WO2017089609A2 - Schwingelement für einen ultraschall-transducer mit mehrfachresonanz - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Schwingsystem besteht aus einem Montageelement (6e) als Schwingkörper und einem die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrischen Schwingelement (2) pro Montageelement (6e). Es ist für die Verwendung in einem Ultraschall-Transducer (TR) vorgesehen. Das Schwingelement (2) ist mit dem Montageelement (6e) mechanisch durch eine Klebung mittels eines Klebers verbunden. Das Schwingsystem, bestehend aus dem Montageelement (6e) und dem Schwingelement (2), ist mittels eines elastischen Klebers (3) mechanisch mit einem Gehäuse (1,1a,1c) eines Ultraschall-Transducers (TR) verbunden. Die kürzeste Verbindungslinie (L) von dem Schwerpunkt des Schwingelements (2) zu dem Gehäuse (1) schneidet den elastischen Kleber (3). Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Schwingsystem aus Montageelement (6e) und Schwingelement (2) bei Ansteuerung des Schwingelements(2) durch einen Ansteuerschaltkreis zumindest zwei oder mehr mechanische Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, auf, wobei zumindest eine dieser Resonanzfrequenzen von den drei aus dem Stand der Technik bekannten Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements (2) und den Frequenzen der entsprechenden Oberwellen verschieden ist. Dabei beziehen sich die Eigenfrequenzen auf solche Eigenfrequenzen des Schwingelements (2) ohne anmontiertes Montageelement (6e). Das Montageelement (6e) weist mindestens eine Öffnung (9b) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder Ausstülpung auf. Eine Ausstülpung kann beispielsweise eine akustische Stichleitung (10) sein, die wiederum durch eine weitere Klebung (3b) akustisch ab- oder kurzgeschlossen sein kann. Das Frequenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz dividiert durch den Betrag der ersten Resonanzfrequenz hängt dabei von einem Durchmesser oder der Lage der Öffnung (9b) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder der Länge der Ausstülpung (10) auf dem Montageelement (6e) ab.

Description

Schwinqelement für einen Ultraschall-Transducer mit

Mehrfachresonanz

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 10 2015 015 900.3 vom 26. November 2015, 10 2015 015 901.1 vom 26. November 2015 und 10 2015 015 903.8 vom 26. November 2015 in Anspruch, deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehören.

Einleitung

Die Erfindung betrifft ein Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer, ein Montageelement für ein derartiges Schwingsystem, einen Ultraschall-Transducer mit einem derartigen Schwingsystem und eine Schaltung zur Ansteuerung eines derartigen Schwingsystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Schwingelement für einen Ultraschall-Transducer mit Mehrfachresonanz, ein Schwingelement für einen Ultraschall-Transducer mit einer auf einem Translationsgitter basierenden Mehrfachresonanz sowie ein Schwingelement für einen Ultraschall-Transducer mit einer auf einer Rotationsperiodizität basierenden Mehrfachresonanz.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ultraschall-Transducer bekannt. Diese spielen beispielsweise im Zusammenhang mit der Abstandserkennung beim Einparken von Fahrzeugen eine wichtige Rolle. Bei diesem Vorgang wird eine Ultraschallwelle durch einen Ultraschall-Transducer ausgesandt, von einem Objekt im Fahrweg des Kfz reflektiert und typischerweise von demselben Ultraschall-Transducer wieder aufgefangen . Aus der Laufzeit und der Amplitude kann zum einen auf das Vorhandensein eines Hindernisses im Fahrweg geschlossen werden und zum anderen auf dessen Abstand zum Ultra- schall-Transducer. Der Ultraschall-Transducer arbeitet somit zumindest zeitweise als Ultraschallsender und zeitweise als Ultraschallempfänger.

Der Stand der Technik, zu dem US-A-4 283 649, US-A-4 413 629, US-A- 5 423 319, US-A-5 434 827, US-A-2002/0156373, US-A-2004/0114467, US- A-2011/0042014, WO-A-2015/112452, EP-A-0 707 898, JP-A-H l l 069491 und JP-U-S62 098394 zählen, wird anhand der Fign . 1 bis 4 erläutert.

Fig . 1 zeigt eine typische Schaltung aus dem Stand der Technik. An dieser Stelle wird nicht auf die Bedeutung aller Bauelemente der Schaltung eingegangen . Stattdessen findet hier eine Beschränkung auf die wichtigsten Teile der Schaltung statt. Die Bauelemente sind in der Bezugszeichenliste soweit benannt, dass ein Fachmann die Schaltung nacharbeiten kann. In dieser Schaltung wird der Transducer TR durch den Ansteuerschaltkreis US_ctr über die erste Leitung DRV1 und die zweite Leitung DRV2 zur differentiellen Ansteuerung seines piezoelektrischen Schwingelements (2, Fig . 2) zum Senden veranlasst. Dabei wird in dem Übertrager UE das Ausgangssignal des Ansteuerschaltkreis US_ctr hochgespannt, um eine optimale Anpassung des Ausgangs DRV1,DRV2 des Ansteuerschaltkreises an US_ctr an die Resonanzimpedanz des piezoelektri- sehen Schwingelements (2, Fig . 2) des Ultraschall-Transducers TR zu gewährleisten . Wird das piezoelektrische Schwingelement (2, Fig . 2) des Ultraschall- Transducers TR nicht angesteuert, so kann über ein im wesentlichen kapazitives Netzwerk C_TDI ,C_AINI ,C_AIN2, RAIN im Zusammenwirken mit der Induktivität des Übertragers UE das durch das piezoelektrische Schwingelement (2, Fig . 2) er- zeugte elektrische Signal des Ultraschall-Transducers TR durch den Ansteuerschaltkreis über ein erstes Eingangssignal AING und ein zweites Eingangssignal AINS empfangen und verarbeitet werden . Das Ergebnis der Auswertung wird dann typischerweise über einen Datenbus, beispielsweise einen LIN-Bus, an eine übergeordnete Instanz gemeldet.

Fig . 2 zeigt einen typischen Ultraschall-Transducer im Querschnitt. Die Ultraschall-Transducer sind typischerweise nicht rotationssymmetrisch gefertigt. Am Gehäuse existieren typischerweise zwei gegenüberl iegende Abfla^¬ chungen, um eine definierte Montage zu gewährleisten . Die Abstra hl Charakte^¬ ristik wird im Stand der Technik d urch eine variierende Dicke der Gehäuse- wand mod ul iert. Typische Ultraschall-Transducer aus dem Stand der Technik zeigen diese variierende Gehäused icke, um d ie Öffnungswinkel in x-und y Richtung einstel len zu können . Dieses Verfahren zur Ausformu ng des Abstrahlwinkels ist relativ kompl iziert, da es komplexe dreidimensionale Formen erfordert.

Der Gehäused urchmesser variiert im Stand der Technik zwischen 14 und 18 mm, dies ist aber nicht exakt n *A_L , wobei n eine ganze Zahl und A_L die Wellenlänge des Schal ls in der Luft ist, sondern die verschiedenen Freq uenzen sol len im jeweils gleichen Sensormod ulgehäuse d urch eine breitband ige Gehäuseresonanz abstrahl bar und empfang bar sein . Die Wellenlänge A_L liegt bei einer typischen Schwingfreq uenz von 58 kHz bei 5,9 mm in Luft bei Raumtemperatur, und bei 108 mm in Al uminium . Die Wellenlänge in Al uminium, aus dem das Gehäuse des Ultraschall-Transducers gefertigt ist, ist also typischerweise um einen Faktor 18,3 größer als d ie Wellenlänge in Luft.

Grundsätzl ich ist ein Ultraschall-Transducer mit zwei und mehr Resonanzfreq uenzen und unterschiedl ichen Abstrahlcharakteristiken vorteilhaft, um diese verschiedenen Abstrahlcharakteristiken für verschiedene Messaufgaben nutzen zu können . Beispielhafte Eigenschaften des Ultraschall-Transducers bei diesen Resonanzfrequenzen wären ein breiter Öffnungswinkel der Schall keule bei kur^¬ zer Reichweite und alternativ ein kleiner Öffnungswinkel der Schall keule bei g roße Reichweite (z. B. 6 bis 8 m) . Dies würde beispielsweise eine Nahfelder^¬ kennu ng für ultraschal lbasierende Einparkhilfen in einer Kfz-Stoßstange er^¬ mög lichen .

Vor d iesem Hintergrund wäre ein einfaches Verfahren zur Einstell ung d ieser Resonanzfrequenzen sowie der Bandbreite und der Güte bei diesen Resonanz- frequenzen in der Fertigung des Ultraschall-Transducers wünschenswert, um verschiedene Frequenzkonfigurationen schnell und einfach einstellen zu können . Typischerweise ist der Ultraschall-Transducer symmetrisch zu einer 2-zähligen Achse 13 gefertigt. In diesem Beispiel verfügt er über ein Gehäuse 1 mit einem Gehäuseboden lb und Gehäusewänden lc. Typischerweise handelt es sich um eine zumindest annähernd zylindrische Gehäusewand lc. Das Gehäuse 1 ist zumindest teilweise, vorzugsweise als Ganzes, elektrisch leitend, beispiels- weise aus Aluminium ausgeführt und beispielsweise in einem Tiefziehprozess hergestellt. Ein piezoelektrisches Schwingelement 2 ist mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers 8 in das Gehäuse 1 auf dessen Gehäuseboden lb geklebt. Das piezoelektrische Schwingelement 2 weist einen zweiten elektrischen Kontakt 2b auf, der auf der Seite des piezoelektrischen Schwingelements 2 ange- bracht ist, die dem elektrisch leitenden Kleber 8 zugewandt ist. Der zweite elektrische Kontakt des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist somit typischerweise elektrisch leitend mit dem elektrisch leitenden Kleber 8 verbunden . Der andere erste Kontakt 2a befindet sich typischerweise auf der anderen Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2, die der Oberfläche mit dem zweiten Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 gegenüberliegt. Der erste Kontakt 2a des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist somit weitestgehend elektrisch von dem zweiten Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 - abgesehen von der kapazitiven Kopplung zwischen beiden - isoliert. Der elektrisch leitende Kleber 8 berührt bis zu einer äußeren Klebekante 3c das piezoelektrische Schwingelement 2. Dieses besitzt typischerweise eine Außenkante 2c, die typischerweise einen größeren Durchmesser als die besagte Klebekante 3c aufweist. Der erste elektrische Kontakt 2a des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist typischerweise mittels einer ersten elektrischen Zuleitung 4 angeschlossen . Das Gehäuse 1 und damit auch der zweite elektrische Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 sind über eine zweite Zuleitung 5 angeschlossen . Wird zwischen der ersten und zweiten Zuleitung 4,5 eine Spannung angelegt, so kommt es aufgrund der piezoelektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Schwingelements 2 zu einer Kontraktion oder Expansion desselben je nach Polarität der angelegten Spannung . Geschieht dies mit einer geeigneten Sendefrequenz, so gerät insbesondere der Gehäuseboden lb und die Gehäusewand lc in mechanische Resonanz und eine Schallwelle wird durch den Gehäuseboden lb nach unten hin in die Luft abgestrahlt. Der Durchmesser des Gehäusebodens beträgt typischerweise ein ganzzahliges (n-faches) Vielfaches der Wellenlänge X_L des Schalls in der Luft bei Sendefrequenz. In der Vergangenheit hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn der Durchmesser des Gehäusebodens das 6-fache der Schallwellenlänge _L in Luft betrug .

Fig . 3 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch das Ultraschallmodul SM . Eine gedruckte Schaltung PCB trägt typischerweise den Ansteuerschaltkreis (USctr, Fig . 1 ) und die peripheren Bauelemente (siehe Fig . 1) . Diese gedruckte Schaltung PCB ist über einen Stecker Con mit der Außenwelt verbindbar. Der Ultraschall-Transducer TR befindet sich links von der gedruckten Schaltung um 90° gedreht mit dem Gehäuseboden ( lc, Fig . 2) nach links zeigend . Typischerweise werden die Ultraschall-Transducer direkt in der Stoßstange eines Kfz montiert. Allenfalls eine Lackierung verhindert den direkten Kontakt mit elektrisch geladenen Gegenständen . Im Falle einer elektrostatischen Entladung - allgemein als ESD-Ereignis ESD bezeichnet - verhindert das kapazitive Netzwerk C_TDI ,C_AINI ,C_AIN2, RAIN im Zusammenwirken mit der Induktivität des Übertragers U E, dass dieser ESD-Puls den Ansteuerschaltkreis US_ctr ungedämpft erreichen und somit beschädigen kann .

Der in Fig . 1 verwendete Übertrager ist jedoch relativ kostspielig . Daher besteht das Bedürfnis, auf diesen verzichten zu können . Fig . 4 zeigt eine Schaltung aus dem Stand der Technik ohne den Übertrager U E mit einem anderen Ansteuerschaltkreis US_ctr der für eine solche direkte Ansteuerung geeignet ist. Der Ultraschall-Transd ucer TR wird in dem Beispiel der der Fig . 4 d irekt mittels der ersten Leitung DRV1 und der zweiten Leitung DRV2 betrieben und angesteuert. Die erste Leitung DRV1 und die zweite Leitung DRV2 des Treibers DRV sind Ausgänge. Dies erschwert einen wirksamen ESD-Schutz, weil über d iese beiden Leitungen DRV1 , DRV2 die Sendeenergie in den Wandler eingebracht werden muss und jedes ESD-Schutzelement in der Zuleitung den Treiberwirkungsgrad absenken würde .

Ü ber zwei Kapazitäten wird das Empfangssig nal mittels eines ersten Eingangs^¬ sig nals AI NG für die Einkopplung des Empfangssig nals des Transducers TR in den Ansteuerschaltkreis US_ctr das die Rol le einer Signalmasse spielt, und mit^¬ tels eines zweiten Eingangssig nals AINS für die Einkopplung des Empfangssig- nals des Transducers TR in den Ansteuerschaltkreis US_ctr, das die Rolle des Sig nals spielt, abgegriffen und der Verarbeitung zugeführt. Ohne Beschränkung der Al lgemeinheit nehmen wir hier beispielhaft an, dass die zweite Zuleitung (5, Fig . 2) mit der zweiten Leitung DRV2 und kapazitiv mit dem zweiten Eingangssignal (AI NG) verbunden ist. Analog nehmen wir an, dass die erste Zuleitung (4, Fig . 2) mit der ersten Leitung DRV1 und kapazitiv mit dem ersten Eingangssig nal AINS verbunden ist.

Aus der J P-U-S61 29 596 ist eine U ltraschallsendevorrichtung bekannt, bei der ein piezoelektrisches Schwingelement ( Bezugszeichen 12 der J P-U-S61 29 596) auf einem Montageelement ( Bezugszeichen 11 der J P-U-S61 29 596) montiert wird . Die Montage geschieht dabei auf einer freigestanzten oder freigeätzten Montageinsel ( Bezugszeichen 11-2 der J P-U-S61 29 596), die über vier kreuzförmig symmetrisch angeordnete Stege ( Bezugszeichen 11- 1 der J P S61- 29 596 U9 d ie mechanische Verbindung zu einem verbleibenden Rahmen, der Teil des Montageelementes ( Bezugszeichen 11 der J P-U-S61 29 596) ist, herstellen . Diese Anord nung aus Montageelement ( Bezugszeichen 11 der J P-U- S61 29 596) und piezoelektrischem Schwingelement ( Bezugszeichen 12 der JP-U-S61 29 596) ist in ein Gehäuse (Bezugszeichen 13 der JP-U-S61 29 596) eingebaut. Die Stege (Bezugszeichen 11- 1 der JP-U-S61 29 596) stellen mechanische Federn dar, die bei Anregung des piezoelektrischen Schwingelements (Bezugszeichen 12 der JP-U-S61 29 596) mit der Masse des Schwing- Systems bestehend aus Montageelement (Bezugszeichen 11 der JP-U-S61 29 596) und piezoelektrischem Schwingelement (Bezugszeichen 12 der JP-U-S61 29 596) ein resonanzfähiges Schwingungssystem bilden . Das System wir durch eine perforierte Abdeckplatte mit Schalldurchtrittsöffnungen (Bezugszeichen 10 der JP-U-S61 29 596) mechanisch vor dem Eindringen von Fremdkörpern geschützt. Dieses System hat den Vorteil, dass mittels eines größeren piezoelektrischen Schwingkörpers (Bezugszeichen 12 der JP-U-S61 29 596) sehr hohe Schallpegelleistungen abgestrahlt werden können . Neben dem Nachteil der Materialermüdung der Federn (Bezugszeichen 11- 1 der JP-U-S61 29 596) weist dieses System aber nur eine Hauptresonanzfrequenz auf und ist daher für den erfindungsgemäßen Zweck alleine nicht geeignet.

Ein ähnliches System ist aus der JP-U-S60 111 199 bekannt. Hierbei weist das Montageelement (Bezugszeichen 3-2 der JP-U-S60 111 199) jedoch keine Durchbrüche auf. Das Montageelement bildet hier eine homogene rotations- symmetrische Fläche und weist wie im Falle der JP-U-S61 29 596 nur eine

Resonanzfrequenz auf.

Aus der US-A-2010 / 006 011 ist ein M EMS Oszillator bekannt, der mittels Durchbrüchen mehrere Resonanzfrequenzen aufweisen kann. (Fig . 4 und Ab- schnitt [0064] der US-A-2010 / 006 011) Es ist bekannt, dass solche M EMS Oszillatoren derzeit keine ausreichende Schallabstrahlleistung erreichen, um beispielsweise eine Ultraschallmessvorrichtung für die Verwendung in einer Einparkhilfe für ein Kfz damit aufbauen zu können . Darüber hinaus sind solche M EMS-Vorrichtungen gegenüber den beiden vorausgehenden japanischen Konstruktionen zu teuer. Aus diesem Kostenaspekt heraus ist es auch notwendig, Übertrager zwischen dem piezoelektrischen Schwingelement und dem Ansteuerschaltkreis, wie beispielsweise aus der JP H03- 182 200 A bekannt, zu vermeiden. Eine solche direkte Ansteuerung führt aber bei ungeeigneter Konstruktion zu ESD-Proble- men.

Aus der Literatur (z. B. John R. Vig, "Dual-mode Oscillators for Clocks and Sensors", 1999 IEEE Ultrasonics Symposium, Seiten 859 bis 868) ist bekannt, dass piezoelektrische Schwingelemente bei drei verschiedenen Resonanz- grundfrequenzen, bei einer quasi-longitudinalen Mode und bei einer schnellen Quasi-Scheer-Mode und bei einer langsamen Quasi-Scheer-Mode, und deren Oberwellen angeregt werden können. (Siehe John R. Vig, "Dual-mode Oscillators for Clocks and Sensors", 1999 IEEE Ultrasonics Symposium, Fig . 1) Diese Resonanzfrequenzen werden im Folgenden und in den Ansprüchen als Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements bezeichnet.

Aufgabe der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung als Schwingsystem aus Montageelement und piezoelektrischem Schwingkörper für die Verwendung in einem Ultraschall-Transducer, zur Verwendung für ultraschallbasierende Ab- standsmessvorrichtungen für Einparkhilfen im Kfz vorgesehen ist, bereitzustellen, der Schall bei mehreren Resonanzfrequenzen abstrahlen kann, die von den Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingkörpers verschieden sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 15 gelöst. Ferner dient zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe ein Montageelement nach Anspruch 8, 9, 10, 11, 20, 21 und 22. Auch wird die Aufgabe gelöst durch eine Schaltung zur Ansteuerung des zuvor genannten Schwingsystems gemäß Anspruch 14 und 23 Schließlich dient zur Lösung der Aufgabe auch ein Ultraschall-Transducer gemäß Anspruch 12. Weitere einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend werden bevorzugte Varianten der Erfindung beschrieben. Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Transducer TR mit mindestens einem piezoelektrischen Schwingelement 2. Das besondere Merkmal dieses Ultraschall-Transducers ist, dass er über ein Gehäuse 1 verfügt, das zumindest teilweise elektrisch leitend ist, und dass das Gehäuse 1 über einen elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Gehäuseboden la und mindestens eine zumindest teilweise elektrisch leitende, insbesondere metallische, Gehäusewand lc verfügt. Entscheidender Unterschied zum Stand der Technik ist nun, dass das Gehäuse 1 gegenüber dem mindestens einem piezoelektrischen Schwingelement 2 elektrisch isoliert ist. Hierdurch kann das Gehäuse 1 separat geerdet werden und im Falle eines ESD-Ereignisses kann die Energie des ESD- Pulses nicht mehr über das Schwingelement 2 an die Ein- und Ausgänge DRV1,DRV2,AING,AINS der Ansteuerschaltung gelangen.

Eine typische Ausprägung des Ultraschall-Transducers zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse 1 des Ultraschall-Transducers mit mindestens einer elektrisch isolierenden und akustisch geeignet dämpfenden Verguss- oder

Füllmasse 12 gefüllt, insbesondere ausgegossen, ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die mechanische Integrität des Ultraschall-Transducers TR über seine Lebensdauer zu gewährleisten und um ein rasches Abschwingen des Gehäuses zu ermöglichen. Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Gehäuse 1 mit einer elektrisch isolierenden und akustisch dämpfenden Verguss- oder Füllmasse 12 gefüllt, insbesondere ausgegossen, ist, die die Schwingungsamplitude des piezoelektrischen Schwingelements 2 des Ultraschall-Transducers pro Schwingungsperiode um mehr als 0,05% oder mehr als 0,1% oder mehr als 0,2% oder mehr als 0,5% oder mehr als 1% oder mehr als 2% oder mehr als 5% oder mehr als 10% dämpft. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung bedeutet "akustisch dämpfend", dass dieses Material die Schwingungen in der Art dämpft, so dass nach Durchgang der akustischen Welle durch das betreffende akustisch dämpfende Material die Amplitude geringer ist. Die Vergussmasse ist daher in der Regel dämpfend ausgeführt, damit die Abstrahlung in das Sensorgehäuse selbst minimiert wird . Der Kleber sollte hingegen eine geringe akustische Dämpfung haben, damit Schallleistung und akustische Empfindlichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den Bauformen aus dem Stand der Technik möglichst gleichwertig sind.

Typischerweise wird das mindestens eine piezoelektrische Schwingelement 2 mittels mindestens eines elektrisch isolierenden Klebers 3 in dem elektrisch leitenden Gehäuse 1 mechanisch an dem Gehäuseboden lb befestigt. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsmethoden denkbar. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Befestigungsmethode die vorteilhafteste ist. Der sich ergebende Vorteil im Unterschied zum Stand der Technik ist, dass das mindestens eine piezoelektrische Schwingelement 2 elektrisch von diesem Gehäuse 1 isoliert ist und somit die besagten ESD-Ereignisse nicht mehr an die Anschlüsse DRV1,DRV2,AING,AINS des Ansteuerschaltkreises US_ctr gelangen können.

Somit ist es vorzugsweise so, dass das mindestens eine piezoelektrische Schwingelement 2 des Ultraschall-Transducers TR mindestens einen ersten elektrischen Kontakt 2a und mindestens einen zweiten elektrischen Kontakt 2b aufweist, wobei zumindest diese beiden Kontakte 2a, 2b des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 von dem Gehäuse 1 und/oder von einem elektrischen Anschluss 7 des Gehäuses 1 elektrisch isoliert sind. Sind weitere Kontakte vorhanden, so sollten diese die Isolation des Ansteuerschaltkreises US_ctr gegenüber ESD-Ereignissen nicht schmälern.

Typischerweise befindet sich dabei mindestens ein erster Kontakt 2a auf der einer ersten Oberfläche des Schwingelements 2 und/oder mindestens ein zweiter Kontakt 2b auf einer der ersten Oberfläche des Schwingelements 2 gegenüberliegenden, zweiten Oberfläche des Schwingelements 2.

Durch die Isolation des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 vom Gehäuse 1 entsteht nun das Problem der elektrischen Kontaktierung des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2, die bisher im Stand der Technik von der Rückseite mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers 8 erfolgte und nun so nicht mehr mög lich ist. Ein Ziel der Erfind ung ist nämlich auch, die Komponenten aus dem Stand der Technik n icht verändern zu müs- sen . Dieses Kontaktierungsproblem wird d urch mindestens ein elektrisch leitendes Montageelement, beispielsweise einen Montagering 6, gelöst, auf dem das mindestens eine piezoelektrische Schwingelement 2 elektrisch leitend mit mindestens einem zweiten Kontakt 2b mechanisch befestigt wird . Dieser zweite Kontakt 2b des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 ist somit mit mindestens einem elektrisch leitenden und/oder hal bleitenden Montageelement 6,6b,6c,6d ,6e, insbesondere einem elektrisch leitenden Montagering 6, elektrisch und mechanisch verbunden, wobei die elektrische Verbindung beispielsweise d urch mindestens einen elektrisch leitenden Kleber und/oder Lötung und/oder Schweißung erfolgt oder erfolgen kann .

Theoretisch mögl ich , aber nicht zweckmäßig , ist eine rein mechanische Verbind ung beispielsweise mit elektrisch isol ierendem Kleber, da dann der elektrische Kontakt separat hergestel lt werden müsste. Durch die Form und die Art der mechanischen Verbind ung des Montageelements 6,6b,6c,6d ,6e,6i,6j können die Schwing ungseigenschaften und die Schal labstrahl ung sowie die Empfangseigenschaften mod ifiziert werden . Dies ist der Kern der Erfind ung . Das erfind ungsgemäße Schwingsystem bestehet in erster Lin ie aus einem Montageelement 6,6b,6c,6d ,6e,6i,6j als Schwing körper und mindestens einem die Schwing ung dieses Schwing körpers antreibenden piezoelektrische Schwingelement 2 pro Montageelement 6,6b,6c,6d ,6e,6i,6j . Es ist typischerweise für die Verwendung in einem Ultraschall-Transducer TR für die Verwend ung in einem Kfz vorgesehen . Das piezoelektrische Schwingelement 2 des Schwingsystems ist mit dem Montageelement 6,6b,6c,6d ,6e,6i,6j mechanisch verbunden . Typischerweise wird die mechanische Verbind ung zwischen piezo^¬ elektrischem Schwingelement 2 des Schwingsystems und dem Montageele^¬ ment 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j d urch eine Klebung mittels eines Klebers und/oder eine Lötung und/oder Schweißung hergestellt. Das Schwingsystem wird typischerweise mittels eines elastischen Klebers 3 mechanisch mit einem Gehäuse 1 , 1a, lc eines U ltraschall-Transd ucers TR verbunden . Dabei bedeutet elastisch, dass der Betrag des E- Mod uls des Klebers geringer ist als der Betrag des E- Mod uls des piezoelektrischen Schwingelements und als der Betrag des E- Mod uls des Gehäusebodens la des Gehäuses. Andere Montagemethoden wie beispielsweise Schweißen, Löte und Einpressen und andere bekannte Verbin- d ungsformen sind denkbar. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt die mechanische Verbindung zwischen dem Schwingsystem, bestehend aus dem Schwingelement 2 und dem Montagelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j im Bereich des Schwingelements 2 so, dass die kürzeste Verbindungslinie von dem Schwer^¬ punkt des piezoelektrischen Schwingelements 2 zu dem Gehäuse 1 , 1a, lc, in das das Schwingsystem montiert werden soll , den elastischen Kleber 3 schneidet. Ohne diese Elastizität des Klebers wäre das System nicht schwingfähig . Der Kleber weist dabei Verl uste in Form einer Schal ldämpfung auf, die vorzugsweise so gestaltet werden, dass das Schwingsystem such Schallabstrahlung und Kleberdämpfung asymptotisch schnel l ausschwingt, wenn das Schwingelement nicht mehr betrieben wird . Der Kleber und seine Positionierung unterhal b des Schwingelements sind also kritisch für eine g ute Emp^¬ fangsperformance, um eine Schallreflektion auch bei kurzen Abständen gut erfassen zu können . Das erfind ungsgemäße Schwingsystem des Ultraschall- Transducers bestehend aus Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und piezo- elektrische Schwingelement 2 zeichnet sich nun im Gegensatz zum Stand der Technik dad urch aus, dass bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2 d urch einen Ansteuerschaltkreis US_ctr zumindest zwei oder mehr mechanische Resonanzfrequenzen, eine erste Resonanzfreq uenz und eine zweite Resonanzfreq uenz und gegebenenfal ls weitere Resonanzfre^¬ q uenzen, angeregt werden können, die voneinander verschieden sind . Insbesondere ist dabei zumindest eine d ieser Resonanzfreq uenzen von den d rei Eigenfreq uenzen des piezoelektrischen Schwingelements 2 und den Freq uenzen der entsprechenden Oberwellen verschieden . Hierbei beziehen sich diese Freq uenzen auf die Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements ohne anmontiertes Montageelement. Die Grundidee der Erfind ung ist also, Eigenschwingungen eines Montageelementes mit einem d iskreten g rößeren Schwingelement anzuregen . Um mehrere Eigenfreq uenzen des Montageelementes, oder besser des Schwingsystems bestehend aus Montageelement und piezoelektrischem Schwingelement zu ermögl ichen, wird die Struktur des Montageelementes geeig net mod ifiziert. Hierzu verfügt das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j typischerweise über mindestens eine Öffnung 9,9b,9c,9d und/oder Aussparung und/oder Vertiefung , die mehrere Eigen moden des Montageelements ermög licht. Eine solche Aussparung kann auch eine Aus^¬ oder Einbuchtung der Kante des Montageelements sein . Das Freq uenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfreq uenz dividiert d urch den Betrag der ersten Resonanzfreq uenz hängt dann von einem Durchmesser und/oder der Lage d ieser Öffnung 9,9b,9c,9d und/oder Aus- und/oder Einbuchtung und/oder Aussparung und/oder Vertiefung auf dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j ab.

Eine verfeinerte Ausführung einer erfind ungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j mindestens ein M uster von Öffnungen 10 auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und/oder Vertiefungen auf einer Oberfläche des Montage^¬ elements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und/oder Erhöhungen 10b auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j aufweist, das bei translatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j um zumindest einen ersten Abstand ni*a l und/oder einen zweiten Abstand rrii*a₂ , wobei ni und rru ganze Zahlen sind, zumindest teil- weise wieder auf sich selbst abgebildet wird, also insbesondere ein ein- oder zweidimensionales Gitter auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j bildet. Dabei hängt das Frequenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz dividiert durch den Betrag der ersten Resonanzfre- quenz von dem ersten Abstand ai und typischerweise von dem ersten Abstand a₂ sowie dem Winkel zwischen den zugehörigen Richtungen dieser Abstände

Analog kann das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j mindestens ein Muster von Öffnungen 10 auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und/oder Vertiefungen auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und/oder Erhöhungen 10b auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j aufweisen, das bei rotatorischer Verschiebung um eine Symmetrieachse längs einer Oberfläche des Montageele- mentes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j um zumindest einen ersten Winkel η₃*θι, wobei n₃ eine ganze Zahl ist, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet wird . Es bildet also ebenfalls typischerweise ein ein- oder zweidimensionales rotatorisches Gitter auf einer Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j . In diesem Fall hängt nun das Frequenzverhältnis des Betrags der zweiten Re- sonanzfrequenz dividiert durch den Betrag der ersten Resonanzfrequenz von dem ersten Winkel $i ab.

Das Schwingsystem des Ultraschal-Transducers und damit der der Ultraschall- Transducer selbst weist typischerweise zumindest zwei voneinander verschie- dene Güten oder Resonanzbandbreiten, eine erste Güte oder erste Resonanzbandbreite bei der ersten Resonanzfrequenz auf der einen Seite und eine zweite Güte oder zweite Resonanzbandbreite bei der zweiten Resonanzfrequenz auf der anderen Seite, aufweist. Dies kann beispielsweise durch geeignete Anordnung von Klebestellen zwischen Montageelement und Gehäuse er- reicht werden. Auf ähnl iche Weise kann der Ultraschall-Transducer zwei und mehr voneinander verschiedene Abstrahlcharakteristiken, eine erste Abstrahlcharakteristik bei der ersten Resonanzfreq uenz und eine zweite Abstrahlcharakteristiken bei der zweiten Resonanzfrequenz, aufweisen . Dabei ist Abstrahlcharakteristik so zu verstehen , dass d ie d urch das Schwingsystem abgestrahlte Schallampl itude pro Sterad iant in den Raum hinein von dem Winkel zwischen der Verbind ungsachse vom dem Punkt, an dem d ie Schallamplitude erfasst wird , zu einem Auf^¬ punkt der zur Flächennormale 14 zur Oberfläche 2a auf der einen Seite und der entsprechenden Flächennormale 14 zur Oberfläche 2a des Montageele- ments 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j auf der anderen Seite abhängt.

Wie bereits erwähnt kann die Fläche des Montageelementes variiert werden, um die geeigneten akustischen Eigenschaften hervorzurufen . Insbesondere kann eine erste ebene Querschnittsfläche eines Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere des Montagerings 6, die senkrecht zur Flä^¬ chennormale einer Oberfläche des Montageelementes 6b,6c,6d ,6e,6i,6j, insbe^¬ sondere des Montagerings 6, ist, eine andere Form haben als eine zweite ebene Querschnittsfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2, die eben^¬ falls senkrecht zur Flächennormale einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist. Hierbei ist es besonders sinnvoll, wenn das Montageelement mit akustischen Stichleitungen versehen ist, die vorzugsweise jede für sich einen Resonator für die gewünschte Resonanzfre^¬ q uenz darstellt. In besonderen Ausprägungen der Erfind ung wird somit der Flächenschwerpunkt der Oberfläche des Montageelementes 6b,6c,6d ,6e,6i,6j gegenüber dem Flächenschwerpunkt einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 versetzt angeordnet.

Bei einer geeigneten Kombination von solchen akustischen Leitungen und Dämpfungselementen in Form eines geeigneten, nur lokal angebrachten Kle- bers 10 kann erreicht werden, dass die Schallabstrahlachse 11 Schwingsys^¬ tems des Ultraschall-Transducers TR nicht parallel zur die Oberflächennorma^¬ len 14, 15 der ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwing- elements 2 ist. Dies aus der Literatur (z. B. US-A-4 413 629) nur bei Verwend ung mehrerer Schwingsysteme bekannt.

Ganzbevorzugt wird das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j mit mindestens einer Öffnung 9,9b,9c,9d und/oder Aussparung und/oder Vertiefung unterhal b des Schwingelements 2 versehen, um die Biegesteifigkeit des Montageelements anzupassen . Dies hat den Zweck die Akustische Impedanz des Montageelementes als akustische Schal leitung im Bereich des Schwingelements an die akustische Impedanz des Schwingelements anzupassen und ist so in dieser Funktion aus der Literatur nicht bekannt. Es ist somit die Funktion d ieser Öffnung, die Energieeinkoppl ung vom piezoelektrischen Schwingelement in das Montageelement zu verbessern .

Ganz bevorzugt weist das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j das besagte Gitter auf. Vorzugsweise wird die Gitterstruktur hexagonal oder quadratisch ausgeführt. Die Gittersymmetrie also vorzugsweise vier- oder sechszählig .

Vorzugsweise weist das Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j oder ein Teil des^¬ sel ben, z. B. eine akustische Stichleitung, mindestens ein Längenmaß auf, das ein ganzzahl iges (k-faches) Vielfaches der mittleren Schal lwellenlänge λ)ϊΓη Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j geteilt durch vier ist k* /4)

Ein wesentl iches Element eines solchen akustischen Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j kann sein, dass es eine akustische Abzweig leitung, z. B. als akustische Stichleitung, aufweist. Eine solche Stichleitung kann frei im Raum enden oder d urch einen geeig neten Kleber am Ende fixiert sein . Dieser akustische Abschluss kann d urch die Wahl des Klebers und die Prozessierung des Klebevorgangs geeig net angepasst werden . Hierd urch können beispielsweise λ/2 und λ/4 Resonatoren erzeugt werden .

Neben dem Montageelement sel bst kann auch das Gehäuse geeig net strukturiert werden . Beispielsweise kann der Ultraschall-Transducer TR zumindest eine weitere Struktur im Gehäuseboden aufweisen, die ein Muster von Vertiefungen 17 und/oder Erhöhungen 17 und/oder Öffnungen aufweist, das bei translatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des Gehäusebodens lb um zumindest einen ersten Abstand n₂*a₃ und/oder einen zweiten Abstand m₂*a₄ , wobei n₂ und m₂ ganze Zahlen sind, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet wird, also insbesondere ein ein- oder zwei- oder dreidimensionales Gitter bildet.

Von besonderer Bedeutung ist dabei eine Schaltung zur Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Schwingsystems die eine Ansteuerschaltung USctr zumindest als Teilschaltung aufweist, wobei die Ansteuerschaltung US_ctr über eine erste elektrische Leitung DRVl und eine zweite elektrische Leitung DRV2 direkt und vor allem übertragerlos mit dem piezoelektrischen Schwingelement 2 des Schwingsystems elektrisch verbunden ist. Die Ansteuerschaltung US_ctr kann dabei ein elektrisches spannungsmoduliertes Sendesignal mit einer Sendefrequenz über die erste Leitung DRVl und die zweite Leitung DRV2 an das piezoelektrischen Schwingelement 2 des Schwingsystems anlegen . Die Ansteuerschaltung US_ctr umfasst dabei mindestens einem ersten Inverter bestehend aus mindestens einem ersten Transistor Tl, der mit einem ersten Sendesignal Oi_a angesteuert wird, und mindestens einem zweiten Transistor T3, der mit einem komplementären ersten Sendesignal Oi_b angesteuert wird . Dabei treibt der erste Inverter die zweite Leitung DRV2 zur direkten übertragerlosen diffe- rentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2. Die Ansteuerschaltung US_ctr umfasst mindestens einen zweiten Inverter bestehend aus mindestens einem zweiten Transistor T2, der mit einem zweiten Sendesignal 0_2a, das insbesondere gegenläufig zum ersten Sendesignal Oi_a sein kann, angesteuert wird, und mindestens einem vierten Transistor T4, der mit einem komplementären zweiten Sendesignal 0_2b, das insbesondere gegenläufig zum komplementären ersten Sendesignal Oi_b sein kann, angesteuert wird . Der zweite Inverter treibt die erste Leitung DRVl zur direkten übertragerlosen dif- ferentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2. Die Ansteuerschaltung US_ctr schaltet typischerweise während des Empfangs die Sen- designale Oia^ib^a^b und damit die Transistoren T1,T2,T3,T4 zumindest zeitweise ab. Vorzugsweise kann die Ansteuerschaltung US_ctr mindestens eine erste Sendefrequenz erzeugen, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung DRV1 und der zweiten Leitung DRV2 moduliert wird und die die erste Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt. Darüber hinaus kann bevorzugt die Ansteuerschaltung US_ctr mindestens eine zweite Sendefrequenz gegebenenfalls auch gleichzeitig zur ersten Sendefrequenz erzeugen, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung DRV1 und der zweiten Leitung DRV2 moduliert wird und die die zweite Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt.

Der erfindungsgemäße Ultraschall-Transducer kann somit durch eine geeignete Wahl und Gestaltung des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j nicht nur eine, sondern zwei oder drei oder auch mehr Resonanzfrequenzen, insbesondere eine erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfrequenz und gegebenenfalls eine dritte Resonanzfrequenz und gegebenenfalls weitere Resonanzfrequenzen aufweisen, die voneinander verschieden sind. Dabei werden die Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und die Aufbautechnik mit Klebungen 3,b so gestaltet, dass die Güte der jeweiligen Resonanzschwingung bei jeder Resonanzfrequenz für sich eigenen frequenzspezifischen Anforderungen genügt. Der erfindungsgemäße Ultraschall-Transducer weist daher zumindest zwei voneinander verschiedene Güten oder Resonanzbandbreiten, eine erste Güte oder erste Resonanzbandbreite bei einer ersten Resonanzfrequenz auf der einen Seite und eine zweite Güte oder zweite Resonanzbandbreite bei einer zweiten Resonanzfrequenz auf der anderen Seite, auf. Diese stellen ein Mittel dazu dar, die Abstrahlcharakteristiken mittels frequenzspezifischer Anregungen durch einen Ansteuerschaltkreis US_ctr im Betrieb je nach anfallender Messaufgabe ohne Konstruktionsänderung durch einfache Frequenzumschal- tung umschalten zu können. Der erfindungsgemäße Ultraschall-Transducer TR weist daher zumindest zwei voneinander verschiedene Abstrahlcharakteristiken, eine erste Abstrahlcharakteristiken bei einer ersten Resonanzfrequenz und eine zweite Abstrahlcharakteristiken bei einer zweiten Resonanzfrequenz, auf. Diese wiederum sind ein Mittel , um zwischen zumindest zwei Messaufga^¬ ben, beispielsweise Nahbreichsabstandsmessung beim Einparken mit einem Kfz und Fernbereichsabstandsmessu ng beim suchen einer Parklücke umschalten zu können, was das letztend liche Ziel ist.

Es ist daher mögl ich, dass es abhängig von der Anwend ung sinnvol l ist, wenn zumindest eine erste ebene Querschnittsfläche zumindest eines Montageele^¬ ments 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j , insbesondere des Montagerings 6, die senkrecht zur Flächennormale einer Oberfläche des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere eines Montagerings 6, ist, eine andere Form hat als zumindest eine zweite ebene Querschnittsfläche zumindest eines piezo^¬ elektrischen Schwingelements 2, die ebenfalls senkrecht zur Flächennormale einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist. Oder kürzer gesagt : Es ist sinnvoll , wenn die Form des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j vom dem des piezoelektrischen Schwingelements 2 ab^¬ weicht. Diese Form, insbesondere die Außenkannte zumindest eines Montage^¬ elements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j kann relativ frei gewählt werden, hat jedoch immer Einfluss auf d ie akustischen Eigenschaften des U ltraschall-Transducers TR. Dies ist insbesondere bei der Fertigung kleiner Stückzahlen von Ultraschall- Transd ucern TR von Vorteil, da die Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j bei^¬ spielsweise d urch fotolithog rafisches Ätzen und/oder Laserschneiden in kleinen Stückzahlen schnel l und kosteng ünstig hergestellt werden können . Auf diese Weise ist eine einfache und kosteng ünstige Anpassung der Eigenschaften des Ultraschall-Transducers an spezifische Aufgaben mögl ich . Diese Flexibil ität der akustischen Eigenschaften der Ultraschall-Transducer TR in der Produktion dersel ben ist somit ein Nebenprodukt der zuvor skizzierten ESD- Robustheit.

Durch diese Mod ifikationen und/oder beispielsweise den verkippten Einbau zumindest eines Pakets aus piezoelektrischem Schwingelement 2 und Monta- geelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j kann erreicht werden, dass die Schallabstrahlachse 11 des Ultraschall-Transducers TR nicht parallel zur einer Oberflächen^¬ normalen 14, 15 einer ersten oder zweiten Oberfläche des betreffenden piezo- elektrischen Schwingelements 2 ist. Dabei wird die Oberfläche als erste Ober^¬ fläche des betreffenden piezoelektrischen Schwingelements 2 bezeichnet, die den ersten Kontakt 2a des betreffenden piezoelektrischen Schwingelements 2 trägt. Alternativ kann die Schallabstrahlachse 11 des Ultraschall-Transducers TR auch nicht parallel zu einer Gehäuseachse 13 und/oder einer Symmetrie^¬ achse des Gehäuses lc und/oder der Gehäusewände l c und/oder zu einer Flä^¬ chennormale einer inneren oder äußeren Oberfläche des Gehäusebodens l b des Gehäuses 1 sein . Was für die Schal labstrahlachse 11 gilt, kann auch für d ie Oberflächennormale 14, 15 einer Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 erreicht werden . Auch d iese kann nicht parallel zu einer Gehäuseachse 13 und/oder einer Symmetrieachse des Gehäuses lc und/oder der Gehäusewände lc und/oder zu einer Flächennormale einer inneren oder äußeren Oberfläche des Gehäuse- bodens l b des Gehäuses 1 angeordnet werden .

Typischerweise wird das Gehäuse 1 des Ultraschall-Transducers becherförmig ausgefü hrt. Dabei ist die Aufbauhöhe h aus Kleber 3 u nd optionalem Montage^¬ element oder optionalem Montagering 6 und Schwingelement 2 kleiner als die Höhe h_G des Gehäuses 1.

Gleichzeitig ist typischerweise der Abstand d zwischen der ersten Oberfläche des Schwingelements 2 und der Oberkannte des becherförmigen Gehäuses 1 g rößer als d ie Aufbauhöhe h .

Die Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j können relativ frei gestaltet werden . Eine besonders einfache und erfahrungsgemäß vorzugsweise Form ist die eines elektrisch leitenden Blechringes. In d iesem Fal l weise das Montageele^¬ ment 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j für den erfind ungsgemäßen Ultraschall-Transducer TR mit erfindungsgemäßem Schwingsystem mindestens eine Öffnung 9,9b,9c,9d und/oder Aussparung und/oder Vertiefung auf, die die mechanischen Eigenschaften des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j an einer Stel le des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j mod ifizieren . Hierd urch kann bei^¬ spielsweise lokal dass mittlere E-Mod ul geändert werden . Hierbei erfolgt die M ittel ung über die Öffnung hinweg . Ein Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j kann einzelne oder auch mehrere Öffnungen 9,9b,9c,9d , 10,20 und/oder ein- zel ne oder auch mehrere Aussparu ngen und/oder einzelne oder auch mehrere Vertiefungen aufweisen . Einzel ne oder mehrere Öffnungen 9,9b,9c,9d, 10,20 können komplett oder auch nur teilweise unter dem piezoelektrischen Schwingelement 2 angeord net sein . Einzel ne oder mehrere Öffnungen 9,9b,9c,9d, 10,20 können komplett über oder auch nur teilweise über dem elektrisch isolierenden Kleber 3 angeord net sein . Einzel ne oder mehrere Öffnungen 9,9b,9c,9d , 10,20 können komplett über oder auch nur teilweise in einem Bereich eines Überhangs 6g , L des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, der später näher erläutert wird , angeord net sein . Einzel ne oder mehrere Öffnungen 9,9b,9c,9d , 10,20 können beispielsweise zylinderförmige Durchbrüche oder Schlitze oder Öffnungen anderer Form in dem jeweil igen Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j sein . Es kann sich aber auch nur um einzelne oder auch mehrere Sacklöcher, einzelne oder auch mehrere Kerben oder einzel ne oder auch mehrere andere Vertiefungen von der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des jeweiligen Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j her handeln .

Es ist es denkbar, dass ein Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j statt der einzel nen oder auch mehreren Öffnungen oder einzel nen oder auch mehreren Vertiefungen und/oder einzel nen oder auch mehreren Aussparungen oder auch gleichzeitig mit d iesen, in umgekehrter Weise auch einzel ne oder auch mehrere Erhöhungen aufweist. Diese einzel nen oder auch mehreren Erhöhungen können beispielsweise einzelne oder auch mehrere abstehende Zyl inder oder einzelne oder auch mehrere Nuten oder einzel ne oder auch mehrere Ausstül- pungen anderer Form an dem jeweiligen Montageelement an der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des jeweil igen Montageelementes sein . Einige d ieser einzelne oder auch mehrere Öffnungen können beispielsweise in einem zwei- oder eindimensionalem Gitter mit einer Elementarzelle angeordnet werden . Dabei wiederholt sich d ie Anord nung der Strukturen - z. B. Öffnungen und Erhöhungen - der Elementarzelle bei Verschiebung längs einer Oberfläche des jeweil igen Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j um mindestens einen Gittervektor in mindestens eine Gitterrichtung . Eine besondere Ausprägu ng eines erfind ungsgemäßen Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j weist daher mindestens ein M uster - die besagte Elementarzelle -von Öffnungen 10 und/oder Erhöhungen 10b auf, das bei translatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des besagten Montageelements um zumindest einen ersten Abstand ni*ai und/oder einen zweiten Abstand rrii*a₂ , wobei ni und rru ganze Zahlen sind, zumindest teilweise wieder auf sich sel bst abgebildet wird, also insbesondere ein ein- oder zwei- oder dreid imensionales Gitter bildet. Besonders geeignete M uster lassen sich mittels der Anordnung in einem q uadratischen hexagonalen Gitter erzeugen . In d iesem Fal l ist dan n d ie Gitterstruktur des zweid imensionalen Gitters hexagonal oder q uadratisch . Die Gittersymmetrie ist dann vier oder sechszähl ig . Natürl ich sind auch rechteckige und/oder rhombische Gitter denkbar.

Diese Strukturen können grundsätzl ich auch in den Gehäuseboden l b eingebracht werden . Eine Ausprägu ng des erfind ungsgemäßen Ultraschall-Transd u- cers zeichnet sich somit unter anderem dad urch aus, dass der Ultraschall- Transd ucer zumindest eine weitere Struktu r im Gehäuseboden aufweist, d ie in ähnl icher Weise zum Montageelement ein M uster von Vertiefungen 17 und/oder Erhöhungen 17 und/oder Öffnungen - die besagte Elementarzelle - aufweist, das bei translatorischer Verschiebung um zumindest einen ersten Abstand n₂*a₃ und/oder einen zweiten Abstand m₂*a₄ , wobei n₂ und m₂ ganze Zahlen sind, zumindest teilweise wieder auf sich sel bst abgebildet wird, also insbesondere ein ein- oder zwei- oder dreid imensionales Gitter bildet. Hierbei kann die Dreidimensionalität dadurch erreicht werden, dass zumindest der Gehäuseboden aus mehreren Schichten mit einem jeweils zweidimensionalen Gitter zusammenlaminiert wird. Durch diese Methodik wird prinzipiell auch eine Optimierung in der Hinsicht ermöglicht, dass der Transducer TR mehr als eine Resonanzfrequenz aufweisen kann und dabei eine unterschiedliche Güte aufweisen kann. Ist eine Ansteuerschaltung US_ctr nicht mehr so frequenzselektiv, kann ein Anwender bei den Strukturen des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j bzw. im Gehäusebo- den lb die Absicht verwirklichen, bei einer ersten Frequenz eine Resonanz geringerer Güte der Resonanz und damit eine größere Frequenzbandbreite des Sensors zu erreichen, um insbesondere die Ausschwingzeit nach dem Aussenden des Sendepulses und damit den "toten" Bereich, in dem ein auf dem Ultraschall-Transducer basierender Abstandssensor, beispielsweise ein Ein- parksensor eines Kfz, aufgrund dieses eigenen Ausschwingens noch keine Hindernisse wahrnehmen kann, zu minimieren und bei einer anderen, zweiten Frequenz im Gegensatz dazu eine Resonanz bessere Güte der Resonanz zu erreichen, um durch den längeren Sendeimpuls eine bessere Reichweite zu erreichen.

Dementsprechend kann die Ansteuerschaltung US_ctr so ausgebildet werden, dass sie je nach gerade gewünschter Messaufgabe beispielsweise für eine erste Messaufgabe, beispielsweise eine Abstandsmessung in Nahbereich mit kurzer Ausschwingzeit, ein Sendesignal auf der ersten Leitung DRVl und der zweiten Leitung DRV2 nutzt, das eine erste Sendesignalfrequenz hat, die zu einer Resonanz des Ultraschall-Transducers TR in einer ersten Resonanzfrequenz des Ultraschall-Transducers TR mit einer ersten Güte und einer ersten Abstrahlcharakteristik führt, und für eine zweite Messaufgabe, beispielsweise eine Abstandsmessung in Fernbereich mit langer Ausschwingzeit, ein Sende- Signal auf der ersten Leitung DRVl und der zweiten Leitung DRV2 nutzt, das eine zweite Sendesignalfrequenz hat, die zu einer Resonanz des Ultraschall- Transducers TR in einer zweiten Resonanzfrequenz des Ultraschall-Transducers TR mit einer zweiten Güte und einer zweiten Abstrahlcharakteristik führt. Natürl ich ist es denkbar, mehr als zwei Messaufgaben mit gegebenenfal ls mehr als zwei Sendefrequenzen und mit gegebenenfal ls mehr als zwei Resonanzfre^¬ q uenzen und gegebenenfal ls mehr als zwei Güten u nd gegebenenfal ls mehr als zwei Abstrahlcharakteristiken vorzusehen .

M it Hilfe eines somit elektrisch gegenüber dem Gehäuse 1 isolierten piezoelektrischen Schwingelements 2 kann nu n eine elektrische Schaltung aufge^¬ baut werden . Diese Schaltung zur Ansteuerung eines Ultraschall-Transducers TR mit einem erfind ungsgemäßen Schwingelement umfasst mindestens ein piezoelektrisches Schwingelement 2 des Ultraschall-Transducers TR und die Ansteuerschaltung DRV Diese wiederum umfasst als Teil der Schaltung mindestens einen ersten Inverter bestehend aus mindestens einem ersten Transistor Tl und mindestens einem zweiten Transistor T3. Der erste Transistor Tl wird mit einem ersten Sendesignal Oi_a angesteuert. Der zweite Transistor T3 wird mit einem dazu komplementären ersten Sendesignal Oi_b angesteuert. Diese Transistoren T1 ,T3 treiben eine zweite Leitung DRV2 zur d irekten diffe- rentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2. Des Weiteren umfasst die Schaltung mindestens einen zweiten Inverter bestehend aus mindestens einem zweiten Transistor T2, der mit einem zweiten Sendesignal o_2a, das insbesondere gegenläufig zum ersten Sendesignal Oi_a sein kann, an^¬ gesteuert wird . Darüber hinaus umfasst die Schaltung mindestens einem vierten Transistor T4, der mit einem komplementären zweiten Sendesignal 0_2b, das insbesondere gegenläufig zum komplementären ersten Sendesignal Oi_ab sein kann, angesteuert wird . Die beiden Transistoren T2,T4 treiben eine erste Leitung DRV1 zur d irekten differentiel len Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2. Da die Sendesig nale den Empfang stören würden, schal^¬ ten die Sendesig nale Oi_a,Oib^_2a^₂b während des Empfangs die Transistoren T1 ,T2,T3,T4 zumindest zeitweise ab . Damit dies funktioniert, ist mindestens ein piezoelektrisches Schwingelement 2 vorzugsweise in einem zumindest be^¬ cherförmig ausgeführten Faraday'schen Käfig, einem Gehäuse 1 , montiert. Dieses Gehäuse 1 ist bevorzugt von der ersten Leitung DRV1 und der zweiten Leitung DRV2 und dem piezoelektrischen Schwingelement 2 elektrisch isoliert und d urch einen Anschluss ESD_GN D auf ein gegenüber den anderen Teilen der Schaltung definiertes Potenzial, vorzugsweise eine ESD- Masse, gelegt. Um den Einfl uss des Gehäuses 1 d urch kapazitive Kopplung und derg leichen auf den Rest der Schaltung zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn dass das Gehäuse 1 des Ultraschall-Transducers TR mit einer niederohmigen Span^¬ nungsq uelle oder mit einer Kapazität beispielsweise gegen Signalmasse oder mit dem Anschluss an eine Versorg ungsspannungsleitung oder eine Masselei- tung als ESD- Erd ung verbunden ist.

Damit ein piezoelektrische Schwingelement 2 Anschwingen kann, ist es vorteil haft, wenn das betreffende piezoelektrische Schwingelement 2 isoliert von der ESD- Erd ung über zwei Leitungen DRV1 ,DRV2 angesteuert werden kann und ein geeignetes Ansteuersignal als Spann ung zwischen diesen beiden Lei^¬ tungen DRV2, DRV1 angelegt wird, das mindesten eine Flan ke und/oder Polaritätswechsel vorzugsweise in digitaler Form aufweist. In dem Fal l kann ein solches piezoelektrisches Schwingelement 2 mit einem digitalen Sig nal ange^¬ regt werden .

Neben dem Ultraschall-Transducer TR, den Montageelementen 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und der zugehörigen Ansteuerschaltung umfasst die Erfind ung auch ein Verfahren zur Herstell ung eines solchen U ltraschal l-Transducers TR.

Dieses umfasst in einer ersten Auspräg ung die Schritte :

Bereitstel len eines Gehäuses 1 ,

Einbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Klebemasse 3 in das Gehäuse 1 ,

- mechanisches Verbinden mindestens eines elektrisch leitenden Montage^¬ elements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere eines Montagerings 6, mit der mindestens einen elektrisch isol ierenden Klebemasse 3, Einbringen mindestens eines piezoelektrischen Schwingelements 2 in das Gehäuse 1 ,

mechanisches Verbinden des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2, das mindestens einen ersten elektrischen Kontakt 2a und mindestens einen zweiten Kontakt 2b aufweist, mit der mindestens elektrisch isolierenden Klebemasse 3,

mechanisches und elektrisches Verbinden des mindestens einen Schwing^¬ elements 2 mittels mindestens eines zweiten Kontakts 2b mit dem min^¬ destens einen elektrisch leitenden Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j , insbesondere dem Montagering 6,

elektrisches Verbinden mindestens einer ersten elektrischen Zuleitung 4 mit dem mindestens einen ersten elektrischen Kontakt 2a des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2,

elektrisches Verbinden mindestens einer zweiten elektrischen Zuleitung 5 mit dem mindestens einen zweiten elektrischen Kontakt 2b des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 und/oder mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Montageelement 6, 6b, 6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere dem elektrisch leitenden Montagering 6, gegebenenfalls elektrisches Verbinden mindestens einer dritten elektri- sehen Zuleitung 7 mit dem Gehäuse 1.

H ierbei werden die Schritte vorzugsweise in der oben angegebenen Reihenfolge d urchgeführt. Al lerd ings kann auch mindestens ein piezoelektrisches Schwingelement 2 mit mindestens einem Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j zuerst verbunden werden und dann in das Gehäuse 1 eingesetzt werden . Das zugehörige Verfahren umfasst dann d ie Schritte :

Bereitstel len eines Gehäuses 1 ,

- Einbringen mindestens einer elektrisch isol ierenden Klebemasse 3,3b in das Gehäuse 1 , mechanisches und elektrisches Verbinden mindestens eines Schwingelements 2, das mindestens einen ersten elektrischen Kontakt 2a und mindestens einen zweiten Kontakt 2b aufweist, mittels mindestens eines zweiten Kontakts 2b mit mindestens einem elektrisch leitenden Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere dem Montagering 6,

Einbringen des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 und des mindestens einen Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e in das Gehäuse 1,

mechanisches Verbinden des mindestens einen elektrisch leitenden Montageelements 6,6b,6c,6d,6e, insbesondere eines Montagerings 6, mit der mindestens einen elektrisch isolierenden Klebemasse 3,3b und mechanisches Verbinden des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 mit der mindestens einen elektrisch isolierenden Klebemasse 3,3b,

elektrisches Verbinden mindesten einer ersten elektrischen Zuleitung 4 mit dem mindestens einen ersten Kontakt 2a des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2,

elektrisches Verbinden mindestens einer zweiten elektrischen Zuleitung 5 mit dem mindestens einen zweiten Kontakt 2b des mindestens einen piezoelektrischen Schwingelements 2 und/oder mit dem mindestens einen elektrisch leitenden Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere dem elektrisch leitenden Montagering 6,

gegebenenfalls elektrisches Verbinden mindestens einer dritten elektrischen Zuleitung 7 mit dem Gehäuse 1.

Auch hier folgt der Prozess der Herstellung vorzugsweise der oben angegebenen Sequenz.

Zusätzlich kann mindestens ein Zwischenraum zwischen mindestens einem Überhang 6g mindestens eines Montageelements 6e und dem Gehäuseboden lb noch mit mindestens einer speziellen Masse 18 verfüllt werden. Dies geschieht üblicherweise vor dem Einbringen des betreffenden Montageelementes 6e in das Gehäuse 1. Die Masse kann aber auch nach diesem Einbringen gegebenenfalls durch Öffnungen 17,10 in den betreffenden Zwischenraum eingespritzt werden. Beide zuvor beschriebenen Grundvarianten des Prozesses können daher um den Schritt

Einbringen mindestens einer Masse 18 oder mindestens eines Medium 18, die schließlich sich zwischen mindestens einem Montageelement 6e und Gehäuseboden lb befindet, ergänzt werden. Wobei dieser Schritt an verschiedenen Stellen des jeweiligen Prozesses durchgeführt werden kann.

Zusätzlich kann das Gehäuse 1 auch noch mit mindestens einer Vergussmasse 12 vergossen werden. Alternativ können auch andere Füllstoffe eingebracht werden. Beide zuvor beschriebenen Grundvarianten des Prozesses können daher um den Schritt

Ausfüllen des Gehäuses 1 mit mindestens einer Vergussmasse oder min^¬ destens einer Füllmasse 12 ergänzt werden. Wobei dieser Schritt typischerweise als letzter Schritt des Prozesses durchgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Schwingsystem weist ein Montageelement 6e als Schwingkörper und ein die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrischen Schwingelement 2 pro Montageelement 6e auf. Es ist für die Verwendung in einem Ultraschall-Transducer TR vorgesehen. Das Schwingelement 2 ist mit dem Montageelement 6e mechanisch durch eine Klebung mittels eines Klebers verbunden. Das Schwingsystem, bestehend aus dem Montageelement 6e und dem Schwingelement 2, ist mittels eines elastischen Klebers 3 mechanisch mit einem Gehäuse 1,1a, lc eines Ultraschall-Transdu- cers TR verbunden. Die kürzeste Verbindungslinie L von dem Schwerpunkt des Schwingelements 2 zu dem Gehäuse 1 schneidet den elastischen Kleber 3. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Schwingsystem aus Montageelement 6e und Schwingelement 2 bei Ansteuerung des Schwingelements 2 d urch einen Ansteuerschaltkreis zumindest zwei oder mehr mechanische Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, auf, wobei zumindest eine d ieser Resonanzfrequenzen von den drei aus dem Stand der Technik bekannten Eigenfreq uenzen des piezoelektrischen Schwingelements 2 und den Freq uenzen der entsprechenden Oberwellen verschieden ist. Dabei beziehen sich die Eigenfreq uenzen auf solche Eigenfrequenzen des Schwingelements 2 ohne anmontiertes Montageelement 6e. Das Montageelement 6e weist mindestens eine Öffnung 9b und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder Ausstülpung auf. Eine Ausstülpung kann beispielsweise eine akustische Stich^¬ leitung 10 sein, die wiederum d urch eine weitere Klebung 3b akustisch ab- oder kurzgeschlossen sein kann . Das Freq uenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfreq uenz dividiert d urch den Betrag der ersten Resonanzfreq uenz hängt dabei von einem Du rchmesser oder der Lage der Öffnung 9b und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder der Länge der Ausstülpung 10 auf dem Montageelement 6e ab. Das erfind ungsgemäße Schwingsystem weist ein Montageelement 6k und ein Schwingelement 2c auf. Das Schwingelement 2c ist mit dem Montageelement 6k verklebt. Dieses wiederum ist in das Gehäuse eines U ltraschal l-Transducers TR mittels eines Klebers 3c,3d eingeklebt, wobei die kürzeste Verbind ungsl inie von dem Schwerpunkt des Schwingelements 2c zu dem Gehäuse den elasti- sehen Kleber 3 schneidet. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Schwingsystem bei elektrischer Ansteuerung des Schwingelements 2c zumindest zwei oder mehr mechanische Resonanzfrequenzen auf, die voneinander verschieden sind . Diese Resonanzfrequenzen sind von den Eigenfreq uenzen des Schwingelements 2c ohne anmontiertes Montageelement 6k verschieden . Das Montageelement 6k weist zur Einstell ung d ieser Resonanzfrequenzen ein gitterförmiges M uster von Öffnu ngen 10 auf einer Oberfläche des Montageele^¬ ments 6k auf. Dabei hängt das Freq uenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz dividiert durch den Betrag der ersten Resonanzfrequenz von der Gitterkonstanten ai ab.

Das erfindungsgemäße Schwingsystem weist einem Montageelement 6e und ein Schwingelement auf. Das Schwingelement ist mit dem Montageelement 6j verklebt. Dieses wiederum ist in das Gehäuse eines Ultraschall-Transducers TR mittels eines Klebers 3c,3d eingeklebt, wobei die kürzeste Verbindungslinie von dem Schwerpunkt des Schwingelements zu dem Gehäuse den elastischen Kleber 3c schneidet. Im Gegensatz zum Stand der Technik weist das Schwing- System bei elektrischer Ansteuerung des Schwingelements zumindest zwei oder mehr mechanische Resonanzfrequenzen auf, die voneinander verschieden sind. Diese Resonanzfrequenzen sind von den Eigenfrequenzen des Schwingelements ohne anmontiertes Montageelement verschieden. Das weist Montageelement 6j weist zur Einstellung dieser Resonanzfrequenzen ein rotations- symmetrisches, periodisches Muster von Öffnungen 20 auf einer Oberfläche des Montageelements 6j auf. Dabei hängt das Frequenzverhältnis des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz dividiert durch den Betrag der ersten Resonanzfrequenz von der Gitterkonstanten $i der Rotationssymmetrie ab. Beschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung vertieft anhand der Figuren beschrieben.

Fig . 1 zeigt eine Ansteuerschaltung mit einem Übertrager für einen Ultra- schall- Transducer entsprechend dem Stand der Technik.

Fig . 2 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Trans- ducer entsprechend dem Stand der Technik. Fig . 3 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch ein Sensormodul entsprechend dem Stand der Technik. Fig. 4 zeigt eine Ansteuerschaltung ohne einen Übertrager für einen Ultraschall-Transducer entsprechend dem Stand der Technik.

Fig. 5 zeigt eine Treiberstufe des Ansteuerschaltkreises.

Fig. 6 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem.

Fig. 7 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Trans- ducer Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, der vergossen ist.

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung ohne einen Übertra^¬ ger für einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem.

Fig. 9 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem mit Gehäusesymmetrieachse.

Fig. 10 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem und mit Gehäusesymmetrieachse, der vergossen ist. Fig. 11 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem und mit Gehäusesymmetrieachse, wobei das piezoelektrische Schwingelement ver^¬ kippt ist. Fig. 12 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen vergossenen,

Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem und mit Gehäusesymmetrieachse, wobei das piezoelektrische Schwing^¬ element verkippt ist. zeigt einen vereinfachten Querschn itt durch einen Ultraschall-Trans- d ucer mit erfind ungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und die Öffnung im Montageelement asymmetrisch und verkleinert ist. zeigt einen vereinfachten Querschnitt d urch einen vergossenen, Ultraschall-Transd ucer mit erfind ungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und die Öffnung im Montageelement asymmetrisch und verkleinert ist. zeigt einen vereinfachten Querschn itt durch einen Ultraschall-Trans- d ucer mit erfind ungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und die Öffnung im Montageelement asymmetrisch und verkleinert ist und wobei das piezoelektrische Schwingelement verkippt ist. zeigt einen vereinfachten Querschnitt d urch einen vergossenen, Ultraschall-Transd ucer mit erfind ungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und die Öffnung im Montageelement asymmetrisch und verkleinert ist und wobei das piezoelektrische Schwingelement verkippt ist. zeigt ein beispiel haftes Montageelement der Fign . 7, 9, 10, 11 , 12 in der Aufsicht. zeigt ein beispiel haftes Montageelement der Fign . 13, 14, 15, 16 in der Aufsicht. Fig. 18a zeigt ein beispielhaftes Montageelement bei dem nur die Öffnung verkleinert und asymmetrisch ist in der Aufsicht.

Fig. 18b zeigt ein beispielhaftes elliptisches Montageelement mit verkleinerter asymmetrisch platzierter Öffnung und einem Überhang mit einem zweidimensionalen Loch-Gitter (zweidimensionaler Kristall) in der Aufsicht.

Fig. 19 zeigt ein beispielhaftes rundes Montageelement mit einem beidseitig aufliegendem Überhang und zwei beispielhaften Bereichen mit einem beispielhaften zweidimensionalen Lochgitter in der Aufsicht.

Fig. 20 zeigt ein beispielhaftes rundes Montageelement mit einem beidseitig aufliegendem Überhang und vier beispielhaften Öffnungen 20 im Bereich dieses Überhangs in der Aufsicht.

Fig. 21 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Trans- ducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und der Überhang beidseitig auf Kleber aufliegt und wobei sich im Bereich des Überhangs ein Lochgitter befindet.

Fig. 22 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen vergossenen,

Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, wo- bei das Montageelement einseitig übersteht und der Überhang beidseitig auf Kleber aufliegt und wobei sich im Bereich des Überhangs ein Lochgitter befindet.

Fig. 23 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Trans- ducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und der Überhang beidseitig auf Kleber aufliegt und wobei sich im Bereich des Überhangs ein Lochgitter be- findet und unterhalb des Überhangs im Gehäuseboden sich ein Einlegeelement befindet.

Fig . 24 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen vergossenen,

Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und der Überhang beidseitig auf Kleber aufliegt und wobei sich im Bereich des Überhangs ein Lochgitter befindet und unterhalb des Überhangs im Gehäuseboden sich Strukturelemente (hier Sacklöcher) befindet.

Fig . 25 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Ultraschall-Transducer mit erfindungsgemäßem Schwingsystem, wobei das Montageelement einseitig übersteht und der Überhang beidseitig auf Kleber aufliegt und wobei sich im Bereich des Überhangs ein Gitter aus Er- höhungen befindet.

Fig . 26 zeigt eine Erweiterung von Fig . 19 um zwei akustische Stichleitungen SL1 und SL2 zur Erzeugung mindestens zweier weiterer Resonanzfrequenzen .

Die weitere Beschreibung der Erfindung in ihren verschiedenen konkreten Ausprägungen erfolgt nun an Hand der Fign . 5 bis 25. Der beanspruchte Umfang ergibt sich dabei aus den Ansprüchen . Fig . 5 zeigt eine typische Treiberschaltung DRV zur Ansteuerung der ersten Leitung DRVl und der zweiten Leitung DRV2. Die Treiberschaltung DRV wird durch eine Versorgungsspannung VDRV mit elektrischer Energie versorgt, die typischerweise innerhalb des Ansteuerschaltkreises US_ctr aus der externen Versorgung (VSUP_LINE, Fig . 4) erzeugt wird . Ein erster Transistor Tl, der typi- scherweise ein p-Kanal-MOS-Transistor ist, wird mit einem ersten Signal Oi_a angesteuert und zieht die erste Leitung DRVl, die typischerweise mit dem ersten Kontakt 2a des piezoelektrischen Schwingelements 2 verbunden ist, auf ein positives Potenzial, wenn der erste Transistor Tl einschaltet. Ein dritter Transistor T3, der typischerweise ein n- Kanal- MOS-Transistor ist, wird mit einem ersten komplementären Sig nal Oi_b angesteuert und zieht die erste Lei^¬ tung DRV1 , auf ein Massepotenzial, wenn der d ritte Transistor T3 einschaltet. Eine nicht gezeichnete Blockierschaltung verhindert das gleichzeitige Einschal^¬ ten des ersten und d ritten Transistors T1 ,T3. Während des Empfangs sind der erste und d ritte Transistor T1 ,T3 ausgeschaltet.

Ein zweiter Transistor T2, der typischerweise ein p- Kanal- MOS-Transistor ist, wird mit einem zweiten Sig nal <D_2a angesteuert und zieht die zweite Leitung DRV2, die typischerweise mit dem zweiten Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 verbunden ist, auf ein positives Potenzial , wenn der zweite Transistor T2 einschaltet. Ein vierter Transistor T4, der typischerweise ein n- Kanal- MOS-Transistor ist, wird mit einem zweiten komplementären Signal 0_2b angesteuert und zieht die zweite Leitung DRV2, auf ein Massepotenzial, wenn der vierte Transistor T4 einschaltet. Eine nicht gezeichnete Blockierschaltung verhindert das gleichzeitige Einschalten des zweiten und vierten Transistors T2,T3. Während des Empfangs sind der zweite und vierte Transistor T2,T4 ebenfal ls ausgeschaltet. Typischerweise sind das erste und zweite Sig nal zu- einander komplementär, so dass der Pegel der Wechselspannung zwischen der ersten und zweiten Leitung in etwa das Doppelte des Pegels der Versorg ungs^¬ spannung VDRV beträgt.

Während des Empfangs sind al le vier Transistoren T1 ,T2,T3,T4 typischerweise ausgestellt. Die Schaltung DRV hat dann einen hochohmigen Ausgangswiderstand an ihren Ausgängen DRV1 , DRV2.

Um nu n das ESD- Problem zu lösen, sieht die Vorrichtung mit erfind ungsgemäßem Schwingsystem eine elektrische Isolation des piezoelektrischen Schwing- elements 2 gegenüber dem Gehäuse 1 vor. Dies ist in Fig . 6 dargestellt. Eine elektrische Kontaktierung des zweiten Kontakts 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 muss aber weiterhin mög lich sein . Fig . 6 zeigt die ent- sprechende Lösung schematisch . Zu diesem Zweck wird zusätzlich ein Montageelement 6 in den Ultraschallt-Transducer TR eingebracht. Dieses ist vorzugsweise zumindest teilweise elektrisch leitend, sodass das piezoelektrische Schwingelement 2 mit diesem elektrisch leitend mechanisch verbunden wer- den kann. Die elektrische Verbindung findet dabei über den zweiten Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 statt. Die elektrisch leitende mechanische Verbindung zwischen zweitem Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2 und dem Montageelement 6 kann beispielsweise durch elektrisch leitende Klebung und/oder durch Löten und/oder Schweißen herge- stellt werden . Das Montageelement 6 wird mit der zweiten elektrischen Zuleitung 5 elektrisch leitend verbunden, die nun statt des Gehäuses 1 mit der zweiten Leitung DRV2 elektrisch leitend verbunden werden kann .

Das piezoelektrische Schwingelement 2 und das Montageelement 6 werden durch einen elektrisch isolierenden Kleber 3 in dem Gehäuse 1 typischerweise am Gehäuseboden lb befestigt. Dass Gehäuse 1 selbst wird über einen speziellen elektrischen Anschluss 7 des Gehäuses 1 angeschlossen, der mit einer speziellen ESD-Erdung ESD_GND verbunden wird . Bei einem ESD-Ereignis, wird somit die Energie des ESD-Pulses nicht in die Ansteuerschaltung US_ctr, sondern in einen ESD-Masseanschluss ESD-GN D geleitet. In der Praxis wird empfohlen, die Konstruktion mit geeigneten EMV-Simulationswerkzeugen zu entwickeln, da trotz dieser Ableitung kapazitive und induktive Kopplungen immer noch zu Störungen führen können, die aber gegenüber der Situation im Stand der Technik massiv abgeschwächt sind .

Wie bereits oben erwähnt, hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Durchmesser L_G des typischerweise runden Gehäuses 1 ein ganzzahliges Vielfaches (n-faches) der Wellenlänge des Schalls in Luft X_L ist. Hierdurch kommt es zu einer gewissen Richtwirkung des abgestrahlten Schalls des Ultraschall-Trans- ducers TR. Die Schallabstrahlrichtung 11 ist hier mit dem Bezugszeichen 11 angedeutet. In dem Beispiel der Fig . 6 besitzt das Montageelement 6 eine symmetrische Öffnung 9, d ie hier beispielhaft vom elektrisch isol ierenden Kleber 3 gefül lt ist. Es handelt sich bei dem Montageelement 6 also eher um einen Montagering 6. Dessen Außenkannte besitzt in d iesem Beispiel einen Rad ius, der g rößer als der Rad ius der Au ßen kannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 ist. Ebenso ist der Rad ius der Außenkannte des Montageelements g rößer als der Rad ius des Kreises der Klebekante 3c. Das bedeutet, dass der Montagering 6 in d iesem Beispiel ein wenig über das piezoelektrische Schwingelement 2 und d ie Klebekante 3c hinaussteht.

Der Montagering bzw. das Montageelement 6 verändert natürlich d ie Schwingeigenschaften des piezoelektrischen Schwingelements 2. Ein wichtiger beanspruchter Nebeneffekt der erfind ungsgemäßen Konstruktion ist daher, dass d urch geeignete Formgebung des Montageelementes 6 und geeignete Anbrin- g ung des Paktes aus piezoelektrischem Schwingelement 2 und Montageelement 6, also des Schwingsystems, die Schwing ungs- und Abstrahleigenschaf^¬ ten des Ultraschall-Transducers TR gezielt mod ifiziert werden können . Dies ist insbesondere deshal b vorteilhaft, weil nur die Formgebung des Montageele^¬ ments 6 angepasst werden muss, während al le anderen Komponenten des Ultraschall-Transducers TR in ihrer Konstruktion belassen werden können . Wird das Montageelement 6 beispielsweise d urch fotolithog rafisches Ätzen und/oder Laserschneiden hergestellt, so ist es mög lich, auch geringste Stückzahlen speziel ler Ultraschall-Transducer TR kosteng ünstig herzustellen, ohne dass das Gehäuse 1 oder die äußere Kristallform des piezoelektrischen Schwing ungselements 2 verändert werden muss.

Das Gehäuse 1 wird mit den angedeuteten Kerben dann in eine Halteru ng eingeklemmt. Die Halterungen dienen dann typischerweise als Festlager, die einen rotatorischen Freiheitsg rad zulassen d u somit die Torsionsschwing ung des Gehäuses 1 um d iese typischerweise ringförmige Achse zulassen . In vielen Fällen ist es sinnvoll, wenn das Gehäuse 1 mit einer Vergussmasse

12 oder einem anderen geeigneten Stoff gefüllt wird. Diese Vergussmasse 12 ist in Fig. 10 beispielhaft eingezeichnet. Auswahl und Konsistenz dieser Vergussmasse sollten sich an den Anforderungen der jeweiligen Aufgabe orien- tieren. Hierzu sollten FEM -Simulationen des Ultraschall-Transducers in der Konstruktionsphase durchgeführt werden.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen darüber hinaus noch eine Gehäuseachse 13. Statt der Gehäuseachse 13 kann auch eine Flächennormale des Gehäusebodens lb be- züglich der im Folgenden erwähnten Nutzungen dieser Gehäuseachse 13 verwendet werden, wenn dieser eben ist.

Durch Verkippen des Pakets aus dem piezoelektrischen Schwingelements 2 und dem Montageelement 6 gegenüber dem Gehäuseboden lb um einen Ver- kippwinkel ß kann die Schallabstrahlrichtung 11 gegenüber der Gehäuseachse

13 um einen Abstrahlwinkel α gekippt werden. Fig. 11 zeigt diesen Fall . Hierbei bezieht sich in diesem Beispiel der Verkippwinkel ß in einer Ausprägung auf den Winkel zwischen einer Parallelen 16 zur Gehäuseachse 13 und einer Normalen 14 zu einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2. Die erste Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 soll dabei die Oberfläche desselben sein, die den ersten elektrischen Kontakt 2a trägt. Statt der Normalen 14 zu einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 kann auch die Normalen zu einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 verwendet werden. Die zweite Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 soll dabei die Oberfläche desselben sein, die den zweiten elektrischen Kontakt 2b trägt.

Statt der Normalen 14 zu einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 kann auch die Normalen zu einer Oberfläche des Montage- elements 6 genutzt werden. Statt der Parallelen 16 zur Gehäuseachse 13 kann auch eine Parallele 16 zu einer Normalen einer Oberfläche des Gehäusebodens für die Definition des Verkippwinkels ß oder des Abstrahlwinkels α verwendet werden. Fig. 12 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 11 mit einer Füllmasse 12.

Fig. 13 stellt den Ultraschall-Transducer TR aus Fig. 9 mit einem modifizierten Montageelement 6b dar. Dieses verfügt über eine nicht zentrische Öffnung 9b, die hier zudem kleiner als die Öffnung 9 der Fig. 9 ist. Gleichzeitig führt die Form des Montageelements 6b zu einem einseitig aufliegenden Überhang 6g, der über die Klebekannte 3c weiter als im Fall der Fig. 9 hinausragt. Die Asymmetrie der Lage der Öffnung 9b, deren Größe und der einseitig auflie^¬ gende Überhang 6g führen zu einer Veränderung der Schwingungseigenschaften des Ultraschall-Transducers TR und zu einer Verzerrung des Schallfel- des, das von diesem beim Senden erzeugt wird. Insbesondere kommt es zu einer geänderten Wechselwirkung zwischen dem Montageelement 6b, dem Gehäuseboden lb und der Gehäusewand lc im Bereich und Umfeld des einsei^¬ tig aufliegenden Überhangs 6g. Typischerweise wird hierdurch die Richtung und der Betrag der Schallabstrahlrichtung 11 sowie die Form der Schallab- strahlkeule beeinflusst.

Auch ändern sich gegebenenfalls die Resonanzfrequenzen und das Dämpfungsverhalten. All dies wird der Fachmann beim Entwurf typischerweise mit Hilfe einer FEM-Simulation während der Konstruktionsphase optimieren. Fig. 14 zeigt wieder Fig. 13 mit einer geeigneten Füllung 12.

Diese Asymmetrie der Fign. 12 und 13 kann natürlich mit der Verkippung der Fign. 10 und 11 kombiniert werden. Fig. 15 zeigt die Kombination der Verkippung mit der Asymmetrie des Montageelements 6b und Fig. 16 diese mit einer Füllung 12. Die Fign . 17 bis 20 zeigen einige beispielhafte Montageelemente 6,6b,6c,6d,6i,6j in der Aufsicht für ein rotationssymmetrisches piezoelektri^¬ sches Schwingelement 2. Fig . 17a zeigt das Montageelement 6 der Fign . 9, 10, 11 , 12 in der Aufsicht. Die spätere Lage der Klebekannte 3c sowie d ie spätere Lage der Außenkannte des piezoelektrischen Schwingelements sind beispiel haft markiert. Das Montageelement 6 weist die bereits beschriebene Öffn ung 9 auf. Es handelt sich also um einen Montagering .

Fig . 17b zeigt das Montageelement 6b der Fign . 13, 14, 15, 16 in der Aufsicht. Die spätere Lage der Klebekannte 3c sowie d ie spätere Lage der Außenkannte des piezoelektrischen Schwingelements sind beispiel haft markiert. Das Montageelement 6b weist die bereits beschriebene, verkleinerte und asymmetrisch liegende kreisrunde Öffnung 9b auf. Beispielhaft ist auch hier die asymmetrische Montage des piezoelektrischen Schwingelements 2 vorgesehen, dessen Lage hier d urch seine Außenkannte 2c angedeutet ist. Auch d ie Klebekannte 3c sol l asymmetrisch liegen . In d iesem Beispiel ist die Klebekannte 3c symmetrisch zur Au ßen kannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 angeord- net. Dies ist zwar vorteil haft, aber nicht zwingend erforderlich . Es mag Anwend ungen geben, in den auch hier eine weitere Asymmetrie sinnvol l ist. Es handelt sich also um einen asymmetrischen Montagering .

Fig . 17a zeigt einen beispiel haften Montagering 6c, der ohne Ü berhang 6g montiert werden soll , bzw. dessen Ü berhang nur sehr klein ist. Die Klebekannte 3c und die Au ßen kannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 sol len in d iesem Beispiel symmetrisch zur Au ßen kannte des Montageelements 6c angeord net werden . Ledigl ich die Öffnung 9c ist asymmetrisch angeordnet. Fig . 17b zeigt ein weiteres beispiel haftes Montageelement 6d mit einer ell iptischen Außenkannte. Die Öffnu ng 9d ist verkleinert und azentrisch angeordnet. Die vorgesehenen Lagen der Klebekannte 3c und der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 sind ebenfal ls azentrisch und asymmetrisch zur Öffnung 9d angeord net. Der Bereich des einseitig aufl iegenden Ü berhangs 6g ist zusätzlich mit einem Gitter aus Öffnungen 10 versehen . Diese bilden in d iesem Beispiel ein zweidimensionales Gitter (einen zweidimensiona- len Kristal l), der die mittleren mechanischen Eigenschaften des Montageelements 6d, wie beispielsweise das mittlere E- Mod ul in d iesem Bereich ändert. H ierd urch kann die die Schall- und/oder Schwing ungsausbreitung bestimmende flächige Eigenschaftsverteil ung des Montageelements 6d d urch einfa^¬ che mechanische Strukturierung lokal mod ifiziert werden . In dem Beispiel weist das zweidimensionale Gitter eine erste Gitterkonstante ai und eine zweite Gitterkonstante a₂ auf. Natürlich ist es denkbar, andere Elementarzel len für das zwei- oder eindimensionale Gitter bestehend aus mehr als nur einer Öffnung 10 zu verwenden . Auch ist es denkbar, verschiedene Bereiche der Oberflächen der Montageelemente 6d mit unterschiedl ichen zweid imensionalen Gittern zu belegen, die sich d urch Ausrichtung der Gitter, Gitterkonstanten, Elementarzel len und Elementen (Öffnungen, Erhöhungen, Vertiefungen) der Elementarzel len unterschieden . In dem Beispiel der Fig . 18b ist d ie Elementarzelle zur Vereinfachten Darstell ung eine einzelne Öffnung 10. Die Öffnungen 10 können beispielsweise zylinderförmige Durchbrüche oder Schlitze oder Öff- nungen anderer Form in dem jeweil igen Montageelement 6d sein . Es kan n sich aber auch nur um Sacklöcher, Kerben oder andere Vertiefungen von der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j her handel n . Statt solcher Ausbuchtungen ist aber auch der umgekehrte Fal l denkbar. Es kann sich statt der Öffnungen 10 somit auch um Erhöhungen eines ein- oder zweidimensionalen Gitters handel n . Die Erhöhungen des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j können beispielsweise abstehende Zyl inder oder Nuten oder Ausstül pungen anderer Form an dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j an der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Mont^¬ ageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j sein .

In dem Beispiel der Fig . 18b sind die Gitterlinien gerade. Stattdessen ist es aber auch denkbar, dass d ie Gitterlinien auf gekrümmten Lin ien l iegen . In die- sem Fal l ist aber zumindest eine Gitterkonstante typischerweise n icht kon^¬ stant, was d ie Berechnung der mechanischen Eigenschaften erschwert.

Fig . 19 zeigt ein Beispiel für ein Montageelement 6i, das nach der Montage in das Gehäuse 1 einen beidseitig aufl iegenden Ü berhang L aufweisen soll . Zur Vereinfachung entspricht die Öffnung der Öffnung 9 der Fign . 9, 10, 11 und 12. Die Au ßen kannte des Montageelements 6i ist kreisförmig . Die beabsich^¬ tigte Platzierung der Klebekannte 3c, der Au ßen kannte 2c des piezoelektri^¬ schen Schwingelements 2 und der Öffnung 9 sind symmetrisch und zentrisch bezügl ich der Außen kannte des Montageelements 6i . Im Gegensatz zu den zu^¬ vor besprochenen Montageelementen ist es hier vorgesehen, das Montageelement 6i bei seiner Montage im Gehäuse 1 an der Au ßen kannte ebenfal ls zu verkleben . H ierbei entsteht eine zweite Klebekannte 3d , d ie ebenfalls hinsicht^¬ lich ihrer geplanten Lage gestrichelt eingezeich net ist. Im Bereich des beidsei- tig eingespan nten Ü berhangs L befinden sich zwei zweid imensionale Gitter, die hier d urch Öffnungen 10 erzeugt werden . Das Montageelement 6i weist eine erste Symmetrieachse Symi auf und eine zweite Symmetrieachse Sym₂) d ie in d iesem Beispiel senkrecht zur ersten Symmetrieachse Symi ist. Durch d iese Struktu rierung strahlt der Ultraschall-Transducer zumindest teilweise ein Mu lti- polschallfeld aus.

Fig . 20 zeigt ein weiteres Beispiel eines denkbaren Montageelements 6jmit vier weiteren Öffnungen 20. Auch solche Öffnungen 20 können eine lokale Modifikation der mechanischen und akustischen Eigenschaften eines Montageele- mentes 6j herbeifüh ren . Eine Symmetrie ist oft sinnvoll , aber n icht zwingend erforderlich . Auch muss die Form und Größe der Öffnungen 20 nicht übereinstimmen .

Die Öffnungen 20 können beispielsweise Durchbrüche oder Schlitze oder Öff- nungen anderer Form in dem jeweiligen Montageelement sein . Es kann sich aber auch nur um Sacklöcher, Kerben oder andere Vertiefungen von der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Montageelementes 6j her handel n . Statt solcher Ausbuchtungen ist aber hier der umgekehrte Fal l denkbar. Es kann sich statt der Öffnungen 20 somit auch um Erhöhungen eines ein- oder zweidimensionalen Gitters handel n . Die Erhöhungen des Montageelements 6j können beispielsweise abstehende Zyl inder oder Nuten oder Ausstül pungen anderer Form an dem Montageelement 6j an der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Montageelementes 6j sein . Al le Formen können auf einem Montageelement 6j gemischt werden . Dies erhöht al lerd ings die Kosten der Herstell ung, weshalb d ies nur in besonderen Fällen zum Tragen kommen wird . Fig . 21 zeigt einen Ultraschall-Transducer mit einem Montageelement 6e im Querschnitt, der einen beidseitig aufl iegenden Ü berhang L aufweist. Das Montageelement 6e ist mit einem ersten elektrisch isolierenden Kleber 3 an dem Gehäuse 1 befestigt. Eine zweite Menge elektrisch isolierenden Klebers 3b be^¬ festigt das Montageelement 6e auf der anderen Seite des beidseitig aufl iegen- den Ü berhangs L. Hierdu rch ergibt sich eine weitere Klebekante 3d . In dem Beispiel besitzt das Montageelement eine erste Dicke d l . Der Zwischenraum, der sich zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b bildet, habe eine zweite Dicke d2. Das Montageelement sei in d iesem Bereich mit einem zweidimensionalen Gitter von Bohrungen (Öffnungen 10) versehen . Ist das Ge- häuse 1 mit Luft gefüllt, so interagiert das Luftvolumen zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b mit der Luft. Durch geeignete Auswahl der Maße der Gitterabstände ai,a₂,a und/oder der Größe der Öffnungen 10 und/oder des zweiten Abstands d 2 und oder der Dicke d l des Montageele^¬ ments 6e etc. kann die Interaktion eingestel lt werden .

Insbesondere kann eine zeitl iche Phasenverschiebung zwischen einer Auslenkung des Gehäusebodens l b im Bereich des piezoelektrischen Schwingele^¬ ments 2 und einer Auslenkung im Bereich der zweiten Klebestelle 3b erzielt werden . Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zusätzl iche Klebestelle 3b n icht, wie in Fig . 19 gezeichnet, das gesamte Montageelement 6e umfasst, sondern beispielsweise auf den Bereich der zweiten Symmetrieachse Sym2 beschränkt bleibt. Es sollte an d ieser Stel le u nbed ingt erwähnt werden, dass es denkbar ist, dass die Öffnungen 9,20 sich sowohl vollständig unter dem piezoelektrischen Schwingelement 2, als auch vollständig im Bereich eines Ü berhangs 6g , L als auch teilweise unter dem piezoelektrischen Schwingelement 2 und/oder als auch teilweise und insbesondere gleichzeitig teilweise im Bereich eines Über^¬ hangs 6g , L befinden können . Auch ist es nicht zwingend notwend ig , dass die Außenform des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e stets rund oder ell iptisch ist. Im Prinzip sind beliebige Formen denkbar, wobei die Au ßen kannte auch unter dem piezoelektrischen Schwingelement und innerhal b der Klebekan nte 3c ver- laufen kann .

Fig . 22 zeigt wieder Fig . 21 mit einer Vergussmasse 12. Dabei kann der Zwischenraum zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b mit der Verg ussmasse 12, einer anderen Masse oder mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllt sein .

Fig . 23 zeigt d ie Fig . 21 , wobei unter dem Ü berhang L ein strukturiertes Formelement 6f eingelegt und befestigt ist, das die Eigenschaften des Zwischenraumes zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b mod ifiziert und die mechanischen Eigenschaften des Gehäusebodens l b verändert. Das Formelement 6f kann beispielsweise in den Gehäuseboden l b eingeklebt sein . In dem Beispiel weist das Formelement 6f Vertiefungen 17 auf, d ie seine mechanischen und akustischen Eigenschaften verändern . Bei diesen Vertiefungen 17 und/oder Erhöhungen des Gehäusebodens l b oder dieses sich im Gehäusebo- den l b befindenden Einlegeelements 6f, die insbesondere ein ein- oder zwei^¬ dimensionales Gitter bilden können handelt es sich um Mod ifikationen der mechanischen Eigenschaften des Gehäusebodens l b. Als Vertiefu ngen können diese beispielsweise zylinderförmige Sacklöcher oder Schlitze oder Vertiefun^¬ gen anderer Form in dem Formelement 6f oder in dem Gehäuseboden l b von der Ober - oder U nterseite des Gehäusebodens l b her sein . Als Erhöhungen können diese beispielsweise abstehende Zylinder oder Nuten oder Ausstül pun- gen anderer Form in dem Formelement 6f oder in dem Gehäuseboden l b von der Ober - oder U nterseite des Gehäusebodens her sein .

Fig . 24 zeigt den Ultraschall-Transducer TR der Fig . 23 mit dem U nterschied, dass d ieser mit einer Verg ussmasse 12 gefül lt ist. Zwischen dem beidseitig aufl iegenden Ü berhang L des Montageelements 6e und dem Gehäuseboden l b befindet sich eine Masse oder eine Medium 18 zur Mod ifikation der mechanischen und/oder akustischen Eigenschaften . Die Öffnungen 10 im Montageelement 6e sind in d iesem Beispiel mit der Masse 18 gefüllt. Öffnungen 17 im Ge- häuseboden l b von dessen U nter- und Oberseite mod ifizieren lokal die mechanischen und/oder akustischen Eigenschaften . Auch d iese sind mit der Masse 18 beispielhaft gefül lt.

Fig . 25 zeigt einen Ultraschall-Transducer TR aus Fig . 21 wieder mit einem Montageelement 6e im Querschnitt, der einen beidseitig aufl iegenden Ü berhang L aufweist. Das Montageelement 6e ist wieder mit einem ersten elektrisch isolierenden Kleber 3 an dem Gehäuse 1 befestigt. Eine zweite Menge elektrisch isol ierenden Klebers 3b befestigt das Montageelement 6e auf der anderen Seite des beidseitig aufl iegenden Ü berhangs L. Hierdu rch ergibt sich eine weitere Klebekante 3d . In dem Beispiel besitzt das Montageelement eine erste Dicke d l . Der Zwischenraum, der sich zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b bildet, habe eine zweite Dicke d 2. Das Montageelement sei in d iesem Bereich mit einem zweidimensionalen Gitter von Ausbuchtungen ( Erhöhungen 10b) versehen . Ist das Gehäuse 1 mit Luft gefüllt, so interagiert das Luftvolumen zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden l b mit der Luft. Durch geeignete Auswahl der Maße der Gitterabstände ai,a₂,a und/oder der Größe der Erhöhungen 10b und/oder des zweiten Abstands d 2 und oder der Dicke d l des Montageelements 6e etc. kann die Interaktion und die mechanischen Eigenschaften des Überhangs L eingestel lt werden .

Insbesondere kann wieder eine zeitliche Phasenverschiebung zwischen einer Auslenkung des Gehäusebodens l b im Bereich des piezoelektrischen Schwing- elements 2 und einer Auslenku ng im Bereich der zweiten Klebestel le 3b erzielt werden . Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zusätzl iche Klebestelle 3b nicht, wie in Fig . 19 gezeichnet, das gesamte Montageelement 6e umfasst, sondern beispielsweise auf den Bereich der zweiten Symmetrieachse Sym2 beschränkt bleibt.

Es sollte an d ieser Stel le u nbed ingt erwähnt werden, dass es denkbar ist, dass die Erhebungen 10b sich sowohl vollständig unter dem piezoelektrischen Schwingelement 2, als auch vollständig im Bereich eines Ü berhangs 6g , L als auch teilweise unter dem piezoelektrischen Schwingelement 2 und/oder als auch teilweise und insbesondere gleichzeitig teilweise im Bereich eines Über^¬ hangs 6g , L befinden können . Auch ist es nicht zwingend notwend ig, dass die Außenform des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e stets rund oder ell iptisch ist. Im Prinzip sind bel iebige Formen denkbar, wobei d ie Au ßen kannte wieder auch unter dem piezoelektrischen Schwingelement und innerhal b der Klebekannte 3c verlaufen kann .

M it solchen Gitterstrukturen aus Öffnungen 10 und/oder Vertiefungen allgemein oder Erhöhungen 10b, wie sie in d ieser Offenbarung beschrieben sind, kann insbesondere i . eine Änderung der Güte und/oder Bandbreite

ii . eine Änderung der Richtcharakteristik (akustisches Abstrahlverhalten) iii . eine Änderung des Freq uenzverhaltens ( weitere Resonanzen auf unter- schied lichen Freq uenzen) erreicht werden . Weitere Mittel zum modifizieren d ieser d rei Punkte i bis iii sind die Anzahl, Größe, Form und Positionierung von weiteren Öffnungen 9,9b,9c,9d in dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j , die Anzahl, Größe, Form und Positionierung des Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j und/oder weiterer Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, insbesondere die Form der Außenkannte der Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j in der Aufsicht, und deren jeweilige Dicke d l des jeweiligen Montageelements 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j, der Abstand d2 zwischen den jeweiligen Montageelementen 6e und der jeweiligen Innenseite des Gehäusebodens lb im Bereich eines einseitig aufliegenden Überhangs 6g des jeweiligen Montageelements 6e oder im Bereich eines beid- seitig aufliegender Überhangs L des jeweiligen Montageelements 6e, sowie die Anordnung der Montageelemente 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j zueinander, sowie die Anzahl, Größe, Position und mechanischen und akustischen Eigenschaften der jeweiligen Kleber Stützpunkte 3,3b, die Form der jeweiligen Klebekannte 3c,3d sowie die Anordnung dieser zueinander und die geometrischen, mechanischen und akustischen Eigenschaften von Füllmaterialien 12, 18 und Massen oder Medien zwischen dem jeweiligen Montageelement 6e und dem Gehäuseboden lb.

Fig . 26 zeigt ein Beispiel basierend auf dem Beispiel der Fig . 19 für ein Monta- geelement 6k, das nach der Montage in das Gehäuse 1 einen nun jedoch einseitig aufliegenden Überhang L aufweisen soll . Zur Vereinfachung entspricht die Öffnung der Öffnung 9 der Fign . 9, 10, 11 und 12. Die Außenkannte des Montageelements 6k ist nur noch weitestgehend kreisförmig . Die beabsichtigte Platzierung der Klebekannte 3c, der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 und der Öffnung 9 sind symmetrisch und zentrisch bezüglich der Außenkannte des Montageelements 6k. Im Gegensatz zu den zuvor besprochenen Montageelementen ist es hier vorgesehen, das Montageelement 6k bei seiner Montage im Gehäuse 1 an der Außenkannte an der linken Seite ebenfalls zu verkleben. Hierbei entsteht eine zweite Klebekannte 3d, die ebenfalls hinsichtlich ihrer geplanten Lage gestrichelt eingezeichnet ist. Die zweite Klebekannte 3d umfasst aber nun nur noch einen Teil des Montageelementes 6k Im Bereich des einseitig eingespannten Überhangs L befinden sich zwei zweidimensionale Gitter, die hier durch Öffnungen 10 erzeugt werden . Das Montageelement 6k weist bezüglich des Hauptkörpers eine erste Sym- metrieachse Syrrii auf und eine zweite Symmetrieachse Sym₂, die in diesem

Beispiel senkrecht zur ersten Symmetrieachse Syrru ist. Durch diese Strukturierung strahlt der Ultraschall-Transducer zumindest teilweise ein Multipol- schallfeld aus. Darüber hinaus ist das beispielhafte Montageelement 6k mit zwei akustischen Stichleitungen SLl und SL2 versehen, die an deren Ende eine dritte Klebung 3e aufweisen. Diese dritte Klebung führt zu einem Schallknoten in diesem Bereich und zur Schallreflektion zum Hauptkörper des Montageele- mentes zurück. Zusammen mit diesem ergeben sich dann unterschiedliche Resonanzfrequenzen. Dabei ist die Anbindung der ersten akustischen Stichleitung SLl durch die Perforation des Montageelementes im Bereiche der Anbindung anders als für die zweite akustische Stichleitung. Dies führt zu einer Modifikation von Resonanzfrequenz und Resonanzgüte.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 elektrisch leitendes becherförmiges Gehäuse;

la Boden des Gehäuses 1. Der Boden la des Gehäuses stellt typischerweise die Schallmembrane dar und strahlt nach unten hin den Ultraschall ab;

lc Gehäusewand;

2 piezoelektrisches Schwingelement;

2a erster elektrischer Kontakt des piezoelektrischen Schwingelements 2;

2b zweiter elektrischer Kontakt des piezoelektrischen Schwingelements 2;

2c Außenkannte des piezoelektrischen Schwingelements 2;

3 elektrisch isolierender Kleber oder erster Stützpunkt eines elektrisch isolierenden Klebers, der zur Übertragung der Schwingungen des piezoelektrisches Schwingelements 2 in der Lage ist und gegebenenfalls genügend Elastizität aufweist, um die Schwingungen des piezoelektrisches Schwingelements 2 zuzulassen und gleichzeitig eine zuverlässige mechanische Verbindung mit dem Gehäuseboden la und eine ausreichende elektrische Isolation über die Lebensdauer des Ultraschall-Transducers TR sicherzustellen.

zweiter Stützpunkt des elektrisch isolierenden Klebers 3. Dieser bildet das Widerlager oder einen Stützpunkt für den beidseitig aufliegenden Überhangs L des Montageelements 6e zwischen den Klebekanten 3c,3d des elektrisch isolierenden Klebers 3,3b.

Klebekante des elektrisch isolierenden Klebers 3 bzw. des ersten Stützpunkts des elektrisch isolierenden Klebers 3;

Klebekante des zweiten Stützpunkts des elektrisch isolierenden Klebers 3b;

dritter Stützpunkt für die Abstützung der akustischen Stichleitungen durch einen Kleber, der vorzugsweise ebenfalls elektrisch iso- lierend ist. Die Position, Größe, Dicke und die Art des Klebers beeinflussen die Resonanzfrequenz und die Resonanzgüte der jeweiligen akustischen Stichleitung SL1,SL2;

erste elektrische Zuleitung , elektrischer Anschluss des ersten Kontakts 2a;

zweite elektrische Zuleitung, elektrischer Anschluss des piezoelektrischen Schwingelements 2 über den zweiten elektrischen Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2;

elektrisch leitender, beispielhaft kreisförmiger Montagering mit einer symmetrisch angeordneten Öffnung 9 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2;

elektrisch leitender, beispielhaft kreisförmiger Montagering, der gegenüber der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 versetzt und der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage der Überhang 6g ergibt. Er weist eine beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung 9b unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf.

elektrisch leitender, beispielhaft kreisförmiger Montagering, der gegenüber der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 symmetrisch angeordnet ist. Er weist eine beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung 9c unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 6 auf.

elektrisch leitender, beispielhaft kreisförmiger Montagering, der gegenüber der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 versetzt und der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage ein Überhang 6g ergibt. Er weist eine beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung 9d unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf. Außerdem weist er ein zweidimensionales Gitter von Öffnungen 10 mit einem ersten Gitterabstand ai in einer ersten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelementes und einem zweiten Gitterabstand a₂ in einer zweiten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelementes auf, wobei die erste und zweite Richtung nicht parallel sind.

e elektrisch leitender, beispielhafter Montagering, der gegenüber der Außenkannte 2c des piezoelektrischen Schwingelements 2 versetzt und der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage ein beidseitig aufliegender Überhang L ergibt. Er weist eine beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung 9b unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf. Außerdem weist er ein ein- oder zweidimensionales Gitter von Öffnungen 10 mit einem Gitterabstand a in einer ersten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelementes auf.

f Einlegeelement im Gehäuseboden lb mit Vertiefungen 17 oder entsprechenden Erhöhungen, die insbesondere auch ein ein- oder zweidimensionales Gitter bilden können;

g Bereich des einseitig aufliegenden Überhangs (6g) des Montageelements (6b) über die Oberkante (3c) des elektrisch isolierenden Klebers (3);

i elektrisch leitender, beispielhafter symmetrischer Montagering, der hinsichtlich seines Radius gegenüber dem Montagering 6 (Fig. 17a) der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage ein ringsum gleich breiter, beidseitig aufliegender Überhang L ergibt. Er weist eine beispielhafte, zentrische Öffnung 9 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf. Außerdem weist er zwei Bereiche mit je einem beispielhaften zweidimensionalen Gitter von Öffnungen 10 mit einem Gitterabstand a in einer ersten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelementes auf. Der Montagering besitzt eine erste Symmetrieachse Syrrii und eine zweite Symmetrieachse Sym₂.

j elektrisch leitender, beispielhafter symmetrischer Montagering, der hinsichtlich seines Radius gegenüber dem Montagering 6 (Fig. 17a) der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage ein ringsum gleich breiter, beidseitig aufliegender Überhang L ergibt. Er weist eine beispielhafte, zentrische Öffnung 9 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf. Außerdem weist er beispielhaft vier Öffnungen 20 im Bereich des Überhangs L auf. Der Montagering besitzt eine erste Symmetrieachse Syrrii und eine zweite Symmetrieachse Sym₂.

elektrisch leitender, beispielhafter symmetrischer Montagering mit zwei akustischen Stichleitungen SL1 und SL2, der hinsichtlich seines Radius gegenüber dem Montagering 6 (Fig. 17a) der Art vergrößert ist, dass sich nach der Montage ein ringsum gleich breiter, beidseitig aufliegender Überhang L ergibt. Er weist eine beispielhafte, zentrische Öffnung 9 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf. Außerdem weist er zwei Bereiche mit je einem beispielhaften zweidimensionalen Gitter von Öffnungen 10 mit einem Gitterabstand a in einer ersten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelementes auf. Der Montagering besitzt ohne die akustischen Stichleitungen SL1 und SL2 eine erste Symmetrieachse Syrrii und eine zweite Symmetrieachse Sym₂. elektrischer Anschluss des Gehäuses 1, der isoliert vom piezoelektrischen Schwingelement 2 ist;

elektrisch leitfähiger Kleber, der zur Übertragung der Schwingungen des piezoelektrisches Schwingelements 2 in der Lage ist und gegebenenfalls, genügend Elastizität aufweist, um die Schwingungen des piezoelektrischen Schwingelements 2 zuzulassen und gleichzeitig eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung mit dem Gehäuseboden la über die Lebensdauer des Ultraschall-Transducers TR sicherzustellen.

Öffnung im elektrisch leitenden Montagering 6 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 6. Typischerweise ist die Öffnung nach der Montage mit dem elektrisch isolierenden Kleber 3 gefüllt.

beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung im elektrisch leitenden Montagering 6 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 6. Typischerweise ist die Öffnung nach der Montage mit dem elektrisch isolierenden Kleber 3 gefüllt.

c beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung im elektrisch leitenden Montagering 6 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 6. Typischerweise ist die Öffnung nach der Montage mit dem elektrisch isolierenden Kleber 3 gefüllt.

d beispielhafte, nicht zentrische und verkleinerte Öffnung im elektrisch leitenden Montagering 6 unterhalb des piezoelektrischen Schwingelements 6. Typischerweise ist die Öffnung nach der Montage mit dem elektrisch isolierenden Kleber 3 gefüllt.

0 Öffnung eines ein- oder zweidimensionalen Gitters. Die Öffnungen können beispielsweise zylinderförmige Durchbrüche oder Schlitze oder Öffnungen anderer Form in dem Montageelement sein. Es kann sich aber auch nur um Sacklöcher, Kerben oder andere Vertiefungen von der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Montageelementes her handeln.

0b Erhöhungen eines ein- oder zweidimensionalen Gitters. Die Erhöhungen können beispielsweise abstehende Zylinder oder Nuten oder Ausstülpungen anderer Form in dem Montageelement von der oberen oder unteren Oberfläche (Seite) des Montageelementes her handeln.

1 Schallabstrahlrichtung

2 Vergussmasse oder Füllmasse

3 Gehäuseachse (Symmetrieachse) des Gehäuses/der Gehäusewände lc oder Flächennormale des Gehäusebodens lb4 Flächennormale der ersten Oberfläche des piezoelektrischen

Schwingelements 2 (trägt den ersten elektrischer Kontakt 2a des piezoelektrischen Schwingelements 2)

5 Flächennormale der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen

Schwingelements 2 (trägt den zweiten elektrischen Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2) 16 parallelverschobene Gehäuseachse 13 (Symmetrieachse) des Gehäuses/ der Gehäusewände lc oder parallelverschobene Flächennormale des Gehäusebodens lb

17 Vertiefungen und/oder Erhöhungen des Gehäusebodens lb oder eines sich im Gehäuseboden befindenden Einlegeelements 6f, die insbesondere ein ein- oder zweidimensionales Gitter bilden können . Als Vertiefungen können diese beispielsweise zylinderförmige Sacklöcher oder Schlitze oder Vertiefungen anderer Form in dem Gehäuseboden lb von der Ober - oder Unterseite des Gehäusebodens her sein. Als Erhöhungen können diese beispielsweise abstehende Zylinder oder Nuten oder Ausstülpungen anderer Form in dem Gehäuseboden lb von der Ober - oder Unterseite des Gehäusebodens her sein. Es kann sich auch um solche Strukturen in oder an einem Einlegeelement 6f im Gehäuseboden lb handeln.

18 Masse oder Medium zwischen Montageelement 6e und Gehäuseboden lb.

19 dritte elektrische Zuleitung, elektrischer Anschluss des Gehäuses

1 und des piezoelektrischen Schwingelements 2 über den elektrisch leitenden Kleber 3 und den zweiter elektrischer Kontakt 2b des piezoelektrischen Schwingelements 2

20 Öffnung im Bereich des Überhangs L im runden Montagering 6j α Abstrahlwinkel der Schallwellen gegenüber der Flächennormalen des Gehäusebodens la bzw. gegenüber der Gehäuseachse 13 ß Verkippwinkel der Flächennormalen 14,15 einer ersten oder zweiten Oberfläche oder einer Querschnittsfläche des piezoelektrischen Schwingelements 2 oder Verkippwinkel einer Symmetrieachse des piezoelektrischen Schwingelements 2 auf der einen Seite gegenüber der Flächennormalen 13 des Gehäusebodens la bzw. gegenüber der Gehäuseachse 13 auf der anderen Seite λι_ Wellenlänge der abgestrahlten Schallwellen in Luft

a beispielhafter Gitterabstand für die Wiederholung der Anordnung von Öffnungen 10 in einer beispielhaften Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6f zur Bildung des Musters eines ein- oder zweidimensionalen Gitters in dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6f). Beispielsweise können der erste und die zweite Gitterabstand ai, a₂ gleich der Wurzel von a sein und die erste und zweite Richtung senkrecht aufeinander stehen . Dies ist in Fig. 18 dargestellt.

ai erster Gitterabstand für die Wiederholung der Anordnung von Öffnungen 10 und/ oder Vertiefungen 10 und/oder Erhöhungen 10b in einer ersten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6f zur Bildung des Musters eines zweidimensionalen Gitters in dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6f. Die erste und die zweite Richtung sind dabei nicht parallelzueinander. a₂ zweiter Gitterabstand für die Wiederholung der Anordnung von

Öffnungen 10 und/ oder Vertiefungen 10 und/oder Erhöhungen 10b in einer zweiten Richtung parallel zur Oberfläche des Montageelements 6,6b,6c,6d,6f zur Bildung des Musters eines zweidimensionalen Gitters in dem Montageelement 6,6b,6c,6d,6f. Die erste und die zweite Richtung sind dabei nicht parallelzueinander. a₃ dritter Gitterabstand für die Wiederholung der Anordnung von

Vertiefungen 17 und/oder Erhöhungen 17 und/oder Öffnungen in einer ersten Richtung parallel zu einer Oberfläche des Gehäusebodens lb zur Bildung des Musters eines zweidimensionalen Gitters in der Oberfläche des Gehäusebodens lb. Die dritte und die vierte Richtung sind dabei nicht parallelzueinander.

a₄ vierter Gitterabstand für die Wiederholung der für die Wiederholung der Anordnung von Vertiefungen 17 und/oder Erhöhungen 17 und/oder Öffnungen in einer vierten Richtung parallel zu einer Oberfläche des Gehäusebodens lb zur Bildung des Musters eines zweidimensionalen Gitters in der Oberfläche des Gehäusebodens lb. Die dritte und die vierte Richtung sind dabei nicht parallel zueinander. AING erstes Eingangssignal für die Einkopplung des Empfangssignals des Transducers TR in den Ansteuerschaltkreis US_ctr- (Signal^¬ masse)

AINS zweites Eingangssignal für die Einkopplung des Empfangssignals des Transducers TR in den Ansteuerschaltkreis US_ctr- (Signal) BUS_M Anschluss der Bus-Masse LIN_M an den Ansteuerschaltkreis US_ctr BUS_S Anschluss des Bus-Signals LIN_S an den Ansteuerschaltkreis US_ctr C_AINI erster Auskoppelkondensator für den Transducer entsprechend dem Stand der Technik

C_AIN2 zweiter Auskoppelkondensator für den Transducer entsprechend dem Stand der Technik

C_Bus Siebkondensator für die Masse des Datenbusses LIN_M,LIN_S

C_VDDA Siebkondensator der internen analogen Versorgungsspannung

VDDA des Ansteuerschaltkreises US_ctr- C_VDDD Siebkondensator der internen digitalen Versorgungsspannung

VDDD des Ansteuerschaltkreises US_ctr- C_SUPI erster Siebkondensator in der Versorgung

C_Sup2 zweiter Siebkondensator in der Versorgung

C_SUP__TD Kapazität in der Siebung des Bezugsknotens des Übertragers UE C_TDI Koppelkondensator und Anpassung für den Transducer entsprechend dem Stand der Technik

d Abstand zwischen der Oberfläche des Schwingelements 2 und der

Oberkannte des becherförmigen Gehäuses 1

dl Dicke des Montageelementes 6,6b,6c,6d,6e,6i,6j

d2 Abstand zwischen Montageelement 6e und der Innenseite des Gehäusebodens lb im Bereich des einseitig aufliegenden Überhangs 6g des Montageelements 6e oder im Bereich des beidseitig aufliegender Überhangs L des Montageelements 6e

DATA Daten-Pin am Stecker Con des Ultraschallmoduls SM

DRV Treiberschaltung zur direkten Ansteuerung des Transducers TR

DRV1 erste Leitung zur differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2 DRV2 zweite Leitung zur differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements 2

D_SUp Diode als Verpolungsschutz

ESD beispielhafter Angriffspunkt eines ESD-Ereignisses an dem Ultraschallmodul SM

ESD_GND ESD-Masseanschluss des Gehäuses 1

GND Masse-Pin am Stecker Con

GNDA interne analoge Versorgungsmasse des Ansteuerschaltkreises

US_ctr.

GNDB Anschluss der Systemmasse an den Ansteuerschaltkreis US_ctr GNDD interne digitale Versorgungsmasse des Ansteuerschaltkreises

US_ctr.

GNDP Versorgungsmasse der Ansteuerschaltung US_ctr nach Siebung und

Verpolungsschutz

h Aufbauhöhe aus Kleber 3, 3b, 8 und Montageelement oder Montagering 6 und Schwingelement 2

h_G Höhe des Gehäuses

L Bereich des beidseitig aufliegender Überhangs des Montageelements 6e über die Oberkante 3c des elektrisch isolierenden Klebers 3,3b.

L_G Durchmesser des typischerweise runden Gehäuses (Andere

Gehäuseformen sind natürlich möglich.)

LIN_M Masseleitung des Datenbusses

LIN_S Signalleitung des Datenbusses

n vorzugsweise ganzzahliger, positiver Faktor zwischen der Wellenlänge λι_ der abgestrahlten Schallwellen in Luft und dem Durchmesser L_G des typischerweise runden Gehäuses 1 bzw. Gehäusebodens la.

PCB Platine innerhalb des Ultraschallmoduls SM . Diese trägt typischerweise die Auswerteschaltung US_ctr und ihre externen Komponenten (siehe Fig. 1). Sie ist in dem Gehäuse des Ultraschallmoduls mit dem Transducer TR und dem Stecker Con elektrisch und mechanisch verbunden.

Auskoppelwiderstand für den Ultraschall-Transducer TR entsprechend dem Stand der Technik

Vorwiderstand in der Versorgungsleitung, der der Tiefpassfilterung der Versorgung dient

Vorwiderstand in der Siebung des Bezugsknotens des Übertragers UE

Dämpfungswiderstand und Anpassung für den Ultraschall-Transducer TR entsprechend dem Stand der Technik

erste akustische Stichleitung oder Abzweigleitung

zweite akustische Stichleitung oder Abzweigleitung

Ultraschallmodul . Das Ultraschallmodul beinhaltet typischerweise das PCB mit dem Auswerteschaltkreis US_ctr und dessen Peripherie, den Stecker Con zum Anschluss des Ultraschallmoduls, und den Ultraschall-Transducer TR. Der Gehäuseboden la, des Gehäuses 1 zeigt in Fig. 3 nach links. Diese Schallabstrahlung erfolgt daher in dem Beispiel nach links.

erste Symmetrieachse des beispielhaften runden Montagerings 6i,6j. Eine Spiegelung an dieser Symmetrieachse bildet den linken Teil der Geometrie des Montagerings 6i auf den rechten Teil ab. zweite Symmetrieachse des beispielhaften, runden Montagerings 6i,6j. Eine Spiegelung an dieser Symmetrieachse bildet den oberen Teil der Geometrie des Montagerings 6i auf den unteren Teil ab.

erster Transistor der Treiberschaltung DRV zur direkten Ansteue- rung des Ultraschall-Transducers TR

zweiter Transistor der Treiberschaltung DRV zur direkten Ansteue- rung des Ultraschall-Transducers TR

dritter Transistor der Treiberschaltung DRV zur direkten Ansteue- rung des Ultraschall-Transducers TR T4 vierter Transistor der Treiberschaltung DRV zur direkten Ansteue- rung des Ultraschall-Transducers TR

TR Transducer

UE Übertrager entsprechend dem Stand der Technik

US_ctr Ansteuerschaltkreis des Ultraschall-Transducers TR

VBAT ungefilterte Versorgungsspannung, vorzugsweise die DC-Versor- gungsspannung eines Kfz. Diese ist typischerweise mit Störsignalen belastet.

VDDA interne analoge Versorgungsspannung des Ansteuerschaltkreises

US_ctr.

VDDD interne digitale Versorgungsspannung des Ansteuerschaltkreises

US_ctr.

VDRV Betriebsspannung der Treiberschaltung DRV bzw. Anschluss für einen Siebkondensator zur Stabilisierung der Betriebsspannung der Treiberschaltung DRV.

V S. UP Versorgungsspannung der Ansteuerschaltung US_ctr nach Siebung und Verpolungsschutz

VSUP Versorgungsspannung der Ansteuerschaltung US_ctr nach Siebung und Verpolungsschutz

VSUP E Versorgungsspannungs-Pin am Stecker Con des Ultraschallmoduls

SM

Claims

ANSPRÜCHE

1. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR), mit

einem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) als Schwingkörper und

mindestens einem die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrische Schwingelement (2) pro Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k),

wobei das piezoelektrische Schwingelement (2) mit dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mechanisch verbunden ist,

wobei die mechanische Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Schwingelement (2) und dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e, 6i,6j,6k) als Klebung mittels eines Klebers und/oder als Lötung und/oder als Schweißung ausgebildet ist, und

wobei das Schwingelement (2) dazu vorgesehen ist, mittels eines elastischen Klebers (3) mechanisch mit einem Gehäuse (1,1a, lc) eines Ultraschall-Transducers (TR) verbunden zu werden, wobei die kürzeste Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt des piezoelektrischen Schwingelements (2) zu dem Gehäuse (1,1a, lc) durch den elastischen Kleber (3) verläuft,

g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h ,

dass das Schwingsystem bei Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) durch einen Ansteuerschaltkreis zumindest zwei oder mehr voneinander verschiedene mechanische Resonanzfrequenzen, eine erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfrequenz und gegebenenfalls weitere Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, aufweist,

dass zumindest eine dieser Resonanzfrequenzen von der oder den Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements (2) ohne mit diesem verbundenes Montageelement und den Frequenzen von Oberwellen dieser Eigenfrequenz oder Eigenfrequenzen verschieden ist, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine Öffnung (9,9b,9c,9d) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder Ausstülpung (SL1,SL2) aufweist und

dass das Frequenzverhältnis definiert als Quotient des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz und des Betrags der ersten Resonanzfrequenz von der Form und/oder der Größe und/oder der Lage der Öffnung (9,9b,9c,9d) und/oder der Aussparung und/oder der Form und/oder der Größe und/oder der Tiefe der Vertiefung und/oder der Form und/oder der Größe und/oder der Höhe der Ausstülpung (SL1, SL2) auf dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) abhängt.

2. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR), mit

einem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) als Schwingkörper und

mindestens einem die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrische Schwingelement (2) pro Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k),

wobei das piezoelektrische Schwingelement (2) mit dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mechanisch verbunden ist,

wobei die mechanische Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Schwingelement (2) und dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e, 6i,6j,6k) als Klebung mittels eines Klebers und/oder als Lötung und/oder als Schweißung ausgebildet ist, und

wobei das Schwingelement (2) dazu vorgesehen ist, mittels eines elastischen Klebers (3) mechanisch mit einem Gehäuse (1,1a, lc) eines Ultraschall-Transducers (TR) verbunden zu werden, wobei die kürzeste Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt des piezoelektrischen Schwingelements (2) zu dem Gehäuse (1,1a, lc) durch den elastischen Kleber (3) verläuft,

g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h ,

dass das Schwingsystem bei Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) durch einen Ansteuerschaltkreis (US_ctr) zumin- dest zwei oder mehr voneinander verschiedenen mechanische Resonanzfrequenzen, eine erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfrequenz und gegebenenfalls weitere Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, aufweist,

dass zumindest eine dieser Resonanzfrequenzen von der oder den Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements (2) ohne mit diesem verbundenes Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) und den Frequenzen von Oberwellen der Eigenfrequenz oder Eigenfrequenzen verschieden ist,

dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine Öffnung (9,9b,9c,9d) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung und/oder Ausstülpung unterhalb des Schwingelements (2) aufweist, die die akustische Impedanz des Schwingelements (2) an die akustische Impedanz des Montageelementes (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) an- passt, und

dass das Frequenzverhältnis definiert als Quotient des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz und des Betrags der ersten Resonanzfrequenz von der Form und/oder der Größe und/oder der Lage der Öffnung (9,9b,9c,9d) und/oder der Aussparung und/oder der Form und/oder der Größe und/oder der Tiefe der Vertiefung und/oder der Form und/oder der Größe und/oder der Höhe der Ausstülpung (SL1, SL2) auf dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) abhängt.

3. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR), mit

einem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) als Schwingkörper und

mindestens einem die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrische Schwingelement (2) pro Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für die Verwendung in einem Ultraschall- Transducer (TR), wobei das piezoelektrische Schwingelement (2) mit dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mechanisch verbunden ist,

wobei die mechanische Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Schwingelement (2) und dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e, 6i,6j,6k) als Klebung mittels eines Klebers und/oder als Lötung und/oder als Schweißung ausgebildet ist, und

wobei das Schwingelement (2) dazu vorgesehen ist, mittels eines elastischen Klebers (3) mechanisch mit einem Gehäuse (1,1a, lc) eines Ultraschall-Transducers (TR) verbunden zu werden, wobei die kürzeste Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt des piezoelektrischen Schwingelements (2) zu dem Gehäuse (1,1a, lc) durch den elastischen Kleber (3) verläuft,

g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h ,

dass das Schwingsystem bei Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) durch einen Ansteuerschaltkreis (US_ctr) zumindest zwei oder mehr voneinander verschiedene mechanische Resonanzfrequenzen, eine erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfrequenz und gegebenenfalls weitere Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, aufweist,

dass zumindest eine dieser Resonanzfrequenzen von den Eigenfrequenzen des piezoelektrischen Schwingelements (2) ohne mit diesem verbundenes Montageelement verschieden ist,

dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens ein Muster von Öffnungen (10) auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) und/oder Vertiefungen auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) und/oder Erhöhungen (10b) und/oder Ausstülpungen (SL1,SL2) auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) aufweist, das bei translatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des Montageelementes (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) um zumindest einen ni- fachen ersten Abstand ai und/oder einen mi-fachen zweiten Abstand a₂, wobei ni und rrii ganze Zahlen sind, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet ist, also insbesondere ein ein- oder zweidimensionales Gitter auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) bildet und

dass das Frequenzverhältnis definiert als Quotient des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz und des Betrags der ersten Resonanzfrequenz von dem ersten Abstand ai und/oder dem zweiten Abstand a₂ abhängt.

4. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Ultraschall-Transducer zumindest zwei voneinander verschiedene Güten oder Resonanzbandbreiten, eine erste Güte oder erste Resonanzbandbreite bei der ersten Resonanzfrequenz einerseits und eine zweite Güte oder zweite Resonanzbandbreite bei der zweiten Resonanzfrequenz andererseits, aufweist.

5. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass der Ultraschall-Transducer zumindest zwei voneinander verschiedene Abstrahlcharakteristiken, eine erste Abstrahlcharakteristik bei der ersten Resonanzfrequenz und eine zweite Abstrahlcharakteristiken bei der zweiten Resonanzfrequenz, aufweist, wobei Abstrahlcharakteristik bedeutet, dass die durch das Schwingsystem abgestrahlte Schallamplitude pro Steradiant von dem Winkel zwischen der Verbindungsachse (11) zwischen einem Punkt, an dem die Schallamplitude erfasst wird, zu einem Aufpunkt der Flächennormale (14) zur Oberfläche (2a) einerseits und der entsprechenden Flächennormale (14) zur Oberfläche (2a) des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) andererseits abhängt.

6. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch,

dass eine erste ebene Querschnittsfläche eines Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k), das insbesondere als Montagering (6) aus- gebildet ist, die senkrecht zur Flächennormale einer Oberfläche des Montageelementes (6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) ist, eine andere Form hat als eine zweite ebene Querschnittsfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2), die ebenfalls senkrecht zur Flächennormale einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) ist und

dass der Flächenschwerpunkt der Oberfläche des Montageelementes (6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) gegenüber dem Flächenschwerpunkt einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) versetzt ist.

7. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Schallabstrahlachse (11) des Schwingsystems nicht parallel zur die Oberflächennormalen (14,15) der ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) ist.

8. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine Öffnung (9,9b,9c,9d) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung unterhalb des Schwingelements (2) aufweist.

9. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Gitterstruktur hexagonal oder quadratisch ist, die Gittersymmetrie also vier oder sechszählig ist.

10. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens ein Längenmaß aufweist, das ein ganzzahliges (k-faches) Vielfaches der mittleren Schallwel- lenlänge (λ) im Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) geteilt durch vier ist (k* /4).

11. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine akustische Abzweigleitung und/oder einer akustische Stichleitung (SL1,SL2) aufweist.

12. Ultraschall-Transducer mit einem Schwingsystem einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Transducer (TR) zumindest eine weitere Struktur im Gehäuseboden aufweist, die ein Muster von Vertiefungen (17) und/oder Erhöhungen (17) und/oder Öffnungen aufweist, das bei translatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des Gehäusebodens (lb) um zumindest einen n₂-fachen ersten Abstand a₃ und/oder einen m₂-fachen zweiten Abstand a₄ , wobei n₂ und m₂ ganze Zahlen sind, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet ist, also insbesondere ein ein- oder zwei- oder dreidimensionales Gitter bildet.

13. Ultraschall-Transducer mit einem Schwingsystem einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschall-Transducer (TR) zumindest eine weitere Struktur im Gehäuseboden aufweist, die ein Muster von Vertiefungen (17) und/oder Erhöhungen (17) und/oder Öffnungen aufweist, das bei rotatorischer Verschiebung längs einer Oberfläche des Gehäusebodens (lb) um zumindest einen n₃-fachen zweiten Winkel θ₃, wobei n₃ eine ganz Zahl ist, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet wird, also insbesondere ein ein- oder zwei- oder dreidimensionales Gitter bildet.

14. Schaltung zur Ansteuerung eines Schwingsystems einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch,

dass die Schaltung eine Ansteuerschaltung (US_ctr) zumindest als Teilschaltung aufweist, dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) über eine erste elektrische Leitung (DRV1) und eine zweite elektrische Leitung (DRV2) direkt und übertragerlos mit dem piezoelektrischen Schwingelement (2) des Schwingsystems elektrisch verbunden ist,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) ein elektrisches spannungsmodu- liertes Sendesignal mit einer Sendefrequenz über die erste Leitung (DRV1) und die zweite Leitung (DRV2) an das piezoelektrischen Schwingelement (2) des Schwingsystems anlegen kann,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens einen ersten Inverter bestehend aus mindestens einem ersten Transistor (Tl) umfasst, der mit einem ersten Sendesignal (Oi_a) angesteuert wird, und mindestens einem zweiten Transistor (T3) umfasst, der mit einem komplementären ersten Sendesignal (Oi_b) angesteuert wird,

wobei der erste Inverter die zweite Leitung (DRV2) zur direkten übertragerlosen differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) treibt,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens einen zweiten Inverter bestehend aus mindestens einem zweiten Transistor (T2) umfasst, der mit einem zweiten Sendesignal (0_2a), das insbesondere gegenläufig zum ersten Sendesignal (Oi_a) sein kann, angesteuert wird, und mindestens einem vierten Transistor (T4) umfasst, der mit einem komplementären zweiten Sendesignal (0_2b), das insbesondere gegenläufig zum komplementären ersten Sendesignal (Oi_b) sein kann, angesteuert wird,

wobei der zweite Inverter die erste Leitung (DRV1) zur direkten übertragerlosen differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) treibt,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) die Sendesignale (Oi_a, ib, _2a, ₂b) während des Empfangs die Transistoren (T1,T2,T3,T4) zumindest zeitweise abschaltet,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens eine erste Sendefrequenz erzeugen kann, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung (DRV1) und der zweiten Leitung (DRV2) moduliert wird und die die erste Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt, und dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens eine zweite Sendefrequenz gegebenenfalls auch gleichzeitig zur ersten Sendefrequenz erzeugen kann, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung (DRV1) und der zweiten Leitung (DRV2) moduliert wird und die die zweite Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt.

Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR), mit

einem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) als Schwingkörper und

mindestens einem die Schwingung dieses Schwingkörpers antreibenden piezoelektrische Schwingelement (2) pro Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für die Verwendung in einem Ultraschall- Transducer (TR),

wobei das piezoelektrische Schwingelement (2) mit dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mechanisch verbunden ist,

wobei die mechanische Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Schwingelement (2) des Schwingsystems und dem Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) als Klebung mittels eines Klebers und/oder als Lötung und/oder als Schweißung ausgebildet ist, und

wobei das Schwingelement (2) dazu vorgesehen ist, mittels eines elastischen Klebers (3) mechanisch mit einem Gehäuse (1,1a, lc) eines Ultraschall-Transducers (TR) verbunden zu werden, wobei die kürzeste Verbindungslinie zwischen dem Schwerpunkt des piezoelektrischen Schwingelements (2) zu dem Gehäuse (1,1a, lc) durch den elastischen Kleber (3) verläuft,

g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h ,

dass das Schwingsystem bei Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) durch einen Ansteuerschaltkreis zumindest zwei oder mehr voneinander verschiedene mechanische Resonanzfrequenzen, eine erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfre- quenz und gegebenenfalls weitere Resonanzfrequenzen, die voneinander verschieden sind, aufweist,

dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens ein Muster von Öffnungen (10) auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) und/oder Vertiefungen auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) und/oder Erhöhungen (10b) auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) aufweist, das bei rotatorischer Verschiebung um eine Symmetrieachse längs einer Oberfläche des Montageelementes (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) um zumindest einen n₄-fachen ersten Winkel n₄*$i, wobei n₄ eine ganze Zahl ist, zumindest teilweise wieder auf sich selbst abgebildet ist, also insbesondere ein ein- oder zweidimensionales rotatorisches Gitter auf einer Oberfläche des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) bildet, und

dass das Frequenzverhältnis definiert als Quotient des Betrags der zweiten Resonanzfrequenz und des Betrags der ersten Resonanzfrequenz von dem ersten Winkel $i abhängt.

16. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach Anspruch 15, gekennzeichnet dadurch, dass der Ultraschall-Transducer zumindest zwei voneinander verschiedene Güten oder Resonanzbandbreiten, eine erste Güte oder erste Resonanzbandbreite bei der ersten Resonanzfrequenz einerseits und eine zweite Güte oder zweite Resonanzbandbreite bei der zweiten Resonanzfrequenz andererseits, aufweist.

17. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet dadurch, dass der Ultraschall-Transducer zumindest zwei voneinander verschiedene Abstrahlcharakteristiken, eine erste Abstrahlcharakteristiken bei der ersten Resonanzfrequenz und eine zweite Abstrahlcharakteristiken bei der zweiten Resonanzfrequenz, aufweist, wobei Abstrahlcharakteristik be- deutet, dass die durch das Schwingsystem abgestrahlte Schallamplitude pro Steradiant von dem Winkel zwischen der Verbindungsachse zwischen einem Punkt, an dem die Schallamplitude erfasst wird, zu einem Aufpunkt der zur Flächennormale (14) zur Oberfläche (2a) auf der einen Seite und der entsprechenden Flächennormale (14) zur Oberfläche (2a) des Montageelements (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) auf der anderen Seite abhängt.

18. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer (TR) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet dadurch,

dass eine erste ebene Querschnittsfläche eines Montageelements (6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k), das insbesondere als Montagering (6) ausgebildet ist, die senkrecht zur Flächennormale einer Oberfläche des Montageelementes (6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k), insbesondere des Montagerings (6), ist, eine andere Form hat als eine zweite ebene Querschnittsfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2), die ebenfalls senkrecht zur Flächennormale einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) ist und

dass der Flächenschwerpunkt der Oberfläche des Montageelementes (6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) gegenüber dem Flächenschwerpunkt einer ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) versetzt ist.

19. Schwingsystem für einen Ultraschall-Transducer nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet dadurch, dass die Schallabstrahlachse (11) des Schwingsystems nicht parallel zur die Oberflächennormalen (14,15) der ersten oder zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Schwingelements (2) ist.

20. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine Öffnung (9, 9b, 9c, 9d) und/oder Aussparung und/oder Vertiefung unterhalb des Schwingelements (2) aufweist.

21. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens ein Längenmaß aufweist, das ein ganzzahliges (k-faches) Vielfaches der mittleren Schallwellenlänge (λ) im Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) geteilt durch vier ist (k* /4) .

22. Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) für ein Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Montageelement (6,6b,6c,6d,6e,6i,6j,6k) mindestens eine akustische Abzweigleitung und/oder einer akustische Stichleitung (SL1 , SL2) aufweist.

23. Schaltung zur Ansteuerung eines Schwingsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch,

dass die Schaltung eine Ansteuerschaltung (US_ctr) zumindest als Teilschaltung aufweist ,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) über eine erste elektrische Leitung (DRV1) und eine zweite elektrische Leitung (DRV2) direkt und übertragerlos mit dem piezoelektrischen Schwingelement (2) des Schwingsystems elektrisch verbunden ist,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) ein elektrisches spannungsmodu- liertes Sendesignal mit einer Sendefrequenz über die erste Leitung (DRV1) und die zweite Leitung (DRV2) an das piezoelektrischen Schwingelement (2) des Schwingsystems anlegen kann,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens einen ersten Inverter bestehend aus mindestens einem ersten Transistor (Tl) umfasst, der mit einem ersten Sendesignal (Oi_a) angesteuert wird, und mindestens einem zweiten Transistor (T3) umfasst, der mit einem komplementären ersten Sendesignal (Oi_b) angesteuert wird, wobei der erste Inverter die zweite Leitung (DRV2) zur direkten übertragerlosen differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) treibt,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens einen zweiten Inverter bestehend aus mindestens einem zweiten Transistor (T2) umfasst, der mit einem zweiten Sendesignal (0_2a), das insbesondere gegenläufig zum ersten Sendesignal (Oi_a) sein kann, angesteuert wird, und mindestens einem vierten Transistor (T4) umfasst, der mit einem komplementären zweiten Sendesignal (0₂b), das insbesondere gegenläufig zum komplementären ersten Sendesignal (Oi_b) sein kann, angesteuert wird,

wobei der zweite Inverter die erste Leitung (DRV1) zur direkten übertragerlosen differentiellen Ansteuerung des piezoelektrischen Schwingelements (2) treibt,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) die Sendesignale (Oi_a,⁽l ib,^<l ₂a,^<l ₂b) während des Empfangs die Transistoren (T1,T2,T3,T4) zumindest zeitweise abschaltet,

dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens eine erste Sendefrequenz erzeugen kann, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung (DRV1) und der zweiten Leitung (DRV2) moduliert wird und die die erste Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt, und dass die Ansteuerschaltung (US_ctr) mindestens eine zweite Sendefrequenz gegebenenfalls auch gleichzeitig zur ersten Sendefrequenz erzeugen kann, mit der die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Leitung (DRV1) und der zweiten Leitung (DRV2) moduliert wird und die die zweite Resonanzfrequenz des Schwingsystems anregt.