example, air quantity signals within a system control of an internal combustion engine are derived from the transducer signals in a flow measurement. the.
  • Ultrasonic transducers with sound-emitting resonance or matching bodies such as, for example, a metal diaphragm or a ⁇ / 4 impedance matching layer, are therefore known.
  • Such impedance matching layers which in principle can be of any geometric design, are known, for example, from the above-mentioned publications of the prior art.
  • a housing is usually used in which a converter core is accommodated. On the side facing the fluid medium, this housing has an opening, within which the emission surface of the transducer core, via which ultrasound signals are emitted or picked up, is arranged.
  • DE 10 2008 055 126.0 it is known from DE 10 2008 055 126.0 to completely or partially span this opening with a sealing film.
  • the technical challenge arises that media can still penetrate into the interior of the housing at the edges of the sealing film, which can be detrimentally noticeable, for example, in flow measurements in internal combustion engines.
  • the fluid medium may in particular be a gas, for example air or an exhaust gas.
  • the ultrasonic transducer and the sensor arrangement can be used in particular in ultrasonic flow meters (UFMs), for example in motor vehicle internal combustion engines.
  • UFMs ultrasonic flow meters
  • Alternative fields of application are sensors for gases or liquids, for example in process engineering, in particular for process controls, as distance sensors, as level sensors or as flow sensors, for example in the chemical and / or pharmaceutical industry.
  • Other fields of application are medical technology, for example for breathing gas monitoring, or energy technology, for example as a heat meter.
  • the proposed ultrasonic transducer comprises at least one housing with at least one interior space.
  • a housing Under a housing is an at least partially closed element to understand, which is the outer shape of the Ultrasonic transducer itself can define and which can protect the ultrasonic transducer at least partially against mechanical stress.
  • the housing for example, as will be explained in more detail below, be wholly or partly made of a plastic material, such as a thermoplastic material, and / or of a metallic material.
  • This inner space can, for example, be configured at least approximately cylindrically, as will be explained below.
  • the ultrasonic transducer comprises at least one transducer core accommodated in the interior with at least one electrically-acoustic transducer element.
  • an electrically-acoustic transducer element is basically to understand any element which is adapted to convert electrical signals into acoustic signals, in particular in ultrasonic signals or vice versa.
  • this electro-acoustic transducer element may comprise at least one piezoelectric transducer element.
  • piezo or the term “piezoelectric transducer element” or the term “piezoceramic” is therefore also used as a synonym for the electro-acoustic transducer element without restricting other possible configurations of the electric-acoustic transducer element but also include other elements of said function.
  • the transducer core may comprise further elements.
  • the converter core may comprise at least one matching body, which is set up to improve an acoustic coupling between the electrical-acoustic transducer element and the fluid medium.
  • this may be an impedance matching body.
  • this impedance matching body has an acoustic impedance which is between the acoustic impedance of the electro-acoustic transducer element and the acoustic impedance of the fluid medium, ideally close to the geometric mean of these acoustic impedances.
  • the matching body may also comprise a plurality of materials having different acoustic impedances and / or a material having an acoustic impedance gradient.
  • a matching body which may be configured, for example, as an adaptation layer, reference may be made to the above-cited documents DE 10 2007 010 500 A1, DE 10 2007 037 088 A1 and DE 10 2008 055 126.0.
  • the fitting bodies used there can basically also be used in the context of the present invention.
  • the transducer core may include other elements.
  • At least one compensating body in particular at least one compensating layer, may be provided between the optional matching body and the electrically-acoustic transducer element.
  • a compensating body can prevent, for example, a build-up of thermo-mechanical stresses due to different coefficients of thermal expansion of the electro-acoustic transducer element and the matching body, for example by selecting a thermal expansion coefficient for this balancing body which lies between that of the electric-acoustic transducer element and that of the matching body.
  • this compensating body can comprise at least one adhesive layer.
  • other embodiments are possible in principle.
  • the converter core may in particular have at least one emitting surface.
  • a radiating surface is basically understood any surface through which acoustic signals can be delivered from the transducer core to the fluid medium, and / or via which acoustic signals from the fluid medium can be absorbed by the transducer core.
  • This at least one emitting surface can be assigned to the fluid medium and can be arranged, for example, within an opening of the housing.
  • the housing can have at least one opening which is assigned to the fluid medium, for example an opening which is completely or partially enclosed by a housing edge of the housing. Within this opening, the emitting surface may be arranged, which is preferably arranged in the same plane as the edge of the housing. Another embodiment, for example an arrangement not in the same plane as the housing edge of the housing is possible. -.
  • the at least one opening of the housing which may be configured, for example, circular or polygonal, is at least partially, preferably completely, covered by at least one sealing film.
  • a sealing film is basically an arbitrary, film-like element to understand, which is arranged to influence the fluid medium, such as
  • a foil-like element is to be understood as meaning an element whose lateral extent exceeds its thickness by at least a factor of 10, preferably by at least a factor of 100 or by a factor of at least 1000.
  • the sealing film may comprise, for example, a plastic film and / or a metallic foil and / or a ceramic foil.
  • the sealing film may comprise a thermoplastic material or a thermosetting material.
  • Alternate materials can be used in combination either separately or are polyetheretherketone (PEEK), polyvinyl lyphenylensulfid (PPS), polyimide (Kapton particular ®), liquid crystal polymer (Liquid Crystal Polymer, LCP), fluorocarbons such as Teflon or poly- tetrafluoroethene (PTFE) or, for example, perfluoroethylene-propylene copolymer (FEP), polyethylene naphthalate (PEN) or other plastics. Combinations of said materials and / or other materials can be used. Alternatively or additionally, a thin metal foil can also be used. Furthermore, composite materials can also be used, for example materials with several film layers or the like.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyvinyl lyphenylensulfid
  • PPS polyimide
  • LCP liquid crystal polymer
  • fluorocarbons such as Teflon or poly- tetrafluoroeth
  • At least one such film layer may be provided as a coating consisting of, for example, a metallic, ceramic or plastic material.
  • the sealing film may further comprise an adhesive layer, by means of which, in particular independently of the sealing material, a non-positive or cohesive connection to the housing is achieved.
  • the ultrasonic transducer according to the present invention may initially be configured, for example, analogously to the ultrasonic transducer described in the subsequently published German patent application with the number DE 10 2008 055 126.0.
  • the invention proposes to seal an edge of the sealing film by at least one sealing material.
  • An edge of the sealing film can be understood to mean a boundary of the sealing film, that is to say a limit of the lateral extent of the sealing film.
  • the edge may also be covered by the at least one sealing material beyond this limit.
  • a sealing material a basically arbitrary material which can be applied in a deformable state to the sealing film, for example in a liquid, viscous or pastose or other deformable state.
  • the sealing material can thus adapt to the shape of the edge of the sealing film. In particular, that can
  • Seal material also completely or partially penetrate into a space between the housing and the edge of the sealing film and / or close a gap between an edge of the sealing film and the housing. Under a seal is generally a state to understand, in which the inner space by the sealing material at least partially against the influence of the fluid
  • Medium is protected, for example, from chemical influences and / or pressure influences.
  • the sealing material may in particular comprise at least one adhesive.
  • the sealing material may comprise an epoxy and / or a hot-thixotropic adhesive.
  • the sealing material may for example be at least partially caterpillar-shaped, in particular as a glue bead.
  • the sealing material can be applied as a bead of adhesive circumferentially or at least partially circumferentially on the edge of the sealing film.
  • the housing may in particular have a housing edge facing the fluid medium and at least partially surrounding the opening.
  • the sealing film can then rest at least partially on this edge of the housing, preferably in such a way that the edge of the sealing film also rests on the edge of the housing.
  • Under a resting can be understood as a direct or even an indirect resting, the latter for example, at least one additional adhesive layer and / or at least one adhesive lamination, which can be introduced between the sealing film and the edge of the housing and which can establish a connection between the sealing film and housing edge ,
  • the sealing film can be connected to the edge of the housing in a material-locking and / or non-positive and / or form-fitting manner.
  • the edge of the sealing film is sealed by the at least one sealing material, preferably sealing a gap and / or gap between the sealing film and the edge of the housing.
  • the casing edge may comprise, for example, a flat brim or a bent brim.
  • the sealing film can follow the course of the housing edge and be designed, for example, flat or bent.
  • the edge of the sealing film may, for example, substantially complete together with the housing edge of the housing, so that the edge of the sealing film protrudes laterally beyond the edge of the housing at least substantially, that is, in particular by less than 1 mm.
  • the at least one sealing material can be applied to the edge of the sealing film and the housing edge of the housing or its edge simultaneously.
  • the housing may be configured in one piece or also in several parts. If the housing is configured in several parts, this may include, for example, at least one first housing part and at least one second housing part, wherein the sealing material can simultaneously produce a material connection between the first housing part and the second housing part.
  • the first housing part and the second housing part may be connected to each other by at least one further connection, which in principle may be, for example, cohesive and / or non-positive and / or positive-locking manner. Ultrasonic welding or latching between the first housing part and the second housing part is particularly preferred.
  • Sensor arrangement may in particular be adapted to detect at least one property of the fluid medium, for example a level and / or a volume flow and / or a mass flow of the fluid medium.
  • the sensor arrangement comprises at least one ultrasonic transducer according to one or more of the embodiments described above.
  • a sensor arrangement may comprise two or more ultrasonic transducers in order, for example, to conclude a flow of the fluid medium via a transit time measurement.
  • Such sensor arrangements are basically known from the prior art.
  • the sensor arrangement comprises at least one sensor housing, wherein the ultrasonic transducer is connected to the sensor housing.
  • the ultrasonic transducer can be glued with its housing in the sensor housing or glued to this. It is particularly preferred if the sealing material of the ultrasonic transducer is used in a dual function and at the same time causes a cohesive connection between the ultrasonic transducer and the housing element of the sensor arrangement. In the case of the described sensor arrangement, the sealing material may in particular be set up in such a way that it does not protrude beyond the sensor arrangement, or only to a reduced extent, for example via a housing edge facing the fluid medium.
  • the sensor housing and / or the housing of the ultrasonic transducer can be configured such that the sealing material is accommodated in at least one depression.
  • This depression can be arranged wholly or partly in the sensor housing and / or completely or partially in the housing and / or between the housing and the sensor housing.
  • this depression may comprise a groove, in particular a circumferential groove.
  • the sealing material may be included. Accordingly, for example, the
  • the sensor housing may in particular have at least one receptacle.
  • the housing of the ultrasonic transducer may be at least partially accommodated in this recording.
  • the receptacle may comprise a cylindrical shape in the sensor housing, in particular a cylindrical recess.
  • the housing may be accommodated in the receptacle in such a way that, in the case of a pressure loading of the sensor arrangement by the fluid medium, there is essentially no tensile load on the sealing film and / or the sealing material. This can be accomplished, for example, such that, as described above, the sealing material and / or the edge of the sealing film are at least partially accommodated in at least one recess, for example a circumferential groove.
  • a brim of the housing can be provided, wherein the edge of the sealing film and / or the sealing material are arranged on or on the brim, wherein the brim rests against the sensor housing, for example in a recess of the sensor housing.
  • the brim is then pressed against the sensor housing, so that no or only a slight tensile load of the edge of the sealing film and / or the sealing material, such as the bond occurs.
  • low tensile loads can be accepted.
  • the sealing film under pressure loading of the sensor assembly always be charged to train, if, for example, the interior of the ultrasonic transducer easily yields and / or has a not infinitely high modulus of elasticity, especially if the sealing film stretched or at least completely straight rests.
  • loads can be tolerated to some extent and are still tolerable under the term "substantially no tensile load".
  • the proposed ultrasonic transducer and the proposed sensor arrangement have a multiplicity of advantages over known ultrasonic transducers and sensor arrangements.
  • a media-tight ultrasonic transducer can be provided in this way, which can be used in particular for flow measurement in internal combustion engines and / or other aggressive environments.
  • the interior of the ultrasound transducer for example damping or structure-borne sound decoupling in the ultrasound transducer, would be exposed to the sometimes aggressive fluid media, for example the media contained in a motor vehicle intake tract, such as moisture, oil, exhaust gas fractions, hydrocarbons, acids or similar aggressive media.
  • soft silicones are generally required, which are less resistant to these media.
  • a sealing film alone is usually exposed to relatively high loads, in particular due to pressure and / or temperature fluctuations. These loads are due in particular to thermal expansions of materials in the ultrasonic transducer, such as plastics. Accordingly, the sealing film can be easily infiltrated by media at the edge in conventional constructions. By sealing the edge of the film, however, the ultrasonic transducer is mechanically stabilized and respects lent its tightness. Furthermore, the production of said ultrasonic transducer can be easily accomplished.
  • the at least one sealing element can simultaneously serve for fastening the ultrasonic transducer in the sensor housing and / or for sealing the ultrasonic transducer with respect to the sensor housing. Simultaneous manufacture of the seal and attachment and / or seal greatly simplifies the manufacturing process sequence.
  • Figure 1 shows an embodiment of a conventional ultrasonic transducer
  • FIGS. 2A and 2B show an exemplary embodiment of an ultrasonic transducer according to the invention and a sensor arrangement according to the invention
  • FIGS 5 to 7 different embodiments of ultrasonic transducers with multi-part housing.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an exemplary embodiment of an ultrasonic transducer 110 according to the prior art.
  • the ultrasonic transducer 110 for example, essentially correspond to the ultrasonic transducer shown in DE 10 2008 055 126.0.
  • the ultrasonic transducer 1 10 comprises a housing 1 12, which is only partially shown in the illustrated embodiment.
  • This housing 1 12 is designed substantially sleeve-shaped and has an inner space 1 14.
  • This opening 1 18 is annularly surrounded by a housing edge 120, which in the illustrated embodiment to the rear, away from the fluid medium 1 16, is bent.
  • a housing edge 120 which in the illustrated embodiment to the rear, away from the fluid medium 1 16, is bent.
  • Within the interior 1 14 is in the illustrated embodiment a
  • Transducer core 122 received, for example, concentric to an axis 124 of the ultrasonic transducer 1 10.
  • the transducer core 122 includes an electrically acoustic transducer element 126, for example, a piezoelectric transducer element.
  • the converter core 122 comprises, on its side facing the fluid medium 16, a matching body 128, which, as illustrated above, serves to improve the acoustic coupling between the transducer core 122 and / or the electro-acoustic transducer element 126 and the fluid medium 16.
  • the matching body 128, which may be configured, for example, as a ⁇ / 4 impedance matching layer, reference may be made to DE 10 2007 037 088 A1, DE 10 2007 010 500 A1 or DE 10 2008 055
  • the transducer core 122 may include additional elements.
  • a gap 130 may be provided between the converter core 122 and the housing 1 12, a gap 130 may be provided. As shown in FIG. 1, this intermediate space 130 may be completely or partially filled with a decoupling element 132.
  • This decoupling element 132 is used to attenuate structure-borne sound transmissions between the housing 1 12 and the transducer core 122, which could for example lead to parasitic ultrasonic paths between a plurality of ultrasonic transducers 1 10 in a sensor arrangement. Examples of such decoupling elements 132 are decoupling with a silicone material.
  • the decoupling element 132 can, for example, as a casting or even completely or partially as
  • a damping material 134 is optionally provided on the rear side of the converter core 122 in the illustrated exemplary embodiment.
  • This damping material 134 can be introduced, for example, as a damping casting on the back in the housing 1 12 and serves to accelerate a Abkling s the converter core 122nd
  • the transducer core 122 On the side facing the fluid medium 16, the transducer core 122 has an emission surface 136, ie a surface via which ultrasound signals can be delivered to the fluid medium 16 and / or ultrasound signals can be received by the fluid medium 16.
  • This radiating surface 136 is arranged in the illustrated embodiment in a plane with an end face 138 of the housing edge 120.
  • the decoupling element 132 preferably terminates in this plane.
  • the entire, the fluid medium 1 16 zu josde side of the ultrasonic transducer 1 10 is spanned in the illustrated example of a sealing member 140 in the form of a sealing film 142, which covers the opening 1 18.
  • the sealing film 142 may, for example, be glued to the emitting surface 136 and / or the housing edge 120.
  • the ultrasonic transducer 1 10 according to Figure 1 is a fictitious ultrasonic transducer, from which can be assumed for the invention, which, however, is not known or common in this way in the market or otherwise.
  • the ultrasound transducer 110 according to FIG. 1 can be modified in various ways according to the invention, as explained in more detail below.
  • the ultrasonic transducer 1 10 can be modified according to Figure 1 in many respects.
  • the matching body 128 can be configured in various ways and can in particular include an impedance matching layer with a voided material, for example a porous ceramic, a foamed plastic, in particular a thermoset or a thermoplastic or generally a polymer, or in general a hollowed plastic ,
  • plastic or glass hollow bodies preferably hollow glass spheres, can come into consideration as hollow bodies.
  • a polyimide offers, for example, a foamed and / or a sintered or porous polyimide, such as Kapton ® or the material Vespel ® from DuPont.
  • the matching body 128 can contain further materials or regions which, for example, enable an impedance matching in several steps from the electro-acoustic transducer element 126, for example from the piezo, to the fluid medium 16, for example the air, or their flexibility with regard to their thermal expansion behavior or the ability to relieve voltages, serve to protect the overall composite of the transducer core 122, and in particular the electro-acoustic transducer element, from distortion.
  • the transducer core 122 or a coupling assembly of this transducer core 122 could also comprise a different sound-emitting resonance or matching body, such as a metal diaphragm or a metal body with a metal diaphragm.
  • an impedance matching for example, via an implementation of a radial or bending movement of small amplitude but large force, for example a piezoelectric element, in a swinging movement with small force but large amplitude done, as required for coupling into air or other gases.
  • the converter core 122 so for example a piezoceramic and a coupling assembly are about the
  • the decoupling element 132 in the housing 1 12 attached may preferably be designed in a silicone-like manner. It can also comprise a material filled with particles or cavities or hollow bodies, for example likewise a silicone material.
  • the housing 1 12 itself may be made of a plastic material and / or a metallic material, for example. In the direction of the fluid medium 1 16, the sealing sheet 142 sealing the ultrasonic transducer 1 10.
  • this sealing film 142 takes in principle for this sealing film 142, a plurality of materials into consideration, for example, PEEK, PPS, polyimide (for example Kapton ®), LCP, PTFE, FEP, PEN or other plastics or thin metal foils, films with metallic, ceramic or plastic-like coatings, films with an adhesive layer or combinations of said and / or other materials.
  • the sealing film 142 preferably has a thickness of less than 100 ⁇ , particularly advantageous is a thickness of less than 25 ⁇ .
  • the front sleeve region is exemplarily configured as "brim" 144 and bent backwards in the exemplary embodiment shown.
  • This embodiment has the advantage that the housing edge 110 bears against the sensor housing (not shown in FIG)
  • the rim geometry of the housing 112 and the geometry of the sensor housing can be shaped to provide a groove and a spring for gluing, in the case of using a hot thixotropic adhesive This is not absolutely necessary for adhesives, for example an epoxy material can be used as the adhesive.
  • the ultrasonic transducer 110 shown in FIG. 1 forms the starting point for the present invention. Accordingly, the previously described features of the ultrasonic transducer 110 according to FIG. 1 can optionally also be present in an ultrasonic transducer 110 according to the invention.
  • FIGS. 2A and 2B show a modification of the ultrasonic transducer 110 according to FIG. 1 according to the invention.
  • the ultrasonic transducer 1 10 shown there is accommodated in a sensor housing 146 of a sensor arrangement 148, so that the illustrations simultaneously show embodiments of a sensor arrangement 148 according to the invention.
  • a sensor arrangement 148 may, for example, comprise a plurality of ultrasonic transducers 110, for example a plurality of ultrasonic transducers 110, which are used for a transit time measurement in the fluid medium 16.
  • FIG. 2A shows a schematic overall view of the ultrasonic transducer 110, whereas FIG.
  • FIG. 2B shows only an enlarged illustration of a transition region between the ultrasonic transducer 110 and the sensor housing 146, designated by the reference numeral 150 in FIG. 2A.
  • the ultrasonic transducer 110 is accommodated in the housing 146 in the sensor housing 146 in the exemplary embodiment shown.
  • this receptacle 160 may comprise a cylindrical recess.
  • the receptacle 160 may for example be designed such that the ultrasonic transducer 1 10 on the side of the fluid medium 1 16 is flush with the sensor housing 146.
  • the receptacle 160 or the sensor housing 146 preferably have a recess 162 in the region of the housing edge 120 of the ultrasonic transducer 110.
  • the brim 144 of the housing rim 120 is preferably received in this recess 122.
  • the sealing foil 142 can be flush with the housing edge 120 of the housing 1 12.
  • an edge of the sealing film 142 is sealed with a sealing material 164.
  • This sealing material 164 may comprise, for example, an adhesive.
  • the sealing material 164 is configured, for example, in the form of a bead of adhesive 166.
  • two possible diameters of the adhesive beads 166 are shown, wherein the reference numeral 168 denotes an adhesive bead with a first, smaller diameter and the reference numeral 170 denotes a bead of adhesive with a second, larger diameter.
  • the adhesive bead 170 is shown in dashed lines, whereas the adhesive bead 168 is shown by solid lines. These diameters can be used alternatively.
  • the adhesive bead 168 may have a diameter of 0.89 mm
  • the adhesive bead 170 may have a diameter of 2 mm and, for example, may cover the housing edge 120 of the housing 12 in a further area. All dimensions in FIG. 2 are to be understood as examples and are given in FIG.
  • the adhesive bead 166 is dimensioned such that it is completely received in the optional recess 162 of the sensor housing 146.
  • FIGS. 2A and 2B therefore, possible special geometric shapes with two different possible adhesive thickness diameters are shown by way of example. If the installation of the ultrasonic transducer 1 10 carried out in a different manner than in the illustrated embodiments, for example in an inverted structure "over head, as an adhesive for the adhesive bead 166 is preferably to use a hot thixotropic adhesive, which is its shape over the temperature, that is during curing, maintains.
  • the sealing film 142 may be deep-drawn around the contour of the rim 144, for example, by a deep-drawing process in converter manufacturing. The amount of adhesive and
  • Adhesive positioning is to be dimensioned when applying the adhesive bead 166, for example by means of a dispenser process, such that on the one hand the film end is completely enclosed by adhesive and on the other hand preferably the housing 1 12 is permanently sealed against the sensor housing 146 at the same time.
  • FIG. 3 shows, in an analogous representation to FIG. 2B, a modification of the exemplary embodiment according to FIGS. 2A and 2B.
  • a sensor housing 146 is shown with a recess 162, in which the ultrasonic transducer 1 10 is inserted with its housing 1 12.
  • the ultrasonic transducer 110 does not necessarily have to terminate flush with the sensor housing 146 on the side of the fluid medium 16, but can also be recessed in the receptacle 160 into the sensor housing 146, for example.
  • the brim 144 does not necessarily have to be bent backwards, but also for example can be configured flat.
  • FIGS. 1 the embodiment in FIGS.
  • two adhesive beads 166 are provided in the exemplary embodiment according to FIG.
  • one of these adhesive beads 166 may rather take on the task of sealing the edge of the sealing film 142, whereas the other of these adhesive beads 166 may connect the ultrasonic transducer 110 to the sensor housing 146 and / or effect sealing between the housing 112 and sensor housing 146.
  • This exemplary embodiment shows that the stated tasks can also optionally be assumed by a plurality of elements, for example a plurality of adhesive beads.
  • the adhesive beads 166 may again have a diameter of 0.89 mm. All information in FIG. 3 is again in millimeters.
  • FIG. 4 shows a modification of the sensor arrangement 148 according to FIG. 3, in which only a single bead of adhesive 166 is provided.
  • This individual adhesive bead 166 takes over in the illustrated embodiment, the function of sealing the edge of the sealing film 142. Furthermore, this assumes the function of gluing the sensor housing 1 12 in the receptacle 160 and / or sealing of the housing 1 12 relative to the sensor housing 160 in multiple function.
  • the recess 164 in the sensor housing 146 can also be rounded.
  • the adhesive bead 166 for example, again a diameter
  • FIGS. 5 to 6 show exemplary embodiments of an ultrasound transducer 1 10 according to the invention, in which the housing 1 12 can be designed in several parts.
  • the illustrated ultrasonic transducers 110 may in turn also be components of a sensor arrangement 148.
  • FIGS. 5 and 6 show exemplary embodiments in which the housing 12 comprises a first housing part 172 and a second housing part 174.
  • the housing 1 12 may be formed as a double transducer sleeve.
  • a recess 162 may be provided, which may be formed for example in the first housing part 172 and / or in the second housing part 174 , In this recess 162, the sealing material 164 may be wholly or partially received.
  • the sealing material 164 may, for example, be configured again as an adhesive, for example as an adhesive bead 166. Accordingly, the sealing material 164 in the illustrated embodiment again serves a multiple function. Thus, this not only seals the edge of the sealing film 142, but also seals between the walls of the housing part 172 and 174th
  • FIG. 5 shows a simple double-walled sleeve as the housing 1 12
  • FIG. 6 again shows the possibility of further mounting the ultrasonic transducer 110, for example in a sensor housing 146 of the sensor arrangement 148.
  • a locking 176 can be used for this purpose in FIG of the housing 1 12 may be provided in a receptacle 160 of the sensor housing 146.
  • This latching 176 can serve, for example, a prefixing, which can be supplemented for example by a further sealing adhesive 178. The latter may then be decoupled in function from the film seal by the sealing material 164.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the ultrasound transducer 1 10 and the sensor arrangement 148 modified from FIG. 6.
  • a decoupling element 132 is not shown in FIG. 7, but may optionally be additionally provided.
  • two housing parts 172, 174 of the housing 1 12 are provided, which are connected to one another by the sealing material 164.
  • the connection between the housing parts 172, 174 also completely or partially can be accomplished by other compounds.
  • one or more other connections may be provided.
  • the two housing parts 172, 174 may be non-positively and / or positively and / or materially connected to each other.
  • FIG. 7 shows by way of example an ultrasound sound welding 180 provided, for example, on a corresponding shoulder 182 and / or another corresponding, such a connection enabling contour.
  • FIG. 7 shows by way of example an ultrasound sound welding 180 provided, for example, on a corresponding shoulder 182 and / or another corresponding, such a connection enabling contour.

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Abstract

Es wird ein Ultraschallwandler (110) zum Einsatz in einem fluiden Medium (116) vorgeschlagen. Der Ultraschallwandler (110) umfasst mindestens ein Gehäuse (112) mit mindestens einem Innenraum (114). Weiterhin umfasst der Ultraschallwandler (110) mindestens einen in dem Innenraum (114) aufgenommenen Wandlerkern (122) mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement (126). Das Gehäuse (112) weist mindestens eine dem fluiden Medium (116) zuweisende Öffnung (118) auf. Die Öffnung (118) ist zumindest teilweise durch mindestens eine Abdichtfolie (142) bedeckt. Ein Rand der Abdichtfolie (142) ist dabei durch mindestens ein Siegelmaterial (164) versiegelt.

Description

Beschreibung
Titel
Ultraschallwandler zum Einsatz in einem fluiden Medium Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Ultraschallwandlern zum Einsatz in fluiden Medien bekannt. Unter einem Ultraschallwandler wird dabei allgemein ein Element verstanden, welches in der Lage ist, Ultraschallsignale in das fluide Medium abzugeben und/oder Ultraschallsignale aus dem fluiden
Medium aufzunehmen und beispielsweise in elektrische Signale umzuwandeln. Derartige Ultraschallwandler werden beispielsweise in Ultraschall- Durchflussmessern in der Verfahrenstechnik und/oder im Automobilbereich eingesetzt, beispielsweise in Strömungsmessern (Ultrasonic Flow Meter, Ultra- schallströmungsmesser, UFM), insbesondere im Ansaugtrakt und/oder Abgastrakt von Brennkraftmaschinen. Beispiele derartiger Ultraschallwandler sind aus DE 10 2007 010 500 A1 , DE 10 2007 037 088 A1 oder aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung aus dem Hause der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2008 055 126.0 bekannt. Die dort beschriebenen Ultraschallwandler können auch grundsätzlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt und erfindungsgemäß modifiziert werden.
Ultraschallwandler weisen in der Regel mindestens ein elektrisch-akustisches Element auf, beispielsweise ein piezoelektrisches Wandlerelement auf. Insbe- sondere bei der Strömungsmessung in Luft oder anderen Gasen tritt jedoch das
Problem auf, dass ein hoher akustischer Impedanzunterschied zwischen dem Material des elektrisch-akustischen Wandlerelements und der Luft zu verzeichnen ist, welcher zu hohen Kopplungsverlusten bei der Kopplung von Ultraschallsignalen zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement und dem Gas führt. Dementsprechend schwach können die Signalhübe sein, wenn beispielsweise aus den Wandlersignalen bei einer Strömungsmessung Luftmengensignale innerhalb einer Systemsteuerung eines Verbrennungsmotors abgeleitet wer- den. Bekannt sind daher Ultraschallwandler mit schallabstrahlenden Resonanzoder Anpasskörpern, wie beispielsweise einer Metallmembran oder einer λ/4-lmpedanzanpassschicht. Derartige Impedanzanpassschichten, welche grundsätzlich geometrisch beliebig gestaltet sein können, sind beispielsweise aus den oben genannten Druckschriften des Standes der Technik bekannt.
Bei bekannten Ultraschallwandlern wird üblicherweise ein Gehäuse verwendet, in welchem ein Wandlerkern aufgenommen ist. Auf der dem fluiden Medium zuweisenden Seite weist dieses Gehäuse eine Öffnung auf, innerhalb derer die Ab- strahlfläche des Wandlerkerns, über welche Ultraschallsignale abgegeben oder aufgenommen werden, angeordnet ist. Um den Innenraum des Gehäuses mediendicht und/oder druckdicht gegenüber dem fluiden Medium zu schließen, ist es aus DE 10 2008 055 126.0 bekannt, diese Öffnung ganz oder teilweise mit einer Abdichtfolie zu überspannen. Dabei tritt jedoch die technische Herausforde- rung auf, dass an den Rändern der Abdichtfolie nach wie vor Medien in den Innenraum des Gehäuses eindringen können, was sich beispielsweise bei Strömungsmessungen in Verbrennungsmotoren nachteilig bemerkbar machen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Ultraschallwandler und eine Sensoranordnung zum Einsatz in einem fluiden Medium vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Ultraschallwandler und Sensoranordnungen zumindest weitgehend vermeiden. Bei dem fluiden Medium kann es sich insbesondere um ein Gas, beispielsweise Luft oder ein Abgas handeln. Der Ultraschallwandler und die Sensoranordnung können dementsprechend insbesondere in Ultraschallströmungsmessern (UFMs) zum Einsatz kommen, beispielsweise in Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren. Alternative Anwendungsgebiete sind Sensoren für Gase oder Flüssigkeiten, beispielsweise in der Verfahrenstechnik, insbesondere für Prozesssteuerungen, als Abstandssensoren, als Füllstandssensoren oder als Strömungssensoren, beispielsweise in der Chemie und/oder Pharmaindustrie. Andere Einsatzgebiete sind die Medizintechnik, beispielsweise zur Atemgasüberwachung, oder die Energietechnik, beispielsweise als Wärmezähler. Der vorgeschlagene Ultraschallwandler umfasst mindestens ein Gehäuse mit mindestens einem Innenraum. Unter einem Gehäuse ist dabei ein zumindest teilweise geschlossenes Element zu verstehen, welches die äußere Form des Ultraschallwandlers selbst definieren kann und welches den Ultraschallwandler zumindest teilweise gegenüber mechanischen Belastungen schützen kann. Das Gehäuse kann beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, ganz oder teilweise aus einem Kunststoffwerkstoff, beispielsweise einem thermoplastischen Werkstoff, und/oder aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein.
Unter einem Innenraum, wobei auch mehrere Innenräume vorhanden sein können, wird allgemein ein zumindest teilweise abgeschlossener und zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordneter Raum verstanden. Dieser Innen- räum kann beispielsweise, wie unten noch erläutert wird, zumindest näherungsweise zylindrisch ausgestaltet sein.
Weiterhin umfasst der Ultraschallwandler mindestens einen in dem Innenraum aufgenommenen Wandlerkern mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement. Unter einem elektrisch-akustischen Wandlerelement ist dabei grundsätzlich ein beliebiges Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um elektrische Signale in akustische Signale, insbesondere in Ultraschallsignale umzuwandeln oder umgekehrt. Beispielsweise kann dieses elektrisch-akustische Wandlerelement mindestens ein piezoelektrisches Wandlerelement umfassen. Ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen des elektrischakustischen Wandlerelements wird daher im Folgenden der Begriff„Piezo" oder der Begriff„piezoelektrisches Wandlerelement" oder der Begriff„Piezokeramik" auch als Synonym für das elektrisch-akustische Wandlerelement verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann das elektrisch-akustische Wandlerelement jedoch auch andere Elemente der genannten Funktion umfassen.
Neben dem mindestens einen elektrisch-akustischen Wandlerelement kann der Wandlerkern weitere Elemente umfassen. Insbesondere kann der Wandlerkern, wie unten noch näher ausgeführt wird, mindestens einen Anpasskörper umfas- sen, welcher eingerichtet ist, um eine akustische Kopplung zwischen dem elektrisch-akustischen Wandlerelement und dem fluiden Medium zu verbessern. Insbesondere kann es sich dabei um einen Impedanzanpasskörper handeln. Optimalerweise weist dieser Impedanzanpasskörper eine akustische Impedanz auf, welche zwischen der akustischen Impedanz des elektrisch-akustischen Wandler- elements und der akustischen Impedanz des fluiden Mediums liegt, idealerweise nahe dem geometrischen Mittel dieser akustischen Impedanzen. Bei realen Ultraschallwandlern und insbesondere bei gasförmigen Medien kommen auch An- passkörper mit anderen, meist höheren akustische Impedanzen zum Einsatz. Der Anpasskörper kann auch mehrere Materialien mit unterschiedlichen akustischen Impedanzen umfassen und/oder ein Material mit einem akustischen Impedanzgradienten. Für mögliche Ausgestaltungen eines derartigen Anpasskörpers, welcher beispielsweise als Anpassschicht ausgestaltet sein kann, kann auf die oben bereits zitierten Druckschriften DE 10 2007 010 500 A1 , DE 10 2007 037 088 A1 und DE 10 2008 055 126.0 verwiesen werden. Die Dort verwendeten Anpasskörper können grundsätzlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kann der Wandlerkern weitere Elemente umfassen. Beispielsweise kann zwischen dem optionalen Anpasskörper und dem elektrisch-akustischen Wandlerelement mindestens ein Ausgleichskörper, insbesondere mindestens eine Ausgleichsschicht, vorgesehen sein. Ein derartiger Ausgleichskörper kann beispielsweise einen Aufbau von thermomechanischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des elektrisch-akustischen Wandlerelements und des Anpasskörpers verhindern, beispielsweise indem ein thermischer Ausdehnungskoeffizient für diesen Ausgleichskörper gewählt wird, welcher zwischen demjenigen des elektrischakustischen Wandlerelements und demjenigen des Anpasskörpers liegt. Beispielsweise kann dieser Ausgleichskörper mindestens eine Klebeschicht umfas- sen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
Der Wandlerkern kann insbesondere mindestens eine Abstrahlfläche aufweisen. Unter einer Abstrahlfläche wird dabei grundsätzlich eine beliebige Fläche verstanden, über welche akustische Signale von dem Wandlerkern an das fluide Medium abgegeben werden können, und/oder über welche akustische Signale aus dem fluiden Medium von dem Wandlerkern aufgenommen werden können. Diese mindestens eine Abstrahlfläche kann dem fluiden Medium zuweisen und kann beispielsweise innerhalb einer Öffnung des Gehäuses angeordnet sein. So kann das Gehäuse beispielsweise mindestens eine dem fluiden Medium zuwei- sende Öffnung aufweisen, beispielsweise eine Öffnung, welche von einem Gehäuserand des Gehäuses vollständig oder teilweise umschlossen wird. Innerhalb dieser Öffnung kann die Abstrahlfläche angeordnet sein, wobei diese vorzugsweise in derselben Ebene wie der Gehäuserand angeordnet ist. Auch eine andere Ausgestaltung, beispielsweise eine Anordnung nicht in derselben Ebene wie der Gehäuserand des Gehäuses, ist möglich. -.
Die mindestens eine Öffnung des Gehäuses, welche beispielsweise kreisförmig oder polygonal ausgestaltet sein kann, wird zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch mindestens eine Abdichtfolie bedeckt. Unter einer Abdichtfolie ist dabei grundsätzlich ein beliebiges, folienartiges Element zu verstehen, wel- ches eingerichtet ist, um Einflüsse des fluiden Mediums, wie beispielsweise
Druckeinflüsse und/oder chemische Einflüsse, zumindest teilweise von dem Innenraum fernzuhalten. Unter einem folienartigen Element ist dabei ein Element zu verstehen, dessen laterale Ausdehnung seine Dicke um mindestens einen Faktor 10, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 100 oder einen Faktor von mindestens 1000 übersteigt. Die Abdichtfolie kann beispielsweise eine Kunststofffolie und/oder eine metallische Folie und/oder eine keramische Folie umfassen. Beispielsweise kann die Abdichtfolie ein thermoplastisches Material oder ein duroplastisches Material umfassen. Mögliche Materialien, welche einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können, sind Polyetheretherketon (PEEK), Po- lyphenylensulfid (PPS), Polyimid (insbesondere Kapton®), ein Flüssigkristallpolymer (Liquid Crystal Polymer, LCP), Fluorcarbone wie z.B. Teflon bzw. Poly- tetrafluorethen (PTFE) oder z.B. Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP), Po- lyethylennaphtalat (PEN) oder andere Kunststoffe. Auch Kombinationen der genannten Materialien und/oder anderer Materialien sind einsetzbar. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine dünne Metallfolie einsetzbar. Weiterhin sind auch Verbundmaterialien einsetzbar, beispielsweise Materialien mit mehreren Folienschichten oder ähnliches. Weiterhin kann mindestens eine solche Folienschicht als Beschichtung bestehend z.B. aus einem metallischen, keramischen oder Kunststoff-Material vorgesehen sein. Die Abdichtfolie kann ferner eine Klebstoff- schicht mit umfassen, durch welche, insbesondere unabhängig vom Siegelmaterial, eine kraft- oder stoffschlüssige Verbindung zum Gehäuse erzielt wird.
Insofern kann der Ultraschallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung zunächst beispielsweise analog zu dem in der nachveröffentlichten deutschen Pa- tentanmeldung mit der Nummer DE 10 2008 055 126.0 beschriebenen Ultraschallwandler ausgestaltet sein. Im Unterschied zu dem dort gezeigten Ultraschallwandler und zur Lösung der oben aufgezeigten Dichtigkeitsproblematik wird jedoch erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Rand der Abdichtfolie durch mindestens ein Siegelmaterial zu versiegeln. Unter einem Rand der Abdichtfolie kann dabei eine Grenze der Abdichtfolie, also eine Grenze der lateralen Erstre- ckung der Abdichtfolie, verstanden werden. Der Rand kann jedoch auch über diese Grenze hinaus von dem mindestens einen Siegelmaterial bedeckt sein. Unter einem Siegelmaterial wird dabei ein grundsätzlich beliebiges Material verstanden, welches in einem verformbaren Zustand auf die Abdichtfolie aufgebracht werden kann, beispielsweise in einem flüssigen, zähflüssigen oder pastö- sen oder auf andere Weise verformbaren Zustand. Das Siegelmaterial kann sich damit der Form des Rands der Abdichtfolie anpassen. Insbesondere kann das
Siegelmaterial auch ganz oder teilweise in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Rand der Abdichtfolie eindringen und/oder einen Spalt zwischen einem Rand der Abdichtfolie und dem Gehäuse verschließen. Unter einer Versiegelung ist dabei allgemein ein Zustand zu verstehen, bei welchem der In- nenraum durch das Siegelmaterial zumindest teilweise vor Einflüssen des fluiden
Mediums geschützt ist, beispielsweise vor chemischen Einflüssen und/oder Druckeinflüssen.
Das Siegelmaterial kann insbesondere mindestens einen Klebstoff umfassen. Insbesondere kann das Siegelmaterial ein Epoxid und/oder einen heißthixotro- pen Klebstoff umfassen. Das Siegelmaterial kann beispielsweise zumindest teilweise raupenförmig ausgestaltet sein, insbesondere als Kleberaupe. So kann das Siegelmaterial als Kleberaupe umlaufend oder zumindest teilweise umlaufend auf den Rand der Abdichtfolie aufgebracht werden.
Das Gehäuse kann insbesondere einen dem fluiden Medium zuweisenden, zumindest teilweise um die Öffnung umlaufenden Gehäuserand aufweisen. Die Abdichtfolie kann dann zumindest teilweise auf diesem Gehäuserand aufliegen, vorzugsweise derart, dass auch der Rand der Abdichtfolie auf dem Gehäuserand aufliegt. Unter einem Aufliegen kann dabei ein direktes oder auch ein indirektes Aufliegen verstanden werden, letzteres beispielsweise über mindestens eine zusätzliche Klebschicht und/oder mindestens eine Klebekaschierung, welche zwischen die Abdichtfolie und dem Gehäuserand eingebracht sein kann und welche eine Verbindung zwischen der Abdichtfolie und Gehäuserand herstellen kann.
Beispielsweise kann die Abdichtfolie mit dem Gehäuserand stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Zusätzlich wird, wie oben beschrieben, der Rand der Abdichtfolie durch das mindestens eine Siegelmaterial versiegelt, wobei vorzugsweise ein Spalt und/oder ein Zwischenraum zwischen der Abdichtfolie und dem Gehäuserand versiegelt wird. Der Gehäuserand kann beispielsweise eine flache Krempe oder eine umgebogene Krempe umfassen. Die Abdichtfolie kann dabei dem Verlauf des Gehäuserands folgen und beispielsweise flach oder umgebogen ausgestaltet sein. Der Rand der Abdichtfolie kann beispielsweise im Wesentlichen gemeinsam mit dem Gehäuserand des Gehäuses abschließen, so dass der Rand der Abdichtfolie zumindest nicht wesentlich, das heißt insbesondere um weniger als 1 mm, seitlich über den Gehäuserand vorsteht. In diesem Fall kann beispielsweise das mindestens eine Siegelmaterial auf den Rand der Abdichtfolie und den Gehäuserand des Gehäuses beziehungsweise dessen Kante gleichzeitig aufgebracht werden.
Das Gehäuse kann einteilig oder auch mehrteilig ausgestaltet sein. Ist das Gehäuse mehrteilig ausgestaltet, so kann dieses beispielsweise mindestens ein erstes Gehäuseteil und mindestens ein zweites Gehäuseteil umfassen, wobei das Siegelmaterial gleichzeitig auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil herstellen kann. Zusätzlich können optional das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch mindestens eine weitere Verbindung miteinander verbunden sein, welche grundsätzlich beispielsweise stoffschlüssiger und/oder kraftschlüssiger und/oder form- schlüssiger Art sein kann. Besonders bevorzugt sind hierbei Ultraschallschwei- ßungen oder Verrastungen zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil.
Neben dem Ultraschallwandler in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen wird weiterhin eine Sensoranordnung vorgeschlagen. Diese
Sensoranordnung kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens eine Eigenschaft des fluiden Mediums zu erfassen, beispielsweise einen Füllstand und/oder einen Volumenstrom und/oder einen Massenstrom des fluiden Mediums. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Die Sensoranordnung umfasst mindestens einen Ultraschallwandler gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausgestaltungen. Beispielsweise kann eine Sensoranordnung zwei oder mehr Ultraschallwandler umfassen, um beispielsweise über eine Laufzeitmessung auf eine Strömung des fluiden Mediums zu schließen. Derartige Sensoranordnungen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter- hin umfasst die Sensoranordnung mindestens ein Sensorgehäuse, wobei der Ultraschallwandler mit dem Sensorgehäuse verbunden ist. Zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Ultraschallwandler und dem Sensorgehäuse kann beispielsweise wiederum eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige und/oder eine stoffschlüssige Verbindung genutzt werden. Beispielsweise kann der Ultraschallwandler mit seinem Gehäuse in das Sensorge- häuse eingeklebt oder auf dieses aufgeklebt werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Siegelmaterial des Ultraschallwandlers in einer Doppelfunktion genutzt wird und gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ultraschallwandler und dem Gehäuseelement der Sensoranordnung bewirkt. Bei der beschriebenen Sensoranordnung kann das Siegelmaterial insbesondere derart eingerichtet sein, dass dieses nicht oder nur in verringertem Maße über die Sensoranordnung vorsteht, beispielsweise über einen dem fluiden Medium zuweisenden Gehäuserand. Insbesondere können das Sensorgehäuses und/oder das Gehäuse des Ultraschallwandlers derart ausgestaltet sein, dass das Siegelmaterial in mindestens einer Vertiefung aufgenommen ist. Diese Vertiefung kann ganz oder teilweise in dem Sensorgehäuse und/oder ganz oder teilweise in dem Gehäuse und/oder zwischen dem Gehäuse und dem Sensorgehäuses angeordnet sein. Beispielsweise kann diese Vertiefung eine Nut, insbesondere eine umlaufende Nut, umfassen. In dieser umlaufenden Nut kann das Siegelmaterial aufgenommen sein. Dementsprechend kann beispielsweise der
Rand der Abdichtfolie in die mindestens eine Vertiefung hineingebogen sein, um dort durch das mindestens eine Siegelmaterial versiegelt zu werden.
Das Sensorgehäuse kann insbesondere mindestens eine Aufnahme aufweisen. Das Gehäuse des Ultraschallwandlers kann zumindest teilweise in diese Aufnahme aufgenommen sein. Beispielsweise kann die Aufnahme eine zylindrische Form in dem Sensorgehäuse umfassen, insbesondere eine zylindrische Vertiefung. Das Gehäuse kann derart in der Aufnahme aufgenommen sein, dass bei einer Druckbelastung der Sensoranordnung durch das fluide Medium im Wesent- liehen keine Zugbelastung auf die Abdichtfolie und/oder das Siegelmaterial auftritt. Dies kann beispielsweise derart bewerkstelligt werden, dass, wie oben beschrieben, das Siegelmaterial und/oder der Rand der Abdichtfolie zumindest teilweise in mindestens einer Vertiefung, beispielsweise einer umlaufenden Nut, aufgenommen sind. So kann beispielsweise eine Krempe des Gehäuses vorge- sehen sein, wobei der Rand der Abdichtfolie und/oder das Siegelmaterial auf o- der an der Krempe angeordnet sind, wobei die Krempe am Sensorgehäuse anliegt, beispielsweise in einer Vertiefung des Sensorgehäuses. Bei einer Ge- gendruckbelastung durch das fluide Medium wird dann die Krempe gegen das Sensorgehäuse gedrückt, so dass keine oder lediglich eine geringe Zugbelastung des Randes der Abdichtfolie und/oder des Siegelmaterials, beispielsweise der Klebung, auftritt. Geringe Zugbelastungen können dabei jedoch in Kauf genommen werden. So kann, rein physikalisch betrachtet, beispielsweise die Abdichtfolie bei Druckbelastung der Sensoranordnung immer auf Zug belastet werden, wenn beispielsweise das Innere des Ultraschallwandlers leicht nachgibt und/oder ein nicht unendlich hohes E-Modul aufweist, insbesondere, wenn die Abdichtfolie gespannt oder zumindest völlig gerade aufliegt. Derartige Belastungen können jedoch in gewissem Maße toleriert werden und sind noch unter dem Begriff„im Wesentlichen keine Zugbelastung" tolerierbar.
Der vorgeschlagene Ultraschallwandler und die vorgeschlagene Sensoranordnung weisen gegenüber bekannten Ultraschallwandlern und Sensoranordnungen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Insbesondere lässt sich auf diese Weise ein mediendichter Ultraschallwandler bereitstellen, der insbesondere auch zur Strömungsmessung in Verbrennungsmotoren und/oder anderen aggressiven Umgebungen eingesetzt werden kann. Ohne die genannte Abdichtfolie und/oder die Versiegelung wäre der Innenraum des Ultraschallwandlers, beispielsweise eine Dämpfung oder Körperschallentkopplung im Ultraschallwandler, den bisweilen aggressiven fluiden Medien ausgesetzt, beispielsweise den in einem Kraftfahrzeug-Ansaugtrakt enthaltenen Medien wie beispielsweise Feuchtigkeit, Öl, Abgasanteilen, Kohlenwasserstoffen, Säuren oder ähnlichen aggressiven Medien. Für die Entkopplung des Wandlerkerns gegenüber dem Gehäuse sind jedoch in der Regel weiche Silikone erforderlich, die gegenüber diesen Medien wenig resistent sind.
Eine Abdichtfolie allein ist jedoch in der Regel relativ hohen Belastungen ausgesetzt, insbesondere aufgrund von Druck- und/oder Temperaturschwankungen. Diese Belastungen sind insbesondere auf thermische Ausdehnungen von Materialien im Ultraschallwandler, wie beispielsweise Kunststoffen, zurückzuführen. Dementsprechend lässt sich die Abdichtfolie bei herkömmlichen Konstruktionen leicht am Rand durch Medien unterwandern. Durch die Versiegelung des Folienrandes wird hingegen der Ultraschallwandler mechanisch stabilisiert und hinsicht- lieh seiner Dichtheit. Weiterhin lässt sich auch die Herstellung des genannten Ultraschallwandlers leicht bewerkstelligen. Das mindestens eine Siegelelement kann gleichzeitig zur Befestigung des Ultraschallwandlers in dem Sensorgehäuse und/oder zur Abdichtung des Ultraschallwandlers gegenüber dem Sensorgehäuse dienen. Eine gleichzeitige Herstellung der Versiegelung und der Befestigung und/oder Abdichtung vereinfacht die Prozessabfolge in der Fertigung erheblich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Ultraschallwandlers;
Figuren 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers und einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
Figuren 3 und 4 abgewandelte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers und einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung; und
Figuren 5 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele von Ultraschallwandlern mit mehrteiligem Gehäuse.
Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein dem Stand der Technik entsprechendes Ausführungsbeispiel eines Ultraschallwandlers 1 10 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Ultraschallwandler 1 10 kann beispielsweise im Wesentlichen dem in DE 10 2008 055 126.0 dargestellten Ultraschallwandler entsprechen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Der Ultraschallwandler 1 10 umfasst ein Gehäuse 1 12, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich teilweise gezeigt ist. Dieses Gehäuse 1 12 ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet und weist einen Innenraum 1 14 auf. Dieser Innenraum 1 14 wiederum weist an seiner einem fluiden Medium 1 16 zuweisenden Seite eine Öffnung 1 18 auf, welche beispielsweise einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen kann. Diese Öffnung 1 18 ist von einem Gehäuserand 120 ringförmig umgeben, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel nach hinten, weg vom fluiden Medium 1 16, umgebogen ist. Innerhalb des Innenraums 1 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein
Wandlerkern 122 aufgenommen, beispielsweise konzentrisch zu einer Achse 124 des Ultraschallwandlers 1 10. Der Wandlerkern 122 umfasst ein elektrischakustisches Wandlerelement 126, beispielsweise ein piezoelektrisches Wandlerelement. Weiterhin umfasst der Wandlerkern 122 auf seiner dem fluiden Medium 1 16 zuweisenden Seite einen Anpasskörper 128, welcher, wie oben dargestellt, der Verbesserung der akustischen Kopplung zwischen dem Wandlerkern 122 und/oder dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 126 und dem fluiden Medium 1 16 dient. Für mögliche Ausgestaltungen des Anpasskörpers 128, der beispielsweise als λ/4-lmpedanzanpassschicht ausgestaltet sein kann, kann auf die DE 10 2007 037 088 A1 , die DE 10 2007 010 500 A1 oder die DE 10 2008 055
126.0 verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich. Zwischen dem optionalen Anpasskörper 128 und dem elektrisch-akustischen Wandlerelement 126 können weitere Elemente aufgenommen sein, beispielsweise eine Ausgleichsschicht zur Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Weiterhin kann der Wandlerkern 122 zusätzliche Elemente umfassen.
Zwischen dem Wandlerkern 122 und dem Gehäuse 1 12 kann ein Zwischenraum 130 vorgesehen sein. Dieser Zwischenraum 130 kann, wie in Figur 1 gezeigt, ganz oder teilweise mit einem Entkopplungselement 132 ausgefüllt sein. Dieses Entkopplungselement 132 dient der Dämpfung von Körperschallübertragungen zwischen dem Gehäuse 1 12 und dem Wandlerkern 122, welche beispielsweise zu parasitären Ultraschallpfaden zwischen mehreren Ultraschallwandlern 1 10 in einer Sensoranordnung führen könnten. Beispiele derartiger Entkopplungselemente 132 sind Entkopplungen mit einem Silikonmaterial. Das Entkopplungsele- ment 132 kann beispielsweise als Vergussteil oder auch ganz oder teilweise als
Einlegeteil ausgestaltet sein. Weiterhin ist optional rückseitig des Wandlerkerns 122 im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Dämpfungsmaterial 134 vorgesehen. Dieses Dämpfungsmaterial 134 kann beispielsweise als Dämpfungsverguss rückseitig in das Gehäuse 1 12 eingebracht werden und dient der Beschleunigung eines Abklingverhaltens des Wandlerkerns 122. Auf der dem fluiden Medium 1 16 zuweisenden Seite weist der Wandlerkern 122 eine Abstrahlfläche 136 auf, also eine Fläche, über welche Ultraschallsignale an das fluide Medium 1 16 abgegeben und/oder Ultraschallsignale von dem fluiden Medium 1 16 aufgenommen werden können. Diese Abstrahlfläche 136 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Ebene angeordnet mit einer Stirnfläche 138 des Gehäuserands 120. Auch das Entkopplungselement 132 schließt vorzugsweise in dieser Ebene ab. Die gesamte, dem fluiden Medium 1 16 zuweisende Seite des Ultraschallwandlers 1 10 ist dabei im dargestellten Beispiel von einem Abdichtelement 140 in Form einer Abdichtfolie 142 überspannt, welche die Öffnung 1 18 abdeckt. Die Abdichtfolie 142 kann beispielsweise mit der Abstrahlfläche 136 und/oder dem Gehäuserand 120 verklebt sein.
Der Ultraschallwandler 1 10 gemäß Figur 1 ist ein fiktiver Ultraschallwandler, von welchem für die Erfindung ausgegangen werden kann, welcher jedoch in dieser Weise noch nicht marktüblich oder auf sonstige Weise bekannt oder verbreitet ist. Der Ultraschallwandler 1 10 gemäß Figur 1 kann jedoch, wie unten näher ausgeführt wird, auf verschiedene Weise erfindungsgemäß modifiziert werden. So kann der Ultraschallwandler 1 10 gemäß Figur 1 in vieler Hinsicht abgewandelt werden. Beispielsweise kann der Anpasskörper 128 auf verschiedene Weise ausgestaltet sein und kann insbesondere eine Impedanzanpassschicht mit einem mit Hohlräumen versehenen Werkstoff enthalten, beispielsweise eine poröse Keramik, einen geschäumten Kunststoff, insbesondere einen Duroplasten oder einen Thermoplasten oder allgemein ein Polymer, oder allgemein einen mit Hohlkörpern versehenen Kunststoff. Als Hohlkörper in Frage kommen können insbesondere Kunststoff- oder Glashohlkörper, vorzugsweise Glashohlkugeln. Wird Kunststoff als Grundwerkstoff verwendet, dann kann zum Beispiel ein mit Glashohlkugeln gefülltes Epoxy-Material eingesetzt werden. Alternativ bietet sich ein Polyimid an, beispielsweise ein geschäumtes und/oder ein gesintertes oder poröses Polyimid, beispielsweise Kapton® oder der Werkstoff Vespel® der Firma DuPont. Der Anpasskörper 128 kann weitere Materialien oder Bereiche enthalten, die beispielsweise eine Impedanzanpassung in mehreren Schritten vom elektrisch-akustischen Wandlerelement 126, beispielsweise vom Piezo, hin zum fluiden Medium 1 16, beispielsweise der Luft, ermöglichen, oder die bezüglich ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens, ihrer Flexibilität oder der Fähigkeit, Spannungen abzubauen, dazu dienen, den Gesamtverbund des Wandlerkerns 122 und insbesondere das elektrisch-akustische Wandlerelement vor Verspan- nungen zu schützen. Alternativ könnte der Wandlerkern 122 oder eine Einkoppelbaugruppe dieses Wandlerkerns 122 auch einen andersartig schallabstrahlenden Resonanz- oder Anpasskörper umfassen, wie beispielsweise eine Metallmembran oder einen Me- tallkörper mit einer Metallmembran. In diesem Fall kann eine Impedanzanpassung beispielsweise über eine Umsetzung einer Radial- oder Biegebewegung kleiner Amplitude aber großer Kraft, zum Beispiel eines Piezoelements, in eine Schwingbewegung mit kleiner Kraft aber großer Amplitude erfolgen, wie es zur Einkopplung in Luft oder andere Gase erforderlich ist. Der Wandlerkern 122, also beispielsweise eine Piezokeramik und eine Einkoppelbaugruppe, sind über das
Entkopplungselement 132 im Gehäuse 1 12 befestigt. Das Entkopplungselement 132 kann vorzugsweise silikonartig ausgestaltet sein. Es kann auch einen mit Partikeln oder Hohlräumen oder Hohlkörpern gefüllten Werkstoff umfassen, beispielsweise ebenfalls einen Silikonwerkstoff. Das Gehäuse 1 12 selbst kann bei- spielsweise aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem metallischen Material gefertigt sein. In Richtung des fluiden Mediums 1 16 verschließt die Abdichtfolie 142 den Ultraschallwandler 1 10. Wie oben bereits ausgeführt, kommt für diese Abdichtfolie 142 grundsätzlich eine Vielzahl von Materialien in Betracht, beispielsweise PEEK, PPS, Polyimid (beispielsweise Kapton®), LCP, PTFE, FEP, PEN oder andere Kunststoffe oder dünne Metallfolien, Folien mit metallischen, keramischen oder kunststoffartigen Beschichtungen, Folien mit einer Klebstoffschicht oder auch Kombinationen der genannten und/oder andere Materialien. Die Abdichtfolie 142 weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 100 μηη auf, besonders vorteilhaft ist eine Dicke von weniger als 25 μηη.
Der vordere Hülsenbereich ist im dargestellten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, exemplarisch als„Krempe" 144 ausgestaltet und nach hinten umgebogen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Gehäuserand 1 10 bei einer Gegendruckbelastung am (in Figur 1 nicht dargestellten) Sensorgehäuse anliegt, so dass in diesem Fall keine Zugbelastung einer dort angebrachten Klebung auftritt. Die Krempen-Geometrie des Gehäuses 1 12 und die Geometrie des Sensorgehäuses können darüber hinaus so ausgeformt werden, dass sich eine Nut und eine Feder für eine Klebung ergeben. Im Fall der Verwendung eines heißthixotropen Klebstoffs ist dies nicht unbedingt erforderlich. Als Klebstoff kann beispielsweise ein Epoxy-Material verwendet werden. Der in Figur 1 gezeigte Ultraschallwandler 1 10 bildet den Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung. Dementsprechend können die zuvor beschriebenen Merkmale des Ultraschallwandlers 1 10 gemäß Figur 1 optional auch in einem erfindungsgemäßen Ultraschallwandler 1 10 vorliegen. In den Figuren 2A und 2B ist eine erfindungsgemäße Abwandlung des Ultraschallwandlers 1 10 gemäß Figur 1 gezeigt. Gleichzeitig ist der dort dargestellte Ultraschallwandler 1 10 in einem Sensorgehäuse 146 einer Sensoranordnung 148 aufgenommen, so dass die Darstellungen gleichzeitig Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 148 zeigen. Eine Sensoranordnung 148 kann beispielsweise mehrere Ultraschallwandler 1 10 umfassen, beispielsweise mehrere Ultraschallwandler 1 10, welche für eine Laufzeitmessung in dem fluiden Medium 1 16 eingesetzt werden. Dabei zeigt Figur 2A eine schematische Gesamtansicht des Ultraschallwandlers 1 10, wohingegen Figur 2B lediglich eine vergrößerte Darstellung eines in Figur 2A mit der Bezugsziffer 150 bezeichneten Übergangsbereichs zwischen dem Ultraschallwandler 1 10 und dem Sensorgehäuse 146 zeigt. Der Ultraschallwandler 1 10 ist, wie in Figur 2A erkennbar, im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Aufnahme 160 im Sensorgehäuse 146 aufgenommen. Beispielsweise kann diese Aufnahme 160 eine zylindrische Vertiefung umfassen. Die Aufnahme 160 kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass der Ultraschallwandler 1 10 auf Seiten des fluiden Mediums 1 16 bündig mit dem Sensorgehäuse 146 abschließt. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Die Aufnahme 160 beziehungsweise das Sensorgehäuse 146 weisen vorzugsweise im Bereich des Gehäuserandes 120 des Ultraschallwandlers 1 10 eine Vertiefung 162 auf. Die Krempe 144 des Gehäuserandes 120 ist vorzugsweise in dieser Vertiefung 122 aufgenommen. Beispielsweise kann die Abdichtfolie 142 bündig mit dem Gehäuserand 120 des Gehäuses 1 12 abschließen.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in Figur 2B hervorgeht, ist in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Rand der Abdichtfolie 142 mit einem Siegelmaterial 164 versiegelt. Dieses Siegelmaterial 164 kann beispielsweise einen Klebstoff umfassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Siegelmaterial 164 beispielsweise in Form einer Kleberaupe 166 ausgestaltet. Dabei sind zwei mögliche Durchmesser der Kleberaupen 166 gezeigt, wobei mit der Bezugsziffer 168 eine Kleberaupe mit einem ersten, kleineren Durchmesser und mit der Bezugsziffer 170 eine Kleberaupe mit einem zweiten, größeren Durchmesser bezeichnet ist. Die Kleberaupe 170 ist dabei gestrichelt dargestellt, wohingegen die Kleberaupe 168 mit durchgezogenen Linien gezeigt ist. Diese Durchmesser können alternativ verwendet werden. Beispielsweise kann die Kleberaupe 168 einen Durchmesser von 0,89 mm aufweisen, wohingegen die Kleberaupe 170 einen Durchmesser von 2 mm aufweisen kann und beispielsweise den Gehäuserand 120 des Gehäuses 1 12 in einem weiteren Bereich verdecken kann. Sämtli- che Dimensionsangaben in Figur 2 sind exemplarisch zu verstehen und sind in
Millimetern angegeben. Vorzugsweise ist die Kleberaupe 166 derart dimensioniert, dass diese vollständig in der optionalen Vertiefung 162 des Sensorgehäuses 146 aufgenommen ist. In den Figuren 2A und 2B sind also mögliche spezielle geometrische Ausformungen mit zwei unterschiedlichen möglichen Kleberaupedurchmessern exemplarisch gezeigt. Soll der Einbau des Ultraschallwandlers 1 10 auf andere Weise als in den dargestellten Ausgestaltungen erfolgen, beispielsweise in einem invertierten Aufbau„über Kopf, so ist als Klebstoff für die Kleberaupe 166 vorzugsweise ein heißthixotroper Klebstoff zu verwenden, welcher seine Form über die Temperatur, das heißt bei der Aushärtung, beibehält. Die Krempe 144 des Gehäuserandes 120 taucht gemeinsam mit dem Rand der Abdichtfolie 142 vorzugsweise vollständig in das Kleberbett der Kleberaupe 166 ein. Die Abdichtfolie 142 kann beispielsweise durch einen Tiefziehprozess bei der Wandlerfertigung um die Kontur der Krempe 144 herum tiefgezogen werden. Die Klebstoff menge und
Klebstoffpositionierung ist beim Aufbringen der Kleberaupe 166, beispielsweise mittels eines Dispenserprozesses, derart zu bemessen, dass einerseits das Folienende vollständig von Klebstoff umschlossen wird und andererseits vorzugsweise gleichzeitig das Gehäuse 1 12 gegenüber dem Sensorgehäuse 146 dauer- haft abgedichtet wird.
In Figur 3 ist, in analoger Darstellung zu Figur 2B, eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß der Figuren 2A und 2B gezeigt. Wiederum ist ein Sensorgehäuse 146 mit einer Vertiefung 162 gezeigt, in welches der Ultraschallwandler 1 10 mit seinem Gehäuse 1 12 eingefügt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass der Ultraschallwandler 1 10 nicht notwendigerweise auf Seiten des fluiden Mediums 1 16 bündig mit dem Sensorgehäuse 146 abschließen muss, sondern auch beispielsweise in das Sensorgehäuse 146 hineinversetzt vertieft in der Aufnahme 160 aufgenommen sein kann. Weiterhin ist in Figur 3 gezeigt, dass die Krempe 144 nicht notwendigerweise nach hinten umgebogen sein muss, sondern auch beispielsweise flach ausgestaltet sein kann. Im Unterschied zur Ausgestaltung in den Figuren 2A und 2B sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 zwei Kleberaupen 166 vorgesehen. Beispielsweise kann eine dieser Kleberaupen 166 eher die Aufgabe übernehmen, den Rand der Abdichtfolie 142 zu versiegeln, wohingegen die andere dieser Kleberaupen 166 den Ultraschallwandler 1 10 mit dem Sensorgehäuse 146 verbinden kann und/oder eine Abdichtung zwischen Gehäuse 1 12 und Sensorgehäuse 146 bewerkstelligen kann. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass die genannten Aufgaben auch optional von mehreren Elementen, beispielsweise mehreren Kleberaupen, übernommen werden können. Die Kleberaupen 166 können beispielsweise wiederum einen Durchmesser von 0,89 mm aufweisen. Sämtliche Anga- ben in Figur 3 sind wiederum in Millimetern.
In Figur 4 ist hingegen eine Abwandlung der Sensoranordnung 148 gemäß Figur 3 gezeigt, in welcher lediglich eine einzelne Kleberaupe 166 vorgesehen ist. Diese einzelne Kleberaupe 166 übernimmt im dargestellten Ausführungsbeispiel die Funktion der Versiegelung des Randes der Abdichtfolie 142. Weiterhin übernimmt diese die Funktion einer Verklebung des Sensorgehäuses 1 12 in der Aufnahme 160 und/oder eine Abdichtung des Gehäuses 1 12 gegenüber dem Sensorgehäuse 160 in Mehrfachfunktion. Im Unterschied zu Figur 3 kann dabei optional die Vertiefung 164 im Sensorgehäuse 146 auch abgerundet ausgestaltet sein. Die Kleberaupe 166 kann beispielsweise wieder einen Durchmesser
0,89 mm aufweisen. Allgemein sei jedoch darauf hingewiesen, dass in diesen und auch in anderen Ausführungsbeispielen die Geometrien der Kleberaupen 166 und/oder deren Positionen stark abhängig sein können von den speziellen Klebstoffeigenschaften, so dass auch erhebliche Abweichungen von den ge- nannten Dimensionen möglich sind.
In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde dargestellt, dass das Sensorgehäuse 1 12 im Wesentlichen einteilig ausgebildet sein kann. In den Figuren 5 bis 6 sind hingegen Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ultraschall- wandlers 1 10 gezeigt, bei welchen das Gehäuse 1 12 mehrteilig ausgebildet sein kann. Die dargestellten Ultraschallwandler 1 10 können wiederum auch Bestandteile einer Sensoranordnung 148 sein. So zeigen die Figuren 5 und 6 Ausführungsbeispiele, bei welchen das Gehäuse 1 12 ein erstes Gehäuseteil 172 und ein zweites Gehäuseteil 174 umfasst. Beispielsweise kann das Gehäuse 1 12 als doppelte Wandlerhülse ausgebildet sein. In einem dem fluiden Medium 1 16 zuweisenden Bereich, in welchem die Abdichtfolie 142 mit dem Gehäuse 1 12 verbunden ist, kann optional wiederum eine Vertiefung 162 vorgesehen sein, welche beispielsweise in dem ersten Gehäuseteil 172 und/oder in dem zweiten Gehäuseteil 174 ausgebildet sein kann. In dieser Vertiefung 162 kann das Siegelmaterial 164 ganz oder teilweise aufgenommen sein. Das Siegelmaterial 164 kann beispielsweise wieder als Klebstoff, beispielsweise als Kleberaupe 166, ausgestaltet sein. Entsprechend dient das Siegelmaterial 164 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wiederum einer Mehrfachfunktion. So dichtet dies nicht nur den Rand der Abdichtfolie 142 ab, sondern dichtet auch zwischen den Wandungen der Gehäuseteils 172 und 174.
Während in Figur 5 eine einfache doppelwandige Hülse als Gehäuse 1 12 vorgesehen ist, zeigt Figur 6 wiederum die Möglichkeit, den Ultraschallwandler 1 10 weiter zu verbauen, beispielsweise in einem Sensorgehäuse 146 der Sensoranordnung 148. Beispielsweise kann zu diesem Zweck in Figur 6 eine Verrastung 176 des Gehäuses 1 12 in einer Aufnahme 160 des Sensorgehäuses 146 vorgesehen sein. Diese Verrastung 176 kann beispielsweise einer Vorfixierung dienen, welche beispielsweise durch eine weitere Dichtklebung 178 ergänzt werden kann. Letztere kann dann bezüglich ihrer Funktion von der Folienabdichtung durch das Siegelmaterial 164 entkoppelt sein.
In Figur 7 ist ein gegenüber Figur 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Ultraschallwandler 1 10 und der Sensoranordnung 148 gezeigt. Ein Entkopplungselement 132 ist dabei in Figur 7 nicht dargestellt, kann jedoch optional zusätzlich vorgesehen sein. Auch hier sind wiederum zwei Gehäuseteile 172, 174 des Ge- häuses 1 12 vorgesehen, welche miteinander durch das Siegelmaterial 164 verbunden werden. Dabei ist jedoch gezeigt, dass auch bei einem mehrteiligen Gehäuse 1 12 die Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 172, 174 auch ganz o- der teilweise durch andere Verbindungen bewerkstelligt werden kann. So können beispielsweise, alternativ oder zusätzlich zu dem Siegelmaterial 164 eine oder mehrere andere Verbindungen vorgesehen sein. Beispielsweise können die beiden Gehäuseteile 172, 174 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. In Figur 7 ist exemplarisch eine Ultra- schallschweißung 180 vorgesehen, beispielsweise an einer entsprechenden Schulter 182 und/oder einer anderen entsprechenden, eine derartige Verbindung ermöglichenden Kontur. Für weitere mögliche Einzelheiten kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden.

Claims

Ansprüche
1 . Ultraschallwandler (1 10) zum Einsatz in einem fluiden Medium (1 16), umfassend mindestens ein Gehäuse (1 12) mit mindestens einem Innenraum (1 14), weiterhin umfassend mindestens einen in dem Innenraum (1 14) aufgenommenen Wandlerkern (122) mit mindestens einem elektrisch-akustischen Wandlerelement (126), wobei das Gehäuse (1 12) mindestens eine dem fluiden Medium (1 16) zuweisende Öffnung (1 18) aufweist, wobei die Öffnung (1 18) zumindest teilweise durch mindestens eine Abdichtfolie (142) bedeckt ist, wobei ein Rand der Abdichtfolie (142) durch mindestens ein Siegelmaterial (164) versiegelt ist.
2. Ultraschallwandler (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Siegelmaterial (164) einen Klebstoff umfasst.
3. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siegelmaterial (164) ein Epoxid und/oder einen heißthixotropen Klebstoff umfasst.
4. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siegelmaterial (164) zumindest teilweise raupenförmig ausgestaltet ist, insbesondere als Kleberaupe (166).
5. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 12) einen dem fluiden Medium (1 16) zuweisenden, zumindest teilweise um die Öffnung (1 18) umlaufenden Gehäuserand (120) aufweist, wobei die Abdichtfolie (142) zumindest teilweise auf dem Gehäuserand (120) aufliegt.
6. Ultraschallwandler (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Gehäuserand (120) eine flache Krempe (144) oder eine umgebogene Krempe (144) aufweist.
7. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rand der Abdichtfolie (142) im Wesentlichen gemeinsam mit dem Gehäuserand (120) des Gehäuses (1 12) abschließt.
8. Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 12) mindestens ein erstes Gehäuseteil (172) und mindestens ein zweites Gehäuseteil (174) umfasst, wobei das Siegelmaterial (164) gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseteil (172) und dem zweiten Gehäuseteil (174) herstellt.
9. Ultraschallwandler (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Gehäuseteil (172) und das zweite Gehäuseteil (174) durch mindestens eine weitere Verbindung miteinander verbunden sind, insbesondere eine Ult- raschallschweißung (180) und/oder eine Verrastung (176).
10. Sensoranordnung (148), umfassend mindestens einen Ultraschallwandler (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend mindestens ein Sensorgehäuse (146), wobei der Ultraschallwandler (1 10) mit dem Sensorgehäuse (146) verbunden ist.
1 1 . Sensoranordnung (148) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Siegelmaterial (164) gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Ultraschallwandler (1 10) und dem Sensorgehäuse (146) bewirkt.
12. Sensoranordnung (148) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (146) und/oder das Gehäuse (1 12) derart ausgestaltet sind, dass das Siegelmaterial (146) in mindestens einer
Vertiefung (162) aufgenommen ist.
13. Sensoranordnung (148) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (146) mindestens eine Aufnahme (160) aufweist, wobei das Gehäuse (1 12) zumindest teilweise in der Aufnahme (1 12) aufgenommen ist, derart, dass bei einer Druckbelastung der Sensoranordnung (148) durch das fluide Medium (1 16) im Wesentlichen keine Zugbelastung auf die Abdichtfolie und/oder das Siegelmaterial (146) auftritt.
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