WO2023117374A1 - Ultrasonic transducer with a housing - Google Patents

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WO2023117374A1
WO2023117374A1 PCT/EP2022/084250 EP2022084250W WO2023117374A1 WO 2023117374 A1 WO2023117374 A1 WO 2023117374A1 EP 2022084250 W EP2022084250 W EP 2022084250W WO 2023117374 A1 WO2023117374 A1 WO 2023117374A1
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WO
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housing
section
ultrasonic transducer
outside
housing wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/084250
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German (de)
French (fr)
Inventor
Mikel Gorostiaga Altuna
Amira HEDHILI
Martina KREUZBICHLER
Peter LUKAN
Abdelouahid Zakriti
Philipp Seebacher
Michael PIROLT
Stefan SAX
Mehrdad SHAYGANPOOR
Original Assignee
Tdk Electronics Ag
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Publication date
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    • G10K9/00Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22Mountings; Casings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01H11/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • G01H11/08Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer with a housing and a method for its production.
  • Known ultrasonic transducers for the frequency range from 40 to 80 kHz usually have aluminum housings.
  • a section of the housing usually forms the diaphragm, which can vibrate at an ultrasonic frequency.
  • the housing serves as a carrier for the transducer element and as a resonance body. The vibration of the membrane can be transmitted to the rest of the housing in an undesired manner.
  • mechanical damping is necessary through direct contact of the membrane with a damping element, since small distances can no longer be measured by ultrasound if the membrane is not sufficiently damped.
  • excessive damping leads to a lack of sensitivity of the sensor, so that large distances in particular can no longer be measured.
  • a corresponding ultrasonic transducer with an aluminum housing is known, for example, from WO 2020245064 A2.
  • One aim of the present invention is to provide an improved ultrasonic transducer and a method for its production.
  • An ultrasonic transducer is provided with a housing that includes a plastic material.
  • the housing includes a floor and a housing wall.
  • An outside of the housing wall includes a first section, which is bottom contiguous and a second portion which is preferably not bottom contiguous .
  • the second section follows a housing opening.
  • the first and second sections have different dimensions.
  • the first and the second section can have different dimensions in a direction perpendicular to a surface normal of the floor or have parallel to the ground.
  • a transition section is also provided between the first and the second section.
  • the housing thus comprises in this order the base, the adjoining first section of the housing wall, the transition section of the housing wall adjoining the first section and the second section of the housing wall adjoining the transition section, as well as the housing opening adjoining the second section.
  • the first section, the transition section and the second section preferably have different dimensions.
  • the sections can also have different dimensions in a direction perpendicular to the ground.
  • the transition section preferably follows directly on the first section and the second section preferably follows directly on the transition section. This means that the housing wall preferably has no further sections apart from the three sections mentioned.
  • a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is also oblique to a surface normal that is perpendicular to the floor. Furthermore, the surface normal, which is perpendicular to the The outside of the housing wall in the transition section is inclined to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section. Furthermore, the surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, is oblique to a surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section.
  • a transducer element is disposed on the floor and is configured to excite the floor to vibrate at a frequency in the ultrasonic range.
  • the surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is therefore oblique to a surface normal that is perpendicular to the floor, oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section.
  • the surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is inclined to a surface normal that is perpendicular to the floor, oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section. All surface normals mentioned here are therefore in one plane, namely in the same sectional plane of the housing.
  • each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is oblique to any surface normal that is perpendicular to the ground.
  • each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is also oblique to each surface normal that is perpendicular to the outside of the first section.
  • each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is also oblique to each surface normal that is perpendicular to the outside of the second section.
  • each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is oblique to each surface normal that is perpendicular to the bottom or the outside of the first section or the outside of the second section.
  • oblique is understood to mean a position that is neither vertical nor parallel.
  • the bottom of the housing can preferably be designed as a membrane which vibrates at an ultrasonic frequency when excited by a transducer element or by external vibrations.
  • the base is very thin, in particular thinner than the housing wall.
  • the described housing with a transition section has the advantage that vibrations of the floor are hardly transmitted or are only transmitted in a damped manner to the rest of the housing, in particular to the second section of the housing wall. This effect is through the geometric shape of the housing, the shape of the transition section and a suitable material for the housing.
  • the appropriate selection of a plastic fes with appropriate elasticity and damping properties enables the setting of a desired sensitivity or Dampening of floor vibrations, which determines the minimum and maximum measurable distance. If the damping of floor vibrations is too high, the maximum measurable distance decreases, if the damping is too low, the minimum measurable distance increases.
  • the housing described has a high level of stability, in particular with respect to mechanical pressure on the outside of the housing wall.
  • the housing described is particularly suitable to be installed in automated assembly processes, in the course of which pressure is exerted on the outside of the housing wall, for example by gripping arms.
  • the use of a suitable plastic material enables the housing to have a versatile, variable shape that is adapted to the assembly and application conditions and can then be produced, for example, in an injection molding process.
  • a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section and a surface normal that is perpendicular to the floor form an angle of between 1° and 89°, preferably between 5° and 85° and even more preferably between 10° and 80° in.
  • the same preferably applies to an angle between a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, and a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and also for an angle between a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, and a surface normal that is perpendicular to the outside of the Housing wall in the second section is .
  • Such an inclined position of the outside of the housing wall in the transition section dampens vibration in the housing between the first and the second section of the housing wall. Furthermore, this increases the stability of the housing against pressure on the outside of the housing wall.
  • any surface normal of this surface is preferably inclined to a surface normal of the base, preferably at an angle between 1° and 89°, more preferably at an angle between 5° and 85° and even more preferably in an angle between 10° and 80°.
  • the outside of the housing wall is curved in the transition section.
  • the housing wall can have both a concave and a convex outward curvature or both.
  • the housing wall in the transition section can also include one or more curved and planar sections.
  • a curved section can be provided adjacent to the first section and a flat section can be provided adjacent to the second section.
  • oblique and curved sections can also be arranged next to one another, each of which is attached to the first and second section or just one of them
  • the vibration behavior of the housing can be adjusted in a targeted manner and in particular the vibration behavior of individual housing sections can be adapted to the requirements desired for this.
  • a damping of vibrations in the housing between the first and the second section of the housing wall can be achieved, so that at least in desired sections of the second section of the housing wall only little or no vibration occurs.
  • the vibrations can be more pronounced.
  • this increases the stability of the housing against pressure on the outside of the housing wall, in particular during assembly of the housing.
  • the plastic material has a quality factor Q as a measure of the damping between 10 and 100, preferably between 10 and 65. More preferably, the quality factor Q is between 25 and 50.
  • the quality factor is a measure of the attenuation or the energy loss of a system capable of oscillations.
  • a high quality of a system means that the system is weakly damped.
  • the desired figure of merit can be obtained by appropriate choice of plastic material for the housing.
  • a base made of a plastic material with the selected quality factor Q can be sufficiently excited and dampened to vibrate when used as an ultrasonic transducer.
  • the housing can consist of the plastic material.
  • the entire housing, including the bottom and the housing wall, can be made of the plastic material.
  • the plastic material can have homogeneous properties over the entire housing. Differences in the damping or the mechanical stability, in particular the stability against external pressure, between individual sections of the housing are preferably not achieved in the present housing by different compositions of the housing material but by the suitably designed housing shape.
  • the plastic material has an E module of at least 1 GPa.
  • the plastic material preferably has an E module of at least 10 GPa.
  • a floor made of the plastic material with the selected modulus of elasticity can be sufficiently excited and dampened to vibrate when used as an ultrasonic transducer.
  • the transition section is shaped in such a way that vibration of the first section is damped in the second section.
  • the bottom has a round shape and the first section has a cylindrical or conical shape.
  • the base preferably has a circular shape and the first section has a circular cylindrical shape or a conical shape with a circular base area.
  • the base here forms the base of the cylinder or the cone, with cone being a synonym for a truncated cone.
  • the jacket surface of the cone has only a slight slope for example a maximum of 10°, preferably a maximum of 5° in relation to the surface normal of the floor.
  • a conical shape of the section is advantageous, for example, to increase the stability of the housing against external pressure.
  • the second section has larger dimensions parallel to the bottom than the first section.
  • the housing then widens from the dimension of the first section to the dimension of the second section.
  • the transition in the dimensions of the sections makes it possible to adjust the vibration behavior of the housing wall and in particular dampen vibrations in the housing wall or in desired sections of the housing wall.
  • a wider dimension of the second section also makes it possible to embed a printed circuit board with evaluation electronics of the ultrasonic transducer directly in the second section.
  • an inner space of the housing has a conical shape in a lower portion adjacent to the bottom.
  • the shape of the interior of the housing and an outside of the housing wall, which delimits the housing on the outside, do not have to be the same.
  • an inside of the housing wall, which delimits the interior of the housing, and the outside of the housing wall can have different slopes.
  • the lower section can be formed in the section of the housing in which the first section is formed on an outside of the housing wall.
  • the lower section of the interior space can also be formed in a section of the housing in which the transition section or the second section is formed on the outside of the housing wall.
  • An inner side of the housing is preferably beveled at an angle of between 0.5° and 45°, preferably between 0.5° and 5°, particularly preferably 2° relative to a cylinder jacket surface perpendicular to the base.
  • Such a pronounced conical shape of the interior of the housing increases its mechanical stability and enables the insertion of a preformed absorption element without it slipping through to the floor.
  • the contour of the second portion widens in the direction towards the ground. This increases the mechanical stability of the housing and leads to the adjustment of different vibrations and in particular to the damping of vibrations in sections of the housing wall. In particular, a larger difference in the dimensions between the first and the second section must then be bridged via the transition section, for example by the transition section being formed or curved further outwards, which further increases the damping in the housing wall due to its shape.
  • the second section of the housing wall and the first section of the housing wall have different geometric shapes. This enables precise adjustment of the vibration behavior in the housing wall and in particular better damping of vibrations in individual sections of the housing wall.
  • a difference in the geometric shape between the first and the second section must then be bridged via the transition section, which increases a damping effect in the housing wall due to its shape.
  • the different geometric shapes ensure that the transition section has an irregular shape. As a result, vibrations are transmitted differently across the transition section at different sections, so that the vibrations are damped in individual sections of the second section and amplified in other sections.
  • an outer side of the second section has a rectangular outline.
  • an interior space of the housing also has a rectangular outline shape in an upper section that adjoins the housing opening.
  • the outlines are preferably square.
  • the upper section can be formed in the section of the housing in which the second section is formed on an outside of the housing wall.
  • the upper section of the interior can also be formed in a section of the housing in which the transition section or the first section is formed on the outside of the housing wall.
  • the transition section can then comprise a curved section which is directly adjacent to the first section and extends to the corners of the rectangular shape of the second section.
  • the transition section may include planar sloping sections that border on the side edges of the rectangular outline shape of the second section. Such a shape is advantageous in terms of stability of the housing and damping in the transition section.
  • a rectangular shape also means, in particular, a rectangular shape with rounded corners. Rounding the corners improves the handling of the case.
  • the second section has a round outline, in particular a cylindrical or conical shape.
  • an interior of the housing also has a cylindrical or conical shape in the upper section.
  • Such a shape also enables round printed circuit boards to be installed directly in the housing.
  • a round housing shape is still easy to manufacture.
  • the outer outline of The second section of the housing wall and the inner contour of the upper section in the interior of the housing can also be shaped differently.
  • the transducer element can be a piezoelectric element, for example in the form of a disc.
  • the piezoelectric element contains a piezoelectric material, for example a piezoelectric ceramic.
  • the transducer element preferably comprises two electrodes which rest, for example, on different sides of the piezoelectric ceramic in order to pick up an electrical signal or build up an electrical voltage in the ceramic.
  • the piezoelectric element is preferably glued to the inside of the floor.
  • a printed circuit board is arranged in the upper portion of the interior of the housing, the printed circuit board being designed as a cover covering the housing opening which is opposite to the bottom.
  • the housing can therefore have the shape of a pot, which has a bottom and a housing wall and a housing opening opposite the bottom.
  • the housing opening is preferably closed by a cover.
  • the cover can be the printed circuit board mentioned, on which the evaluation electronics and control electronics of the ultrasonic transducer can be partially or completely arranged.
  • the electronics are preferably attached to the inside of the printed circuit board in the interior of the housing and are thus protected from external influences.
  • the printed circuit board is bonded to corresponding contact surfaces in the interior of the housing by means of an elastic adhesive on a number of separate contact surfaces on the printed circuit board.
  • the use of an elastic adhesive reduces or eliminates any possible transmission of vibrations in the housing to the cover, which can also disrupt the electronics in particular. completely avoided.
  • At least a part or the entire upper section of the interior of the housing is below the printed circuit board or between an optional absorption element and the printed circuit board filled with a filler.
  • the filler is preferably introduced in pasty form through the housing opening and then hardened.
  • the filler preferably comprises a plastic material or synthetic resin.
  • the filler is preferably elastic.
  • the filler can also include any other suitable material.
  • the circuit board as a cover does not end flush with the surrounding housing wall, but is arranged sunken in the interior of the housing.
  • the remaining space in the housing, outside of the interior enclosed by the base and circuit board, is preferably partially filled with the filler.
  • the filler then preferably covers almost the entire printed circuit board, apart from a section of the printed circuit board on which electrical contact to the outside is provided.
  • the printed circuit board is thus additionally fixed in the housing and in front of the outside
  • the printed circuit board rests in particular on contact surfaces in the interior of the housing where the vibrations in the housing are minimal (so-called vibration nodes) in order to prevent the vibrations from being transmitted to the printed circuit board.
  • a step is formed in the upper section of the interior of the housing, on which the printed circuit board rests and on which the contact surfaces of the housing are provided.
  • the step may have a rectangular outline or a circular outline.
  • the outline of the step resembles that of the interior space in the upper portion.
  • the contact surfaces of the housing are pronounced at corners or in the middle between two corners of the step.
  • the vibrations in the housing are then preferably minimal at these points.
  • the transducer element and the circuit board or. in particular the evaluation electronics of the printed circuit board are electrically contacted.
  • at least two contacts are preferably provided in order to contact two differently polarized electrodes of the converter element.
  • the printed circuit board and the converter element are electrically contacted via conductive traces on the inside of the housing.
  • Metal preferably copper, or an electrically conductive trade plastic .
  • An electrically conductive plastic contains electrically conductive particles, for example metal particles that include copper.
  • the tracks can also be formed within the housing wall in one embodiment, so that only contact points of the tracks for contacting the evaluation electronics and the converter element on the inside of the housing, i.e. in particular on the inside of the housing wall and the bottom, are exposed.
  • the conductive traces are contacted to electrical contacts on the printed circuit board by means of a conductive adhesive.
  • a conductive adhesive In particular, this concerns the contacts of the evaluation electronics on the printed circuit board.
  • the conductive adhesive is preferably also elastic, so that transmission of vibrations from the housing to the printed circuit board is avoided.
  • the ultrasonic transducer can be assembled simply by placing the printed circuit board as a cover, without having to take any further steps to make contact between the printed circuit board and the transducer element.
  • the plastic material is electrically insulating.
  • the traces can be applied directly to the plastic material or pronounced in this become .
  • a suitable method for forming the tracks in the case of a housing consisting of an electrically insulating base material would be laser direct structuring (LDS).
  • the tracks terminate in multiple contact pads on the ground.
  • the transducer element is preferably glued to the floor at a section provided for this purpose by means of a non-conductive adhesive.
  • the electrodes of the transducer element contact the electrically conductive traces.
  • the tracks preferably reach down to the floor and the transducer element rests on the tracks.
  • the transducer element can be glued to the floor in such a way that the transducer element and in particular its electrodes rest directly on the tracks and are preferably electrically contacted with them.
  • contact between the electrodes of the transducer element and the traces is made via a conductive adhesive.
  • the contact can also be made using a non-conductive adhesive if the surface roughness of the traces or the electrodes of the transducer element is sufficiently large that an electrical
  • the tracks can also end next to the transducer element and the transducer element cannot fly onto the tracks.
  • electrical contact between the electrodes of the transducer element and the traces is preferably made via the conductive adhesive.
  • an electrically conductive coating for electromagnetic shielding is applied to the outside of the housing, ie in particular to the outside of the housing wall and the base.
  • the housing comprises a material which is not electrically insulating or the plastic material is electrically conductive.
  • an electrically insulating layer is arranged between the housing wall and the traces.
  • an insulating layer of Parylene C can be provided.
  • a housing wall made of an electrically conductive material has the advantage that the housing wall shields the electronics arranged in the housing against interfering electromagnetic influences from the outside (EMC/EMI protection z).
  • an electrically conductive coating is applied to the outside of the housing, which preferably completely covers the outside of the housing.
  • Such a coating shields the electronics and electrically conductive traces arranged in the housing against interfering electromagnetic influences and in particular against electrical induction from the outside (EMC/EMI protection z).
  • the electrically conductive coating can contain a metallic material such as copper.
  • the coating can be applied evenly and thinly.
  • the coating can be applied, for example, by sputtering, but also, for example, in the form of a paint that includes electrically conductive particles.
  • an electrically conductive via ie through contacting, can be provided between the coating on the outside of the housing and one of the tracks on the inside of the housing.
  • the via can be stamped out in a through-hole in the housing wall.
  • the through-hole can be a borehole in the housing wall that is specially made for this purpose.
  • the electrically conductive coating can then also be arranged on a surface in the bore and can extend up to the electrically conductive track on the inside of the housing wall.
  • the track and the coating can have the same material and form a continuously connected coated area.
  • the via can be formed in a groove in an outer edge of the housing wall surrounding the housing opening, instead of in a through hole be .
  • the groove can be a bore, but not in the center of the housing wall, but rather on an outer edge of the housing wall.
  • the groove ensures that the electrically conductive coating or the trace or its electrical connection is exposed at an outer edge of the housing wall so that, for example, an unintentional short circuit with an electrical contact in the vicinity of the housing is avoided.
  • the electrically conductive coating and one of the tracks are electrically contacted via the printed circuit board.
  • the conductive coating and the track only make electrical contact when the cover is closed, ie the printed circuit board is placed on the housing.
  • a coated groove or a coated through-hole can in particular be provided again for contacting between the electronics on the printed circuit board and the outer coating.
  • a cylindrical or conical preformed absorption element is arranged at a distance from the floor in the interior of the housing.
  • the preformed absorption element can easily be inserted into the housing when the ultrasonic transducer is connected.
  • the absorption element absorbs sound and ultrasonic waves and preferably prevents, in particular, sound or ultrasonic propagation in the interior of the housing, but preferably does not dampen the mechanical vibrations or Vibrations in the housing wall. Therewith the absorption element also enables the measurement of distances at short distances with the aid of the ultrasonic transducer.
  • a cavity is provided between the preformed absorption element and the floor.
  • the cavity is a gap containing only air. The cavity prevents vibrations of the floor from being dampened by undesired direct contact of the absorption element with the floor. Rather, the cavity should be so wide that even with maximum vibration of the floor during operation of the ultrasonic transducer, the floor does not come into contact with the absorption element.
  • the distance between the floor and the absorption element is preferably measured in such a way that destructive interference of the acoustic waves occurs between the two opposite surfaces of the floor and the absorption element.
  • the absorption element is a foamed-on plastic element.
  • the plastic element includes, for example, a urethane derivative such as polyurethane or a silicone.
  • a foamed-on plastic has the necessary material properties in order to dampen the vibrations, in particular sound vibrations, as completely as possible.
  • Such an absorption element is also easy to prefabricate and can be brought into the desired required shape easily and without post-processing.
  • a radial dimension of the absorption element is greater than a radial extension of the interior of the housing in the area of the bottom. In particular, this prevents the absorption element from slipping through to the bottom of the housing.
  • the absorption element and/or the lower section of the interior of the housing can be shaped conically, so that a radial dimension of the absorption element is greater than that of the interior only in the region of the bottom.
  • the method can be used in particular to produce the housing and ultrasonic transducer described above.
  • the method includes the production of the housing by injection molding.
  • the housing may include all of the features and components previously described.
  • the housing comprises a base and a housing wall, the housing wall comprising a first section, which adjoins the base, and a second section.
  • the first and second sections have different dimensions, with a transition section being provided between the first and second sections.
  • a surface normal perpendicular to the outside of the Housing wall is in the transition section, is oblique to a surface normal, which is perpendicular to the ground, and oblique to a surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the first and to the outside of the housing wall in the second section.
  • the conductive traces are formed in an interior space of the housing by means of direct laser structuring, the conductive traces being designed to electrically connect a transducer element on the bottom to a printed circuit board that forms a cover of the housing.
  • an electrically conductive track is defined by a laser beam that writes a layout of the track directly onto the plastic material of the package.
  • a special LDS additive is added to the plastic material for this purpose. Areas on which tracks are provided are then exposed to the laser beam and the added LDS additive activated.
  • copper layers are formed on the activated areas that are adhesive and have sharp contours. Different layers can be built up one after the other, for example made of nickel, gold, silver or solder, which then form the tracks. Exemplary embodiments are described below with reference to figures. The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown.
  • Figure 1 Perspective view from diagonally above a first embodiment of a housing of an ultrasonic transducer.
  • FIG. 2 Perspective view obliquely from below of the first exemplary embodiment of the housing of the ultrasonic transducer with surface normals drawn in.
  • FIG. 3 Side view in cross section of the housing of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer.
  • FIG. 4 Side view in cross section of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer.
  • FIG. 5 View of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer obliquely from above. Shown are the case and two conductive traces.
  • Figure 6 Simulation of the vibration of the housing.
  • FIG. 7 Perspective view of a further exemplary embodiment of the housing with a metallic layer for shielding and drilling.
  • FIG. 8 Cross section through the housing with metallic layer for shielding and drilling.
  • FIG. 9 Cross section through another housing with a metallic layer for shielding and a channel.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show different views of a housing of a first embodiment of an ultrasonic transducer 1.
  • Figures 1 and 2 show perspective views obliquely from above and. obliquely below
  • Figure 3 is a side view in cross section.
  • FIG. 4 shows a side view of the ultrasonic transducer including the housing and other described components of the ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer 1 comprises a housing which is closed off on its underside by a base 2 .
  • the bottom 2 has a circular shape.
  • the housing further comprises a housing wall and a housing opening opposite the base.
  • a first section 3 of a housing wall adjoins the base 2 at the top.
  • top The direction away from the floor and toward the housing opening is defined as "top”.
  • the outside of the first section 3 can have a cylinder or cone shape.
  • the outside of the first section has a conical shape.
  • the angle of inclination of the cone shape in relation to the lateral surface of a flat cylinder is 0.5° to 5°, preferably 2°. The angle can also be lower or be chosen larger.
  • the diameter of the cone shape is smallest adjacent to the bottom 2 and then increases towards the top.
  • a lower section 31 also encloses a cone-shaped cavity in the interior of the housing.
  • the slope of the inside of the housing wall in the lower section 31 can differ from the slope of the outside in the first section 3 .
  • the slope is preferably 0.5° to 45°, more preferably 0.5° to 5°, more preferably 2° relative to a surface normal of the inside of the bottom 2 .
  • the housing wall further comprises a second section 4 which is arranged above the first section 3 and remote from the bottom 2 .
  • the second section 4 can have different outline shapes.
  • the outer contour of the second section 4 is rectangular and preferably square. This also means, in particular, a rectangular or square shape with rounded corners, as is also shown in the figures.
  • the dimensions of the second section 4 parallel to the bottom 2 are larger than the dimensions of the first section 3 .
  • a transition section 5 of the housing wall is provided between the first section 3 and the second section 4 .
  • the transition section preferably follows directly on the first section and the second section preferably follows directly on the transition section. This means that the housing wall preferably has no further sections apart from the three sections mentioned.
  • the outside of the transition section 5 can be curved or flat.
  • the outside of the transition section is in particular not parallel or perpendicular to the bottom and not parallel or perpendicular to one of the outer sides of the first or second section, but rather inclined to the bottom and to said outer sides, as illustrated for example in FIG.
  • “Oblique” in turn means that a surface normal FN5, which is perpendicular to the outside of the transition section 5, is not parallel and not perpendicular to a surface normal FN2, which is perpendicular to the floor 2.
  • a surface normal FN5 which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition region 5, preferably has an angle of between 10 and 80 degrees with respect to a surface normal FN2 of the base 2 of the housing.
  • a surface normal FN5 which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition region 5, preferably at an angle of between 10 and 80 degrees to a surface normal FN3, which is perpendicular to the outside of the first section 3, and to a surface normal FN4, which is perpendicular to the Outside of the second section 4 is on.
  • the outside of the housing wall has a transition section 5 with the following configuration.
  • the transition section 5 extends from the outside of the first section 3 to the outside of the second section 4 .
  • the transition section 5 is noticeably curved towards the corners of the rectangularly shaped outline of the second section 4 .
  • the curvature decreases between the corners.
  • the transition section 5 is not curved at all, but runs flat from an outer edge of the first section 3 to an outer edge of the second section 4 .
  • the differences in the curvature of the transition section 5 are caused by a different height of the second section 4 .
  • the outer edges of the second section 4 are between the corners in the direction of the first section or. of the bottom 2 bent.
  • the different height of the second section 4 leads to an irregular shape of the transition section 5, as a result of which a vibration in the housing is only transmitted to a small extent between the first and second sections 3 and 4, ie the vibration is damped in the transition section 5.
  • the interior of the housing also has a rectangular outline in an upper portion 41 adjacent the housing opening.
  • a stage 4A is also provided within the housing.
  • the lower section 31 with a circular inner outline directly adjoins the upper section 41 with a rectangular inner outline.
  • the upper portion 41 is pronounced in the portion of the housing in which on an outside of the Housing wall of the second section 4 is pronounced.
  • the lower section 31 is also formed in the section of the housing in which the first section 3 is formed on an outside of the housing wall.
  • the upper section 41 and the lower section 31 of the interior space are also formed in a section of the housing in which the transition section 5 is formed on the outside of the housing wall.
  • the bottom 2 of the housing is designed as a membrane which vibrates at an ultrasonic frequency when excited by a transducer element 6 or by external vibrations.
  • the base 2 is very thin, in particular thinner than the housing wall.
  • the entire housing including base 2 and housing wall is made in one piece and from the same material.
  • the housing is an injection molded part made of plastic.
  • the plastic has vibration and sound-damping properties.
  • the ratio of density p to modulus of elasticity E of the plastic and in particular the factor (p) 3 /E should be as small as possible.
  • the factor (p) 3 /E is less than 0.35, more preferably less than 0.1, even more preferably less than 0.01.
  • the plastic has a quality factor Q as a measure of the damping between 10 and 100, preferably between 10 and 65.
  • Another preferred selection criterion for the plastic is that its mechanical properties in one Application temperature range of -40 ° C and + 85 ° C remain constant. Even more preferably, the mechanical properties remain constant in an application temperature range of -55°C and +150°C.
  • the transducer element 6 is preferably a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element preferably comprises a piezoelectric ceramic material.
  • the piezoelectric element can be disc-shaped. Two electrodes, one electrode each on one of the surfaces, are preferably arranged on two opposite surfaces of the disk-shaped piezoelectric element.
  • the piezoelectric element can be controlled electrically via the electrodes and can, in particular, be subjected to an electrical voltage, or an electrical signal, in particular an electrical voltage, can be tapped from the piezoelectric element.
  • the piezoelectric element is disc-shaped and is glued to the inside of the base 2 .
  • the piezoelectric element can also be applied to the floor 2 in a material-locking manner in some other way.
  • the ultrasonic transducer 1 includes a preformed absorption element 7 which is arranged in the interior of the housing.
  • the preformed absorption element consists of a foamed plastic.
  • the absorption element 7 has a cylindrical or conical shape.
  • the absorption element has a larger dimension in a radial direction than the lower portion 31 of the inner space close to the floor 2. so that the absorption element in the lower section 31 of the
  • a cavity 7A is formed between the bottom 2 and the absorption element 7 .
  • the cavity 7A prevents feedback between the bottom 2 and the absorption element 7 .
  • the absorption element 7 does not dampen the oscillations or vibrations of the floor 2 since the floor 2 is not in contact with the absorption element 7 .
  • the absorption element 7 serves to dampen ultrasonic waves in the interior of the housing, in particular so that the ultrasonic waves do not interfere with downstream evaluation electronics.
  • the evaluation electronics are mounted on a printed circuit board 8 which at the same time forms the cover of the housing.
  • the printed circuit board 8 is placed on the step 4A in the second section, so that it covers the housing opening in the second section.
  • the circuit board 8 is only on selected contact surfaces on corresponding contact surfaces of the housing or. level 4A glued on .
  • the corresponding contact surfaces of the housing are in particular points in the housing at which vibration is maximally damped due to the housing structure described. Such locations are in particular the corners 4B or the midpoints between the corners 4B of the rectangular outline of the second housing section 4 .
  • FIG. 1 A simulation of vibrations in the housing of the ultrasonic transducer 1 is shown in FIG.
  • the floor 2 is excited to a defined vibration.
  • the oscillations are transmitted in the form of vibrations throughout the housing. Strong vibration occurs in particular on the floor 2 .
  • the remaining cavity above the circuit board 8 in the housing is filled with a filler 12 , preferably with an elastic plastic or a synthetic resin.
  • the filler 12 preferably only hardens after it has been introduced into the cavity, so that the cavity is filled as completely as possible.
  • the printed circuit board 8 as a cover is not flush with the surrounding housing wall, but is lowered in the upper section 41 of the interior of the housing.
  • the remaining, unused space in the housing, outside of the interior enclosed by base 2 and circuit board 8 is preferably also filled with filler 12 .
  • the filler 12 then preferably covers almost the entire printed circuit board, except for a section of the printed circuit board on which an external electrical contact 13 is provided.
  • the printed circuit board 8 is thus additionally fixed in the housing and protected from external influences. Both in the first and in the second section, the outside of the housing wall has a slight incline, as also shown in FIG.
  • an incline means, in particular, an incline relative to a surface normal FN 2 on the surface of the floor 2 .
  • the bevel and the transition section 5 described contribute to the mechanical stability of the housing in relation to a force applied to this outside from the outside.
  • the housing shaped as described is stable with respect to a uniform force applied from two sides on the outside, for example of a gripping frame during assembly or a clamp for fastening the housing.
  • electrically conductive traces 9 are applied to the inside of the housing wall, as shown in FIG. At least two tracks 9 are provided for contacting two differently polarized electrodes of the transducer element 6 .
  • the traces 9 extend in particular up to the stage 4A on which the printed circuit board 8 is applied.
  • the tracks 9 extend at most to a surface of an upper side of the case formed parallel to the bottom 2 around the case opening. In particular, the tracks 9 do not extend to the outside of the housing wall.
  • the traces 9 can be both a metal coating that is applied to the inside of the housing wall and electrically conductive traces 9 inside the housing wall itself, ie not on the Surface, ie the inside or outside, the housing wall act.
  • the housing wall is not electrically conductive in the exemplary embodiment, but can also be electrically conductive in other exemplary embodiments.
  • an electrically insulating layer is applied to the inside of the housing wall or at least between the electrically conductive traces 9 and the housing wall.
  • the insulating layer can, for example, comprise a plastic, such as Parylene C in particular.
  • the electrically conductive traces 9 end in a number of contact areas on the floor 2 .
  • the transducer element 6 is glued to the floor 2 .
  • the transducer element 6 is preferably glued to the base 2 at a section provided for this purpose using a non-conductive adhesive, while the electrodes of the transducer element 6 contact the electrically conductive traces 9 on its sides.
  • the tracks 9 preferably reach down to the floor 2 so that the converter element 6 can be glued to the floor in such a way that the electrodes of the converter element 6 rest directly on the tracks 9 .
  • the contact between the transducer element 6, in particular its electrodes, and the electrically conductive traces 9 is established via a conductive adhesive.
  • the contact can also be made using a non-conductive adhesive if the surface roughness of the tracks 9 is so large that direct contact between the tracks can occur through the adhesive layer the tracks 9 and the electrodes of the transducer element 6 sets.
  • the tracks 9 can also already end next to the transducer element 6, so that the transducer element 6 does not fly onto the tracks 9.
  • the electrical contact between the electrodes of the transducer element 6 and the traces 9 is made via the conductive adhesive.
  • the electrically conductive traces 9 can be applied in particular by sputtering or by imprinting a metallic layer or by laser direct structuring (LDS).
  • the traces contain a metallic, electrically conductive material such as copper. So that the tracks 9 can be structured using the LDS process, the housing preferably does not contain any carbon fibers.
  • the electrically conductive track 9 is defined by a laser beam, which writes a layout of the track 9 directly onto the injection-molded plastic of the housing.
  • a special LDS additive is added to the plastic for this purpose. Areas on which tracks 9 are provided are then exposed to the laser beam, thereby activating the added LDS additive. In a subsequent metallization in a copper bath, copper layers are formed on the activated areas that are adhesive and have sharp contours. In this way, different layers, for example made of nickel, gold, silver or solder, can be built up one after the other, which then form the tracks 9 .
  • EMI/EMC shielding EMI/EMC shielding
  • an electrically conductive layer 10 must be applied to the outside of the housing, ie in particular the housing wall and the base 2, for electromagnetic shielding.
  • the layer 10 can be applied, for example, by painting, physical or chemical vapor deposition (CVD) or sputtering.
  • the layer can, for example, comprise a metal or a conductive plastic, ie generally a plastic with a conductive additive.
  • the layer 10 preferably covers the entire outside of the housing.
  • the required ground contact of the layer 10 is produced, for example, by a through-hole, such as a bore 11A (FIG. 8), or by a groove 11B (FIG. 9) in the housing wall.
  • the electrically conductive layer 10 is also applied in the bore 11A or the groove 11B, so that the electrically conductive layer 10 is in contact with one of the electrically conductive traces 9 on the inside of the housing.
  • the electrically conductive layer 10 can be in contact with the printed circuit board 8 and can be contacted with the electrically conductive tracks 9 via this. In this case, the necessary ground contact of the layer 10 is produced via the printed circuit board 8 . In this last example, however, the circuit board is in one case, in which the cover with the circuit board is removed from the housing, not electrically contacted.

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Abstract

The present invention relates to an ultrasonic transducer (1) with a housing which comprises a plastics material, the housing comprising a base (2) and a housing wall, the housing wall comprising a first section (3), which is adjacent to the base (2), and a second section (4), the first and the second section (4) having different dimensions, wherein a transition section (5) is provided between the first and the second section (4), and wherein a surface normal which is perpendicular to the outer side of the housing wall in the transition section (5) is oblique with respect to a surface normal which is perpendicular on the base (2), and is oblique with respect to a surface normal which is perpendicular to the outer side of the housing wall in the first section and to the outer side of the housing wall in the second section (4). A transducer element (6) is arranged here on the base (2), the transducer element being designed to excite the base (2) into a vibration with a frequency in the ultrasound range. The present invention further relates to a method for producing a corresponding housing by injection moulding.

Description

Ultraschallwandler mit Gehäuse Ultrasonic transducer with housing
Die vorliegende Erfindung betri f ft einen Ultraschallwandler mit einem Gehäuse und ein Verfahren zu dessen Herstellung . The present invention relates to an ultrasonic transducer with a housing and a method for its production.
Bekannte Ultraschallwandler für den Frequenzbereich von 40 bis 80 kHz umfassen in der Regel Aluminiumgehäuse . Ein Abschnitt des Gehäuses bildet in der Regel die Membran, die in einer Ultraschall frequenz vibrieren kann . Im Weiteren dient das Gehäuse als Träger des Wandlerelements und als Resonanzkörper . Die Vibration der Membran kann in unerwünschter Weise auf das restliche Gehäuse übertragen werden . Auch ist in der Regel eine mechanische Dämpfung durch direkten Kontakt der Membran mit einem Dämpfungselement notwendig, da bei mangelnder Dämpfung der Membran geringe Abstände nicht mehr per Ultraschall gemessen werden können . Zu große Dämpfung führt dagegen zu mangelnder Sensitivität des Sensors , sodass insbesondere große Abstände nicht mehr gemessen werden können . Known ultrasonic transducers for the frequency range from 40 to 80 kHz usually have aluminum housings. A section of the housing usually forms the diaphragm, which can vibrate at an ultrasonic frequency. Furthermore, the housing serves as a carrier for the transducer element and as a resonance body. The vibration of the membrane can be transmitted to the rest of the housing in an undesired manner. Also, as a rule, mechanical damping is necessary through direct contact of the membrane with a damping element, since small distances can no longer be measured by ultrasound if the membrane is not sufficiently damped. On the other hand, excessive damping leads to a lack of sensitivity of the sensor, so that large distances in particular can no longer be measured.
Ein entsprechender Ultraschallwandler mit Aluminiumgehäuse ist beispielsweise aus der WO 2020245064 A2 bekannt . A corresponding ultrasonic transducer with an aluminum housing is known, for example, from WO 2020245064 A2.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es einen verbesserten Ultraschallwandler sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen . One aim of the present invention is to provide an improved ultrasonic transducer and a method for its production.
Es wird ein Ultraschallwandler mit einem Gehäuse bereitgestellt , das ein Kunststof fmaterial aufweist . An ultrasonic transducer is provided with a housing that includes a plastic material.
Das Gehäuse umfasst einen Boden und eine Gehäusewand . Eine Außenseite der Gehäusewand umfasst einen ersten Abschnitt , der an den Boden anschließt , und einen zweiten Abschnitt , der bevorzugt nicht an den Boden anschließt . Der zweite Abschnitt schließt sich an eine Gehäuseöf fnung an . The housing includes a floor and a housing wall. An outside of the housing wall includes a first section, which is bottom contiguous and a second portion which is preferably not bottom contiguous . The second section follows a housing opening.
Der erste und der zweite Abschnitt weisen verschiedene Abmessungen auf . Insbesondere können der erste und der zweite Abschnitt verschiedene Abmessungen in einer Richtung senkrecht zu einer Flächennormale des Bodens bzw . parallel zum Boden aufweisen . The first and second sections have different dimensions. In particular, the first and the second section can have different dimensions in a direction perpendicular to a surface normal of the floor or have parallel to the ground.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist weiterhin ein Übergangsabschnitt vorgesehen . Das Gehäuse umfasst also in dieser Reihenfolge den Boden, den anschließenden ersten Abschnitt der Gehäusewand, den an den ersten Abschnitt anschließenden Übergangsabschnitt der Gehäusewand und den an den Übergangsabschnitt anschließenden zweiten Abschnitt der Gehäusewand sowie die an den zweiten Abschnitt anschließende Gehäuseöf fnung . In einer Richtung parallel zum Boden weisen der erste Abschnitt , der Übergangsabschnitt und der zweite Abschnitt dabei bevorzugt verschiedene Abmessungen auf . Die Abschnitte können ebenso verschiedene Abmessungen in einer Richtung senkrecht zum Boden aufweisen . A transition section is also provided between the first and the second section. The housing thus comprises in this order the base, the adjoining first section of the housing wall, the transition section of the housing wall adjoining the first section and the second section of the housing wall adjoining the transition section, as well as the housing opening adjoining the second section. In a direction parallel to the floor, the first section, the transition section and the second section preferably have different dimensions. The sections can also have different dimensions in a direction perpendicular to the ground.
Der Übergangsabschnitt schließt sich bevorzugt direkt an den ersten Abschnitt an und der zweite Abschnitt schließt sich bevorzugt unmittelbar an den Übergangsabschnitt an . Das heißt , dass die Gehäusewand bevorzugt keine weiteren Abschnitte neben den drei genannten Abschnitten aufweist . The transition section preferably follows directly on the first section and the second section preferably follows directly on the transition section. This means that the housing wall preferably has no further sections apart from the three sections mentioned.
Eine Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , ist darüber hinaus schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht auf dem Boden steht . Weiterhin ist die Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , schräg zu einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt steht . Weiterhin ist die Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , schräg zu einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt steht . A surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is also oblique to a surface normal that is perpendicular to the floor. Furthermore, the surface normal, which is perpendicular to the The outside of the housing wall in the transition section is inclined to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section. Furthermore, the surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, is oblique to a surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section.
Ein Wandlerelement ist auf dem Boden angeordnet , das dazu ausgestaltet ist , den Boden zu einer Vibration mit einer Frequenz im Ultraschall-Bereich anzuregen . A transducer element is disposed on the floor and is configured to excite the floor to vibrate at a frequency in the ultrasonic range.
Die Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , ist also schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht auf dem Boden steht , schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt steht , und schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt steht . The surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is therefore oblique to a surface normal that is perpendicular to the floor, oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section.
Insbesondere ist bezogen auf eine Schnittebene des Gehäuses die Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht auf dem Boden steht , schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt steht , und schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt steht . Alle hier genannten Flächennormalen liegen also in einer Ebene , nämlich in derselben Schnittebene des Gehäuses , vor . In particular, in relation to a sectional plane of the housing, the surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section is inclined to a surface normal that is perpendicular to the floor, oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and oblique to a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the second section. All surface normals mentioned here are therefore in one plane, namely in the same sectional plane of the housing.
In einer Aus führungs form ist j ede Flächennormale , die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts steht , schräg zu jeder Flächennormale, die senkrecht auf dem Boden steht . In one embodiment, each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is oblique to any surface normal that is perpendicular to the ground.
In einer bevorzugten Aus führungs form ist jede Flächennormale, die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts steht, weiterhin schräg zu jeder Flächennormale, die senkrecht auf der Außenseite des ersten Abschnitts steht. In a preferred embodiment, each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is also oblique to each surface normal that is perpendicular to the outside of the first section.
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form ist jede Flächennormale, die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts steht, weiterhin schräg zu jeder Flächennormale, die senkrecht auf der Außenseite des zweiten Abschnitts steht. In a further preferred embodiment, each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is also oblique to each surface normal that is perpendicular to the outside of the second section.
Bevorzugt ist jede Flächennormale, die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts steht, schräg zu jeder Flächennormale, die senkrecht auf dem Boden oder der Außenseite des ersten Abschnitts oder der Außenseite des zweiten Abschnitts steht. Preferably, each surface normal that is perpendicular to the outside of the transition section is oblique to each surface normal that is perpendicular to the bottom or the outside of the first section or the outside of the second section.
Unter dem Begriff schräg wird hierbei und im Folgenden eine Stellung verstanden, die weder senkrecht noch parallel ist. Here and in the following, the term oblique is understood to mean a position that is neither vertical nor parallel.
Bevorzugt kann der Boden des Gehäuses ist als eine Membran ausgeprägt sein, die bei Anregung durch ein Wandlerelement oder durch äußere Schwingungen in einer Ultraschallfrequenz vibriert. Der Boden ist dazu sehr dünn, insbesondere dünner als die Gehäusewand, ausgestaltet. The bottom of the housing can preferably be designed as a membrane which vibrates at an ultrasonic frequency when excited by a transducer element or by external vibrations. For this purpose, the base is very thin, in particular thinner than the housing wall.
Das beschriebene Gehäuse mit Übergangsabschnitt hat den Vorteil, dass Vibrationen des Bodens kaum bzw. nur gedämpft in das übrige Gehäuse, insbesondere in den zweiten Abschnitt der Gehäusewand, übertragen werden. Dieser Effekt wird durch die geometrische Form des Gehäuses , die Ausprägung des Übergangsabschnitts und ein geeignetes Material für das Gehäuse unterstützt . The described housing with a transition section has the advantage that vibrations of the floor are hardly transmitted or are only transmitted in a damped manner to the rest of the housing, in particular to the second section of the housing wall. This effect is through the geometric shape of the housing, the shape of the transition section and a suitable material for the housing.
Insbesondere ermöglicht die geeignete Auswahl eines Kunststof fes mit entsprechenden Elasti zitäts- und Dämpfungseigenschaften die Einstellung einer gewünschten Sensitivität bzw . Dämpfung von Vibrationen des Bodens , was die minimale und maximale messbare Distanz bestimmt . Bei zu hoher Dämpfung von Vibrationen des Bodens verringert sich die maximale messbare Distanz , bei zu niedriger Dämpfung erhöht sich die minimale messbare Distanz . In particular, the appropriate selection of a plastic fes with appropriate elasticity and damping properties enables the setting of a desired sensitivity or Dampening of floor vibrations, which determines the minimum and maximum measurable distance. If the damping of floor vibrations is too high, the maximum measurable distance decreases, if the damping is too low, the minimum measurable distance increases.
Weiterhin weist das beschriebene Gehäuse eine hohe Stabilität insbesondere gegenüber mechanischem Druck auf die Außenseite der Gehäusewand auf . Somit ist das beschriebene Gehäuse besonders geeignet , um in automatisierten Montageprozessen verbaut zu werden, in deren Zuge Druck auf die Außenseite der Gehäusewand, beispielsweise durch Grei farme , ausgeübt wird . Furthermore, the housing described has a high level of stability, in particular with respect to mechanical pressure on the outside of the housing wall. Thus, the housing described is particularly suitable to be installed in automated assembly processes, in the course of which pressure is exerted on the outside of the housing wall, for example by gripping arms.
Insbesondere die Verwendung eines geeigneten Kunststof fmaterials ermöglicht eine vielseitige , variable und den Montage-und Anwendungsbedingungen angepasste Form des Gehäuses , das dann beispielsweise in einem Spritzgussprozess hergestellt werden kann . In particular, the use of a suitable plastic material enables the housing to have a versatile, variable shape that is adapted to the assembly and application conditions and can then be produced, for example, in an injection molding process.
Gemäß einer Aus führungs form schließen eine Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , und eine Flächennormale , die senkrecht auf dem Boden steht , einen Winkel zwischen 1 ° und 89 ° , bevorzugt zwischen 5 ° und 85 ° und noch bevorzugter zwischen 10 ° und 80 ° ein . Dasselbe gilt bevorzugt für einen Winkel zwischen einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , und einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt steht , und ebenso für einen Winkel zwischen einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , und einer Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt steht . According to one embodiment, a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section and a surface normal that is perpendicular to the floor form an angle of between 1° and 89°, preferably between 5° and 85° and even more preferably between 10° and 80° in. The same preferably applies to an angle between a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, and a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the first section, and also for an angle between a surface normal that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section, and a surface normal that is perpendicular to the outside of the Housing wall in the second section is .
Durch eine solche schräge Stellung der Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt wird eine Vibration im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Gehäusewand gedämpft . Weiterhin erhöht dies die Stabilität des Gehäuses gegen Druck auf die Außenseite der Gehäusewand . Such an inclined position of the outside of the housing wall in the transition section dampens vibration in the housing between the first and the second section of the housing wall. Furthermore, this increases the stability of the housing against pressure on the outside of the housing wall.
Bildet die Gehäusewand im Übergangsabschnitt eine ebene schräge Fläche , steht bevorzugt j ede beliebige Flächennormale dieser Fläche schräg zu einer Flächennormalen des Bodens , bevorzugt in einem Winkel zwischen 1 ° und 89 ° , bevorzugter in einem Winkel zwischen 5 ° und 85 ° und noch bevorzugter in einem Winkel zwischen 10 ° und 80 ° . If the housing wall forms a flat inclined surface in the transition section, any surface normal of this surface is preferably inclined to a surface normal of the base, preferably at an angle between 1° and 89°, more preferably at an angle between 5° and 85° and even more preferably in an angle between 10° and 80°.
Gemäß einer Aus führungs form ist die Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt gewölbt . Die Gehäusewand kann sowohl eine konkave wie auch eine konvexe Wölbung nach außen oder beides aufweisen . Die Gehäusewand im Übergangsabschnitt kann auch einen oder mehrere gewölbte und ebene Abschnitte umfassen . According to one embodiment, the outside of the housing wall is curved in the transition section. The housing wall can have both a concave and a convex outward curvature or both. The housing wall in the transition section can also include one or more curved and planar sections.
Insbesondere kann angrenzend zum ersten Abschnitt ein gewölbter Abschnitt vorgesehen sein und angrenzend zum zweiten Abschnitt ein ebener Abschnitt vorgesehen sein . In particular, a curved section can be provided adjacent to the first section and a flat section can be provided adjacent to the second section.
Alternativ oder zusätzlich können auch nebeneinander schräge und gewölbte Abschnitte angeordnet sein, die j eweils an den ersten und den zweiten Abschnitt oder nur an einen von beidenAlternatively or additionally, oblique and curved sections can also be arranged next to one another, each of which is attached to the first and second section or just one of them
Abschnitten anschließen . connect sections .
Durch eine so ausgebildete Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt kann das Vibrationsverhalten des Gehäuses gezielt eingestellt werden und insbesondere das Vibrationsverhalten einzelner Gehäuseabschnitte an hierfür gewünschte Anforderungen angepasst werden . Insbesondere kann eine Dämpfung von Vibrationen im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Gehäusewand erzielt werden, sodass zumindest in gewünschten Abschnitten des zweiten Abschnitts der Gehäusewand nur eine geringe oder keine Vibrationen auftreten . In anderen Abschnitten der Gehäusewand, auch im zweiten Abschnitt , können die Vibrationen stärker ausgeprägt sein . Weiterhin erhöht dies die Stabilität des Gehäuses gegen Druck auf die Außenseite der Gehäusewand, insbesondere während der Montage des Gehäuses . With an outside of the housing wall designed in this way in the transition section, the vibration behavior of the housing can be adjusted in a targeted manner and in particular the vibration behavior of individual housing sections can be adapted to the requirements desired for this. In particular, a damping of vibrations in the housing between the first and the second section of the housing wall can be achieved, so that at least in desired sections of the second section of the housing wall only little or no vibration occurs. In other sections of the housing wall, including the second section, the vibrations can be more pronounced. Furthermore, this increases the stability of the housing against pressure on the outside of the housing wall, in particular during assembly of the housing.
Gemäß einer Aus führungs form weist das Kunststof fmaterial einen Gütefaktor Q als Maß für die Dämpfung zwischen 10 und 100 , bevorzugt zwischen 10 und 65 auf . Bevorzugter liegt der Gütefaktor Q zwischen 25 und 50 . Der Gütefaktor ist ein Maß für die Dämpfung bzw . den Energieverlust eines zu Schwingungen fähigen Systems . Eine hohe Güte eines Systems besagt , dass das System schwach gedämpft ist . Der gewünschte Gütefaktor kann durch eine geeignete Wahl des Kunststof fmaterials für das Gehäuse erhalten werden . Ein Boden aus einem Kunststof fmaterial mit dem gewählten Gütefaktor Q kann bei der Anwendung als Ultraschallwandler ausreichend zu Vibrationen angeregt und gedämpft werden . Insbesondere kann das Gehäuse aus dem Kunststof fmaterial bestehen . Das ganze Gehäuse umfassend den Boden und die Gehäusewand kann aus dem Kunststof fmaterial bestehen . Das Kunststof fmaterial kann über das gesamte Gehäuse homogene Eigenschaften aufweisen . Unterschiede in der Dämpfung oder der mechanischen Stabilität , insbesondere der Stabilität gegen Druck von außen, zwischen einzelnen Abschnitten des Gehäuses werden im vorliegenden Gehäuse bevorzugt nicht durch verschiedene Zusammensetzungen des Gehäusematerials sondern durch die geeignet ausgestaltete Gehäuseform erzielt . According to one embodiment, the plastic material has a quality factor Q as a measure of the damping between 10 and 100, preferably between 10 and 65. More preferably, the quality factor Q is between 25 and 50. The quality factor is a measure of the attenuation or the energy loss of a system capable of oscillations. A high quality of a system means that the system is weakly damped. The desired figure of merit can be obtained by appropriate choice of plastic material for the housing. A base made of a plastic material with the selected quality factor Q can be sufficiently excited and dampened to vibrate when used as an ultrasonic transducer. In particular, the housing can consist of the plastic material. The entire housing, including the bottom and the housing wall, can be made of the plastic material. The plastic material can have homogeneous properties over the entire housing. Differences in the damping or the mechanical stability, in particular the stability against external pressure, between individual sections of the housing are preferably not achieved in the present housing by different compositions of the housing material but by the suitably designed housing shape.
Gemäß einer Aus führungs form weist das Kunststof fmaterial ein E -Modul von mindestens 1 GPa auf . Bevorzugt weist das Kunststof fmaterial ein E-Modul von mindestens 10 GPa auf . Ein Boden aus dem Kunststof fmaterial mit dem gewählten E-Modul kann bei der Anwendung als Ultraschallwandler ausreichend zu Vibrationen angeregt und gedämpft werden . According to one embodiment, the plastic material has an E module of at least 1 GPa. The plastic material preferably has an E module of at least 10 GPa. A floor made of the plastic material with the selected modulus of elasticity can be sufficiently excited and dampened to vibrate when used as an ultrasonic transducer.
Gemäß einer Aus führungs form ist der Ubergangsabschnitt so geformt , dass ein Vibrieren des ersten Abschnitts im zweiten Abschnitt gedämpft ist . According to one embodiment, the transition section is shaped in such a way that vibration of the first section is damped in the second section.
Gemäß einer Aus führungs form weist der Boden eine runde und der erste Abschnitt eine zylinderförmige oder konische Form auf . Bevorzugt weist der Boden eine kreisrunde und der erste Abschnitt eine kreis zylinderförmige Form oder eine konische Form mit kreis förmiger Grundfläche auf . Der Boden bildet hierbei die Grundfläche des Zylinders oder des Konus , wobei Konus als ein Synonym für einen Kegelstumpf steht . According to one embodiment, the bottom has a round shape and the first section has a cylindrical or conical shape. The base preferably has a circular shape and the first section has a circular cylindrical shape or a conical shape with a circular base area. The base here forms the base of the cylinder or the cone, with cone being a synonym for a truncated cone.
Im Falle einer konischen Form weicht diese bevorzugt nur geringfügig von einer zylindrischen Form ab . Die Mantel fläche des Konus weist also nur eine geringe Schräge von beispielsweise maximal 10 ° , bevorzugt maximal 5 ° gegenüber der Flächennormalen des Bodens auf . In the case of a conical shape, this preferably deviates only slightly from a cylindrical shape. So the jacket surface of the cone has only a slight slope for example a maximum of 10°, preferably a maximum of 5° in relation to the surface normal of the floor.
Insbesondere ist eine konische Form des Abschnitts zum Beispiel vorteilhaft um die Stabilität des Gehäuses gegen einen äußeren Druck zu erhöhen . In particular, a conical shape of the section is advantageous, for example, to increase the stability of the housing against external pressure.
Gemäß einer Aus führungs form weist der zweite Abschnitt parallel zum Boden größere Abmessungen als der erste Abschnitt auf . Im Übergangsabschnitt verbreitert sich das Gehäuse dann von der Abmessung des ersten Abschnitts zu der Abmessung des zweiten Abschnitts . According to one embodiment, the second section has larger dimensions parallel to the bottom than the first section. In the transition section, the housing then widens from the dimension of the first section to the dimension of the second section.
Durch den Übergang in den Abmessungen der Abschnitte kann eine Einstellung des Vibrationsverhaltens der Gehäusewand und insbesondere eine Dämpfung von Vibrationen in der Gehäusewand oder in gewünschten Abschnitten der Gehäusewand erreicht werden . The transition in the dimensions of the sections makes it possible to adjust the vibration behavior of the housing wall and in particular dampen vibrations in the housing wall or in desired sections of the housing wall.
Eine breitere Abmessung des zweiten Abschnitts ermöglicht weiterhin die Einbettung einer Leiterplatte mit einer Auswerteelektronik des Ultraschallwandlers direkt im zweiten Abschnitt . A wider dimension of the second section also makes it possible to embed a printed circuit board with evaluation electronics of the ultrasonic transducer directly in the second section.
Gemäß einer Aus führungs form weist ein Innenraum des Gehäuses in einem unteren Abschnitt angrenzend zum Boden eine konische Form auf . Die Form des Innenraums des Gehäuses und einer Außenseite der Gehäusewand, die das Gehäuse an der Außenseite begrenzt , müssen sich nicht gleichen . Insbesondere können eine Innenseite der Gehäusewand, die den Innenraum des Gehäuses begrenzt , und die Außenseite der Gehäusewand verschiedene Schrägen aufweisen . Insbesondere kann der untere Abschnitt in dem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt sein, in dem an einer Außenseite der Gehäusewand der erste Abschnitt ausgeprägt ist . Der untere Abschnitt des Innenraums kann darüber hinaus j edoch auch in einem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt sein, in dem an der Außenseite der Gehäusewand der Ubergangsabschnitt oder der zweite Abschnitt ausgeprägt sind . According to one embodiment, an inner space of the housing has a conical shape in a lower portion adjacent to the bottom. The shape of the interior of the housing and an outside of the housing wall, which delimits the housing on the outside, do not have to be the same. In particular, an inside of the housing wall, which delimits the interior of the housing, and the outside of the housing wall can have different slopes. In particular, the lower section can be formed in the section of the housing in which the first section is formed on an outside of the housing wall. However, the lower section of the interior space can also be formed in a section of the housing in which the transition section or the second section is formed on the outside of the housing wall.
Eine Innenseite des Gehäuses ist bevorzugt in einem Winkel zwischen 0 , 5 ° und 45 ° , bevorzugt zwischen 0 , 5 ° und 5 ° , besonders bevorzugt 2 ° gegenüber einer Zylindermantel fläche senkrecht zum Boden abgeschrägt . An inner side of the housing is preferably beveled at an angle of between 0.5° and 45°, preferably between 0.5° and 5°, particularly preferably 2° relative to a cylinder jacket surface perpendicular to the base.
Eine so ausgeprägte konische Form des Innenraums des Gehäuses erhöht dessen mechanische Stabilität und ermöglicht das Einsetzen eines vorgeformten Absorptionselements , ohne dass dieses bis zum Boden durchrutscht . Such a pronounced conical shape of the interior of the housing increases its mechanical stability and enables the insertion of a preformed absorption element without it slipping through to the floor.
Gemäß einer Aus führungs form verbreitert sich der Umriss des zweiten Abschnitts in der Richtung zum Boden hin . Dies erhöht die mechanische Stabilität des Gehäuses und führt zur Einstellung unterschiedlicher Vibrationen und insbesondere zur Dämpfung von Vibrationen in Abschnitten der Gehäusewand . Insbesondere muss dann ein größerer Unterschied in der Abmessung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt über den Ubergangsabschnitt überbrückt werden, indem der Ubergangsabschnitt beispielsweise weiter nach außen ausgebildet oder gewölbt ist , was die Dämpfung in der Gehäusewand aufgrund deren Formgebung weiter erhöht . According to one embodiment, the contour of the second portion widens in the direction towards the ground. This increases the mechanical stability of the housing and leads to the adjustment of different vibrations and in particular to the damping of vibrations in sections of the housing wall. In particular, a larger difference in the dimensions between the first and the second section must then be bridged via the transition section, for example by the transition section being formed or curved further outwards, which further increases the damping in the housing wall due to its shape.
Gemäß einer Aus führungs form weisen der zweite Abschnitt der Gehäusewand und der erste Abschnitt der Gehäusewand unterschiedliche geometrische Formen auf . Dies ermöglicht eine genaue Einstellung des Vibrationsverhaltens in der Gehäusewand und insbesondere eine bessere Dämpfung von Vibrationen in einzelnen Abschnitten der Gehäusewand . Insbesondere muss dann ein Unterschied in der geometrischen Form zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt über den Ubergangsabschnitt überbrückt werden, was einen Dämpfungsef fekt in der Gehäusewand aufgrund deren Formgebung erhöht . Die unterschiedlichen geometrischen Formen sorgen dafür, dass der Ubergangsabschnitt unregelmäßig geformt ist . Dadurch werden Vibrationen über den Ubergangsabschnitt an verschiedenen Abschnitten verschieden übertragen, sodass die Vibrationen in einzelnen Abschnitten des zweiten Abschnitts gedämpft sind und in anderen Abschnitten verstärkt sind . According to one embodiment, the second section of the housing wall and the first section of the housing wall have different geometric shapes. This enables precise adjustment of the vibration behavior in the housing wall and in particular better damping of vibrations in individual sections of the housing wall. In particular, a difference in the geometric shape between the first and the second section must then be bridged via the transition section, which increases a damping effect in the housing wall due to its shape. The different geometric shapes ensure that the transition section has an irregular shape. As a result, vibrations are transmitted differently across the transition section at different sections, so that the vibrations are damped in individual sections of the second section and amplified in other sections.
Gemäß einer Aus führungs form weist eine Außenseite des zweiten Abschnitts eine rechteckige Umriss form auf . According to one embodiment, an outer side of the second section has a rectangular outline.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form weist ein Innenraum des Gehäuses in einem oberen Abschnitt , der an die Gehäuseöf fnung angrenzt ebenso eine rechteckige Umriss form auf . Bevorzugt sind die Umriss formen quadratisch . According to a preferred embodiment, an interior space of the housing also has a rectangular outline shape in an upper section that adjoins the housing opening. The outlines are preferably square.
Insbesondere kann der obere Abschnitt in dem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt sein, in dem an einer Außenseite der Gehäusewand der zweite Abschnitt ausgeprägt ist . Der obere Abschnitt des Innenraums kann darüber hinaus j edoch auch in einem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt sein, in dem an der Außenseite der Gehäusewand der Ubergangsabschnitt oder der erste Abschnitt ausgeprägt sind . Der Übergangsabschnitt kann dann einen gewölbten Abschnitt umfassen, der direkt an den ersten Abschnitt angrenzt und bis zu den Ecken der rechteckigen Form des zweiten Abschnitts reicht . Ferner kann der Übergangsabschnitt ebene schräge Abschnitte umfassen, die an die Seitenkanten der rechteckigen Umriss form des zweiten Abschnitts angrenzen . Eine solche Form ist hinsichtlich Stabilität des Gehäuses und Dämpfung im Übergangsabschnitt vorteilhaft . In particular, the upper section can be formed in the section of the housing in which the second section is formed on an outside of the housing wall. However, the upper section of the interior can also be formed in a section of the housing in which the transition section or the first section is formed on the outside of the housing wall. The transition section can then comprise a curved section which is directly adjacent to the first section and extends to the corners of the rectangular shape of the second section. Furthermore, the transition section may include planar sloping sections that border on the side edges of the rectangular outline shape of the second section. Such a shape is advantageous in terms of stability of the housing and damping in the transition section.
Mit einer rechteckigen Form ist insbesondere auch eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken gemeint . Das Abrunden der Ecken verbessert die Handhabbarkeit des Gehäuses . A rectangular shape also means, in particular, a rectangular shape with rounded corners. Rounding the corners improves the handling of the case.
Über die bereits erläuterten Vorteile der Formgebung des zweiten Abschnitts hinaus ermöglicht dies das Einsetzen einer rechteckigen Leiterplatte mit Auswerteelektronik direkt in den zweiten Abschnitt . Eine rechteckige Leiterplatte ist einfacher zu fertigen als eine runde Leiterplatte . Darüber hinaus ist die Fertigung einer runden Leiterplatte mit beträchtlichem Materialverlust verbunden . Insbesondere beim Ausschneiden aus einem Wafer muss im Falle runder leiterplatten viel Material verworfen werden . Ein materialeinsparender Prozess ist kostengünstiger und nachhaltiger . In addition to the advantages of the shape of the second section that have already been explained, this makes it possible to insert a rectangular printed circuit board with evaluation electronics directly into the second section. A rectangular PCB is easier to manufacture than a round PCB. In addition, the production of a round printed circuit board involves a considerable loss of material. A lot of material has to be discarded in the case of round printed circuit boards, especially when cutting out from a wafer. A material-saving process is cheaper and more sustainable.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der zweite Abschnitt eine runde Umriss form, insbesondere eine zylinderförmige oder konische Form, auf . Gemäß einer Aus führungs form weist ein Innenraum des Gehäuses im oberen Abschnitt ebenfalls eine zylinderförmige oder konische Form auf . Eine solche Formgebung ermöglicht auch den Einbau runder Leiterplatten direkt in das Gehäuse . Eine runde Gehäuseform ist weiterhin einfach zu fertigen . Der Außenumriss des zweiten Abschnittes der Gehäusewand und der Innenumriss des oberen Abschnitts im Innenraum des Gehäuses können auch verschieden geformt sein . According to a further embodiment, the second section has a round outline, in particular a cylindrical or conical shape. According to one embodiment, an interior of the housing also has a cylindrical or conical shape in the upper section. Such a shape also enables round printed circuit boards to be installed directly in the housing. A round housing shape is still easy to manufacture. The outer outline of The second section of the housing wall and the inner contour of the upper section in the interior of the housing can also be shaped differently.
Gemäß einer Aus führungs form kann es sich bei dem Wandlerelement um ein piezoelektrisches Element , zum Beispiel in Form einer Scheibe , handeln . Das piezoelektrische Element enthält ein piezoelektrisches Material , beispielsweise eine piezoelektrische Keramik . Weiterhin umfasst das Wandlerelement bevorzugt zwei Elektroden, die beispielsweise auf verschiedenen Seiten der piezoelektrischen Keramik anliegen, um ein elektrisches Signal abzugrei fen bzw . eine elektrische Spannung in der Keramik auf zubauen . Das piezoelektrische Element ist bevorzugt auf der Innenseite des Bodens auf geklebt . According to one embodiment, the transducer element can be a piezoelectric element, for example in the form of a disc. The piezoelectric element contains a piezoelectric material, for example a piezoelectric ceramic. Furthermore, the transducer element preferably comprises two electrodes which rest, for example, on different sides of the piezoelectric ceramic in order to pick up an electrical signal or build up an electrical voltage in the ceramic. The piezoelectric element is preferably glued to the inside of the floor.
Gemäß einer Aus führungs form ist eine Leiterplatte im oberen Abschnitt des Innenraums des Gehäuses angeordnet , wobei die Leiterplatte als Deckel ausgestaltet ist , der die Gehäuseöf fnung abdeckt , die dem Boden gegenüberliegt . According to one embodiment, a printed circuit board is arranged in the upper portion of the interior of the housing, the printed circuit board being designed as a cover covering the housing opening which is opposite to the bottom.
Das Gehäuse kann also die Form eines Topfes haben, der einen Boden und eine Gehäusewand und eine dem Boden gegenüberliegenden Gehäuseöf fnung aufweist . Die Gehäuseöf fnung ist bevorzugt durch einen Deckel verschlossen . Der Deckel kann die genannte Leiterplatte sein, auf der die Auswerteelektronik und eine Ansteuerelektronik des Ultraschallwandlers teilweise oder vollständig angeordnet sein können . Die Elektronik ist bevorzugt an der Innenseite der Leiterplatte im Gehäuseinnenraum angebracht und so von äußeren Einflüssen geschützt . Gemäß einer Aus führungs form ist die Leiterplatte mittels eines elastischen Klebstof fes an mehreren separaten Kontakt flächen der Leiterplatte mit korrespondierenden Kontakt flächen im Innenraum des Gehäuses verklebt . Durch die Verwendung eines elastischen Klebstof fes wird eine mögliche Übertragung von Vibrationen im Gehäuse auf den Deckel , die insbesondere auch die Elektronik stören können, verringert bzw . ganz vermieden . The housing can therefore have the shape of a pot, which has a bottom and a housing wall and a housing opening opposite the bottom. The housing opening is preferably closed by a cover. The cover can be the printed circuit board mentioned, on which the evaluation electronics and control electronics of the ultrasonic transducer can be partially or completely arranged. The electronics are preferably attached to the inside of the printed circuit board in the interior of the housing and are thus protected from external influences. According to one embodiment, the printed circuit board is bonded to corresponding contact surfaces in the interior of the housing by means of an elastic adhesive on a number of separate contact surfaces on the printed circuit board. The use of an elastic adhesive reduces or eliminates any possible transmission of vibrations in the housing to the cover, which can also disrupt the electronics in particular. completely avoided.
Gemäß einer Aus führungs form ist zumindest ein Teil oder der ganze obere Abschnitt des Innenraums des Gehäuses unterhalb der Leiterplatte bzw . zwischen einem optionalen Absorptionselement und der Leiterplatte von einem Füllstof f ausgefüllt . Der Füllstof f wird bevorzugt in pastöser Form durch die Gehäuseöf fnung eingeführt und anschließend gehärtet . Der Füllstof f umfasst bevorzugt ein Kunststof fmaterial oder Kunstharz . Der Füllstof f ist bevorzugt elastisch . Der Füllstof f kann ferner j edes weitere geeignete Material umfassen . According to one embodiment, at least a part or the entire upper section of the interior of the housing is below the printed circuit board or between an optional absorption element and the printed circuit board filled with a filler. The filler is preferably introduced in pasty form through the housing opening and then hardened. The filler preferably comprises a plastic material or synthetic resin. The filler is preferably elastic. The filler can also include any other suitable material.
In einer Aus führungs form schließt die Leiterplatte als Deckel nicht bündig mit der umgebenden Gehäusewand ab, sondern ist abgesenkt im Innenraum des Gehäuses angeordnet . Der verbliebene Raum im Gehäuse , außerhalb des von Boden und Leiterplatte umschlossenen Innenraumes , ist zum Teil bevorzugt mit dem Füllstof f ausgefüllt . Bevorzugt bedeckt der Füllstof f dann nahezu die gesamte Leiterplatte , bis auf einen Abschnitt der Leiterplatte , an dem eine elektrische Kontaktierung nach außen vorgesehen ist . Die Leiterplatte ist so zusätzlich im Gehäuse festgelegt und vor äußerenIn one embodiment, the circuit board as a cover does not end flush with the surrounding housing wall, but is arranged sunken in the interior of the housing. The remaining space in the housing, outside of the interior enclosed by the base and circuit board, is preferably partially filled with the filler. The filler then preferably covers almost the entire printed circuit board, apart from a section of the printed circuit board on which electrical contact to the outside is provided. The printed circuit board is thus additionally fixed in the housing and in front of the outside
Einflüssen geschützt . In einer bevorzugten Aus führungs form liegt die Leiterplatte insbesondere auf Kontakt flächen im Innenraum des Gehäuses auf , an denen die Vibrationen im Gehäuse minimal sind ( sogenannte Schwingungsknoten oder „Vibration Nodes" ) , um eine Übertragung der Vibrationen auf die Leiterplatte zu vermeiden . protected from influences. In a preferred embodiment, the printed circuit board rests in particular on contact surfaces in the interior of the housing where the vibrations in the housing are minimal (so-called vibration nodes) in order to prevent the vibrations from being transmitted to the printed circuit board.
Gemäß einer Aus führungs form ist im oberen Abschnitt des Innenraums des Gehäuses eine Stufe ausgeprägt , auf der die Leiterplatte aufliegt , und auf der die Kontakt flächen des Gehäuses vorgesehen sind . Die Stufe kann beispielsweise einen rechteckigen Umriss oder einen runden Umriss aufweisen . According to one embodiment, a step is formed in the upper section of the interior of the housing, on which the printed circuit board rests and on which the contact surfaces of the housing are provided. For example, the step may have a rectangular outline or a circular outline.
Bevorzugt gleicht die Umriss form der Stufe der des Innenraums im oberen Abschnitt . Preferably, the outline of the step resembles that of the interior space in the upper portion.
Gemäß einer beispielhaften Aus führungs form sind die Kontakt flächen des Gehäuses an Ecken oder in der Mitte zwischen zwei Ecken der Stufe ausgeprägt . An diesen Stellen sind die Vibrationen im Gehäuse dann bevorzugt minimal . According to an exemplary embodiment, the contact surfaces of the housing are pronounced at corners or in the middle between two corners of the step. The vibrations in the housing are then preferably minimal at these points.
Das Wandlerelement und die Leiterplatte bzw . insbesondere die Auswerteelektronik der Leiterplatte sind elektrisch kontaktiert . Insbesondere sind bevorzugt mindestens zwei Kontaktierungen vorgesehen, um zwei unterschiedlich gepolte Elektroden des Wandlerelements zu kontaktieren . The transducer element and the circuit board or. in particular the evaluation electronics of the printed circuit board are electrically contacted. In particular, at least two contacts are preferably provided in order to contact two differently polarized electrodes of the converter element.
Gemäß einer Aus führungs form sind die Leiterplatte und das Wandlerelement über leitende Spuren auf der Innenseite des Gehäuses elektrisch kontaktiert . According to one embodiment, the printed circuit board and the converter element are electrically contacted via conductive traces on the inside of the housing.
Insbesondere kann es sich um aufgedruckte oder auf gesputterteIn particular, it can be imprinted or sputtered
Spuren aus einem elektrisch leitfähigen Material wie einemTraces of an electrically conductive material such as a
Metall , bevorzugt Kupfer, oder einem elektrisch leitfähigen Kunststof f handeln . Ein elektrisch leitfähiger Kunststof f enthält elektrisch leitfähige Partikel , beispielsweise Metallpartikel , die Kupfer umfassen . Metal, preferably copper, or an electrically conductive trade plastic . An electrically conductive plastic contains electrically conductive particles, for example metal particles that include copper.
Alternativ können die Spuren in einer Aus führungs form auch innerhalb der Gehäusewand ausgeprägt sein, sodass nur Kontaktstellen der Spuren zur Kontaktierung mit der Auswerteelektronik und dem Wandlerelement an der Innenseite des Gehäuses , also insbesondere auf der Innenseite der Gehäusewand und des Bodens , freilegen . Alternatively, the tracks can also be formed within the housing wall in one embodiment, so that only contact points of the tracks for contacting the evaluation electronics and the converter element on the inside of the housing, i.e. in particular on the inside of the housing wall and the bottom, are exposed.
Durch eine solche Aus führung werden Kontaktierungen durch Drähte im Innenraum des Gehäuses , deren Montage aufwändig und umständlich ist , überflüssig . Such a design means that there is no longer any need for contacting by wires in the interior of the housing, the installation of which is complex and laborious.
In einer Aus führungs form sind die leitenden Spuren mittels eines leitfähigen Klebstof fes mit elektrischen Kontakten auf der Leiterplatte kontaktiert . Es handelt sich insbesondere um die Kontakte der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte . Bevorzugt ist der leitfähige Klebstof f weiterhin elastisch, sodass eine Übertragung von Vibrationen vom Gehäuse auf die Leiterplatte vermieden wird . In one embodiment, the conductive traces are contacted to electrical contacts on the printed circuit board by means of a conductive adhesive. In particular, this concerns the contacts of the evaluation electronics on the printed circuit board. The conductive adhesive is preferably also elastic, so that transmission of vibrations from the housing to the printed circuit board is avoided.
Durch eine solche Ausgestaltung der Kontaktierung über die Spuren und den elektrisch leitfähigen Kleber kann der Ultraschallwandler einfach durch ein Aufsetzen der Leiterplatte als Deckel zusammengebaut werden, ohne dass weitere Schritte zur Kontaktierung zwischen Leiterplatte und Wandlerelement vorgenommen werden müssen . With such a configuration of the contact via the tracks and the electrically conductive adhesive, the ultrasonic transducer can be assembled simply by placing the printed circuit board as a cover, without having to take any further steps to make contact between the printed circuit board and the transducer element.
Gemäß einer Aus führungs form ist das Kunststof fmaterial elektrisch isolierend . Somit können die Spuren direkt auf das Kunststof fmaterial aufgebracht , bzw . in diesem ausgeprägt werden . Eine geeignete Methode zur Ausprägung der Spuren im Falle von einem Gehäuse bestehend aus einem elektrisch isolierenden Grundstof fmaterial wäre insbesondere eine Laserdirektstrukturierung ( LDS ) . According to one embodiment, the plastic material is electrically insulating. Thus the traces can be applied directly to the plastic material or pronounced in this become . A suitable method for forming the tracks in the case of a housing consisting of an electrically insulating base material would be laser direct structuring (LDS).
In einer Aus führungs form enden die Spuren in mehreren Kontakt flächen auf dem Boden . Das Wandlerelement ist bevorzugt an einem hierfür vorgesehenen Abschnitt mittels eines nicht leitenden Klebers auf dem Boden auf geklebt . In one embodiment, the tracks terminate in multiple contact pads on the ground. The transducer element is preferably glued to the floor at a section provided for this purpose by means of a non-conductive adhesive.
In einer Aus führungs form kontaktieren die Elektroden des Wandlerelements die elektrisch leitenden Spuren kontaktieren . Bevorzugt reichen die Spuren in dieser Aus führungs form bis auf den Boden und das Wandlerelement liegt auf den Spuren auf . In one embodiment, the electrodes of the transducer element contact the electrically conductive traces. In this embodiment, the tracks preferably reach down to the floor and the transducer element rests on the tracks.
Insbesondere kann das Wandlerelement so auf dem Boden aufgeklebt werden, dass das Wandlerelement und insbesondere dessen Elektroden direkt auf den Spuren aufliegen und bevorzugt mit diesen elektrisch kontaktiert sind . In particular, the transducer element can be glued to the floor in such a way that the transducer element and in particular its electrodes rest directly on the tracks and are preferably electrically contacted with them.
In einer bevorzugten Aus führungs form ist der Kontakt zwischen den Elektroden des Wandlerelements und den Spuren über einen leitfähigen Kleber hergestellt . Alternativ kann der Kontakt auch bei Verwendung eines nicht leitfähigen Klebers hergestellt werden, wenn die Oberflächenrauigkeit der Spuren oder der Elektroden des Wandlerelements ausreichend groß ist , dass sich durch die Klebeschicht hindurch ein elektrischerIn a preferred embodiment, contact between the electrodes of the transducer element and the traces is made via a conductive adhesive. Alternatively, the contact can also be made using a non-conductive adhesive if the surface roughness of the traces or the electrodes of the transducer element is sufficiently large that an electrical
Kontakt , insbesondere auch ein Kontakt durch direkte Berührung, zwischen den Spuren und den Elektroden des Wandlerelements einstellt . Die Spuren können in einer Aus führungs form auch bereits neben dem Wandlerelement enden und das Wandlerelement nicht auf den Spuren auf fliegen . In dieser Aus führungs form ist der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden des Wandlerelements und den Spuren bevorzugt über den leitfähigen Kleber hergestellt . Contact, in particular contact by direct contact, between the traces and the electrodes of the transducer element sets. In one embodiment, the tracks can also end next to the transducer element and the transducer element cannot fly onto the tracks. In this embodiment, electrical contact between the electrodes of the transducer element and the traces is preferably made via the conductive adhesive.
Gemäß einer Aus führungs form ist eine elektrisch leitende Beschichtung zur elektro-magnetischen Abschirmung auf der Außenseite des Gehäuses , also insbesondere auf der Außenseite der Gehäusewand und des Bodens , aufgebracht ist . According to one embodiment, an electrically conductive coating for electromagnetic shielding is applied to the outside of the housing, ie in particular to the outside of the housing wall and the base.
In einer weiteren Aus führungs form umfasst das Gehäuse ein Material , das nicht elektrisch isolierend ist oder das Kunststof fmaterial ist elektrisch leitfähig . In dieser Aus führungs form ist auf einer Innenseite der Gehäusewand bzw . des Bodens , auf den die elektrisch leitfähigen Spuren aufgetragen sind eine elektrisch isolierende Schicht zwischen der Gehäusewand und den Spuren angeordnet . Beispielsweise kann eine isolierende Schicht aus Parylene C vorgesehen sein . In a further embodiment, the housing comprises a material which is not electrically insulating or the plastic material is electrically conductive. In this embodiment, on an inside of the housing wall or of the floor on which the electrically conductive traces are applied, an electrically insulating layer is arranged between the housing wall and the traces. For example, an insulating layer of Parylene C can be provided.
Eine Gehäusewand aus einem elektrisch leitfähigen Material hat den Vorteil , dass die Gehäusewand die im Gehäuse angeordnete Elektronik gegen störende elektromagnetische Einflüsse von außen abschirmt (EMC-/EMI-Schut z ) . A housing wall made of an electrically conductive material has the advantage that the housing wall shields the electronics arranged in the housing against interfering electromagnetic influences from the outside (EMC/EMI protection z).
In einer weiteren Aus führungs form, insbesondere wenn das Gehäuse nicht elektrisch leitfähig ist , ist eine elektrisch leitende Beschichtung auf die Außenseite des Gehäuses aufgetragen, die die Außenseite des Gehäuses bevorzugt vollständig bedeckt . Eine solche Beschichtung schirmt die im Gehäuse angeordnete Elektronik und elektrisch leitenden Spuren gegen störende elektromagnetische Einflüsse und insbesondere vor elektrischer Induktion von außen ab (EMC-/EMI-Schut z ) . In a further embodiment, in particular if the housing is not electrically conductive, an electrically conductive coating is applied to the outside of the housing, which preferably completely covers the outside of the housing. Such a coating shields the electronics and electrically conductive traces arranged in the housing against interfering electromagnetic influences and in particular against electrical induction from the outside (EMC/EMI protection z).
Insbesondere kann die elektrisch leitende Beschichtung ein metallisches Material wie beispielsweise Kupfer enthalten . Die Beschichtung kann gleichmäßig und dünn aufgetragen sein . Die Beschichtung kann beispielsweise durch Sputtern, aber auch beispielsweise in Form eines Lackes , der elektrisch leitfähige Partikel umfasst , aufgetragen sein . In particular, the electrically conductive coating can contain a metallic material such as copper. The coating can be applied evenly and thinly. The coating can be applied, for example, by sputtering, but also, for example, in the form of a paint that includes electrically conductive particles.
Zur Masse-Kontaktierung der Beschichtung kann in einer Aus führungs form ein elektrisch leitendes Via, also eine Durchgangskontaktierung, zwischen der Beschichtung auf der Außenseite des Gehäuses und einer der Spuren auf der Innenseite des Gehäuses vorgesehen ist . In one embodiment, for ground contacting of the coating, an electrically conductive via, ie through contacting, can be provided between the coating on the outside of the housing and one of the tracks on the inside of the housing.
Insbesondere kann das Via in einer Aus führungs form in einem Durchgangsloch in der Gehäusewand ausgeprägt sein . In particular, in one embodiment, the via can be stamped out in a through-hole in the housing wall.
Bei dem Durchgangsloch kann es sich um eine eigens dafür angefertigte Bohrung in der Gehäusewand handeln . Die elektrisch leitende Beschichtung kann dann auch auf einer Oberfläche in der Bohrung angeordnet sein und sich bis zur elektrisch leitenden Spur an der Innenseite der Gehäusewand erstrecken . Insbesondere können die Spur und die Beschichtung dasselbe Material aufweisen und einen durchgängig verbundenen beschichteten Bereich bilden . The through-hole can be a borehole in the housing wall that is specially made for this purpose. The electrically conductive coating can then also be arranged on a surface in the bore and can extend up to the electrically conductive track on the inside of the housing wall. In particular, the track and the coating can have the same material and form a continuously connected coated area.
In einer weiteren Aus führungs form kann das Via, statt in einem Durchgangsloch in einer Rinne in einer äußeren Kante der Gehäusewand, die die Gehäuseöf fnung umgibt , ausgeprägt sein . Bei der Rinne kann es sich analog zum Durchgangsloch um eine Bohrung, allerdings nicht mittig in der Gehäusewand, sondern an einer äußeren Kante der Gehäusewand, handeln . In a further embodiment, the via can be formed in a groove in an outer edge of the housing wall surrounding the housing opening, instead of in a through hole be . Analogous to the through-hole, the groove can be a bore, but not in the center of the housing wall, but rather on an outer edge of the housing wall.
Durch die Rinne wird sichergestellt , dass die elektrisch leitende Beschichtung bzw . die Spur oder deren elektrische Verbindung an einer äußeren Kante der Gehäusewand frei liegt , sodass beispielsweise ein nicht beabsichtigter Kurzschluss mit einem elektrischen Kontakt in der Umgebung des Gehäuses vermieden wird . The groove ensures that the electrically conductive coating or the trace or its electrical connection is exposed at an outer edge of the housing wall so that, for example, an unintentional short circuit with an electrical contact in the vicinity of the housing is avoided.
In einer weiteren Aus führungs form sind die elektrisch leitende Beschichtung und eine der Spuren über die Leiterplatte elektrisch kontaktiert . In dieser In a further embodiment, the electrically conductive coating and one of the tracks are electrically contacted via the printed circuit board. In this
Aus führungs form sind die leitende Beschichtung und die Spur nur elektrisch kontaktiert , wenn der Deckel geschlossen ist , also die Leiterplatte auf das Gehäuse aufgesetzt ist . Zur Kontaktierung zwischen der Elektronik auf der Leiterplatte und der äußeren Beschichtung kann insbesondere wieder eine beschichtete Rinne oder ein beschichtetes Durchgangsloch vorgesehen sein . In one embodiment, the conductive coating and the track only make electrical contact when the cover is closed, ie the printed circuit board is placed on the housing. A coated groove or a coated through-hole can in particular be provided again for contacting between the electronics on the printed circuit board and the outer coating.
In einer Aus führungs form ist ein zylinderförmiges oder konisches vorgeformtes Absorptionselement in einem Abstand zum Boden in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet . Das vorgeformte Absorptionselement kann beim Zusammenhang des Ultraschallwandlers einfach in das Gehäuse eingesetzt werden . In one embodiment, a cylindrical or conical preformed absorption element is arranged at a distance from the floor in the interior of the housing. The preformed absorption element can easily be inserted into the housing when the ultrasonic transducer is connected.
Das Absorptionselement absorbiert Schall- und Ultraschallwellen und verhindert bevorzugt insbesondere eine Schall- oder Ultraschallausbreitung im Innenraum des Gehäuses , dämpft bevorzugt j edoch nicht die mechanischen Schwingungen bzw . Vibrationen in der Gehäusewand . Somit ermöglicht das Absorptionselement auch das Messen von Abständen in kurzer Distanzen mithil fe des Ultraschallwandlers . The absorption element absorbs sound and ultrasonic waves and preferably prevents, in particular, sound or ultrasonic propagation in the interior of the housing, but preferably does not dampen the mechanical vibrations or Vibrations in the housing wall. Therewith the absorption element also enables the measurement of distances at short distances with the aid of the ultrasonic transducer.
Gemäß einer Aus führungs form ist zwischen dem vorgeformten Absorptionselement und dem Boden ein Hohlraum vorgesehen . Der Hohlraumist insbesondere ein Spalt , der lediglich Luft umfasst . Der Hohlraumverhindert eine Dämpfung von Schwingungen des Bodens durch unerwünschten direkten Kontakt des Absorptionselements mit dem Boden . Der Hohlraumsoll vielmehr so breit sein, dass auch bei einer maximalen Schwingung des Bodens im Betrieb des Ultraschallwandlers der Boden nicht in Kontakt mit dem Absorptionselement kommt . According to one embodiment, a cavity is provided between the preformed absorption element and the floor. In particular, the cavity is a gap containing only air. The cavity prevents vibrations of the floor from being dampened by undesired direct contact of the absorption element with the floor. Rather, the cavity should be so wide that even with maximum vibration of the floor during operation of the ultrasonic transducer, the floor does not come into contact with the absorption element.
Zusätzlich oder alternativ ist der Abstand zwischen dem Boden und dem Absorptionselement bevorzugt so abgemessen, dass sich eine destruktive Interferenz der akustischen Wellen zwischen den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Bodens und des Absorptionselements einstellt . Additionally or alternatively, the distance between the floor and the absorption element is preferably measured in such a way that destructive interference of the acoustic waves occurs between the two opposite surfaces of the floor and the absorption element.
Eine direkte mechanische Dämpfung des Bodens ist aufgrund des wie beschrieben vorteilhaft gewählten Kunststof fmaterials und der beschriebenen Form des Gehäuses hingegen nicht notwendig . On the other hand, direct mechanical damping of the floor is not necessary due to the advantageously selected plastic material as described and the described shape of the housing.
Insbesondere ist das Absorptionselement in einer Aus führungs form ein auf geschäumtes Kunststof f element . Das Kunststof f element umfasst beispielsweise ein Urethan-Derivat wie Polyurethan oder ein Silikon . Ein solcher auf geschäumter Kunststof f weist bei geeigneter Wahl die erforderlichen Materialeigenschaften auf , um die Schwingungen, insbesondere Schallschwingungen, möglichst vollständig zu dämpfen . Ein solches Absorptionselement ist weiterhin einfach vorzufertigen und kann einfach und ohne Nachbearbeitung in die gewünschte erforderliche Form gebracht werden . In particular, in one embodiment, the absorption element is a foamed-on plastic element. The plastic element includes, for example, a urethane derivative such as polyurethane or a silicone. With a suitable choice, such a foamed-on plastic has the necessary material properties in order to dampen the vibrations, in particular sound vibrations, as completely as possible. Such an absorption element is also easy to prefabricate and can be brought into the desired required shape easily and without post-processing.
Gemäß einer Aus führungs form ist eine radiale Abmessung des Absorptionselements größer ist als eine radiale Ausdehnung des Innenraums des Gehäuses im Bereich des Bodens . Dies verhindert insbesondere ein Durchrutschen des Absorptionselements bis zum Gehäuseboden . According to one embodiment, a radial dimension of the absorption element is greater than a radial extension of the interior of the housing in the area of the bottom. In particular, this prevents the absorption element from slipping through to the bottom of the housing.
Insbesondere können das Absorptionselement und/oder der untere Abschnitt des Innenraums des Gehäuses konisch geformt sein, sodass eine radiale Abmessung des Absorptionselements nur im Bereich des Bodens größer ist als der des Innenraums . In particular, the absorption element and/or the lower section of the interior of the housing can be shaped conically, so that a radial dimension of the absorption element is greater than that of the interior only in the region of the bottom.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses eines Ultraschallwandlers aus einem Kunststof f of fenbart .Furthermore, a method for producing a housing of an ultrasonic transducer from a plastic is disclosed.
Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung des zuvor beschriebenen Gehäuses und Ultraschallwandlers angewandt werden . The method can be used in particular to produce the housing and ultrasonic transducer described above.
Das Verfahren umfasst in einem Schritt das Fertigen des Gehäuses per Spritzguss . In one step, the method includes the production of the housing by injection molding.
Das Gehäuse kann alle zuvor beschriebenen Merkmale und Komponenten aufweisen . The housing may include all of the features and components previously described.
Das Gehäuse umfasst insbesondere einen Boden und eine Gehäusewand, wobei die Gehäusewand einen ersten Abschnitt , der an den Boden anschließt , und einen zweiten Abschnitt umfasst . Der erste und der zweite Abschnitt weisen verschiedene Abmessungen auf , wobei ein Ubergangsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt vorgesehen ist . Eine Flächennormale , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt steht , ist schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht auf dem Boden steht , und schräg zu einer Flächennormalen, die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im ersten und zur Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt steht . In particular, the housing comprises a base and a housing wall, the housing wall comprising a first section, which adjoins the base, and a second section. The first and second sections have different dimensions, with a transition section being provided between the first and second sections. A surface normal perpendicular to the outside of the Housing wall is in the transition section, is oblique to a surface normal, which is perpendicular to the ground, and oblique to a surface normal, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the first and to the outside of the housing wall in the second section.
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens werden die leitenden Spuren mittels Laserdirektstrukturierung in einem Innenraum des Gehäuses gebildet , wobei die leitenden Spuren dazu ausgestaltet sind, ein Wandlerelement am Boden mit einer Leiterplatte , die einen Deckel des Gehäuses bildet , elektrisch zu verbinden . According to one embodiment of the method, the conductive traces are formed in an interior space of the housing by means of direct laser structuring, the conductive traces being designed to electrically connect a transducer element on the bottom to a printed circuit board that forms a cover of the housing.
Neben dem LDS-Prozess sind auch andere Methoden zur Erzeugung der leitenden Spuren möglich wie z . B . Sputtern, Metalldruck, insbesondere mittels metallischer Einsätze , bzw . ein anderes Verfahren unter Verwendung metallischer Einsätze oder ein laserinduzierter Graphen-Prozess ( LIG-Prozess ) . In addition to the LDS process, other methods for generating the conductive traces are also possible, such as e.g. B. Sputtering, metal printing, in particular by means of metallic inserts, or another method using metallic inserts or a laser-induced graphene process (LIG process).
Beim LDS-Prozess wird eine elektrisch leitende Spur durch einen Laserstrahl definiert , der ein Layout der Spur direkt auf das Kunststof fmaterial des Gehäuses schreibt . Dem Kunststof fmaterial ist hierfür ein spezielles LDS-Additiv zugesetzt . Bereiche , auf denen Spuren vorgesehen sind werden dann mit dem Laserstrahl belichtet und dabei das zugesetzte LDS-Additiv aktiviert . In einer nachfolgenden Metallisierung in einem Kupferbad bilden sich auf den aktivierten Bereichen Kupferschichten haftfest und konturenscharf aus . Nacheinander lassen sich so verschiedene Schichten, zum Beispiel aus Nickel , Gold, Silber oder Lötzinn aufbauen, die dann die Spuren bilden . Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand von Figuren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. In the LDS process, an electrically conductive track is defined by a laser beam that writes a layout of the track directly onto the plastic material of the package. A special LDS additive is added to the plastic material for this purpose. Areas on which tracks are provided are then exposed to the laser beam and the added LDS additive activated. In a subsequent metallization in a copper bath, copper layers are formed on the activated areas that are adhesive and have sharp contours. Different layers can be built up one after the other, for example made of nickel, gold, silver or solder, which then form the tracks. Exemplary embodiments are described below with reference to figures. The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown.
Die Figuren zeigen: The figures show:
Figur 1: Perspektivische Ansicht von schräg oben eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gehäuses eines Ultraschallwandlers . Figure 1: Perspective view from diagonally above a first embodiment of a housing of an ultrasonic transducer.
Figur 2: Perspektivische Ansicht von schräg unten des ersten Ausführungsbeispiels des Gehäuses des Ultraschallwandlers mit eingezeichneten Flächennormalen. FIG. 2: Perspective view obliquely from below of the first exemplary embodiment of the housing of the ultrasonic transducer with surface normals drawn in.
Figur 3: Seitenansicht im Querschnitt des Gehäuses des ersten Ausführungsbeispiels des Ultraschallwandlers. FIG. 3: Side view in cross section of the housing of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer.
Figur 4: Seitenansicht im Querschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Ultraschallwandlers. FIG. 4: Side view in cross section of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer.
Figur 5: Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Ultraschallwandlers von schräg oben. Gezeigt sind das Gehäuse und zwei leitende Spuren. FIG. 5: View of the first exemplary embodiment of the ultrasonic transducer obliquely from above. Shown are the case and two conductive traces.
Figur 6: Simulation der Vibration des Gehäuses. Figure 6: Simulation of the vibration of the housing.
Figur 7 : Perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Gehäuses mit metallischer Schicht zur Abschirmung und Bohrung. FIG. 7: Perspective view of a further exemplary embodiment of the housing with a metallic layer for shielding and drilling.
Figur 8: Querschnitt durch das Gehäuse mit metallischer Schicht zur Abschirmung und Bohrung. Figur 9 : Querschnitt durch ein weiteres Gehäuse mit metallischer Schicht zur Abschirmung und Rinne . Figure 8: Cross section through the housing with metallic layer for shielding and drilling. FIG. 9: Cross section through another housing with a metallic layer for shielding and a channel.
Ähnliche oder augenscheinlich gleiche Elemente in den Figuren sind mit dem gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse in den Figuren sind nicht maß stabs get reu . Similar or apparently identical elements in the figures are provided with the same reference symbols. The figures and the proportions in the figures are not true to scale.
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen verschiedene Ansichten eines Gehäuses einer ersten Aus führungs form eines Ultraschallwandlers 1 . Die Figuren 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten von schräg oben bzw . schräg unten, die Figur 3 eine Seitenansicht im Querschnitt . Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Ultraschallwandlers umfassend das Gehäuse und weitere beschriebene Komponenten des Ultraschallwandlers . FIGS. 1, 2 and 3 show different views of a housing of a first embodiment of an ultrasonic transducer 1. Figures 1 and 2 show perspective views obliquely from above and. obliquely below, Figure 3 is a side view in cross section. FIG. 4 shows a side view of the ultrasonic transducer including the housing and other described components of the ultrasonic transducer.
Der Ultraschallwandler 1 umfasst ein Gehäuse , das an seiner Unterseite durch einen Boden 2 abgeschlossen ist . Der Boden 2 weist im Aus führungsbeispiel eine kreisrunde Form auf . Das Gehäuse umfasst weiterhin eine Gehäusewand und eine dem Boden gegenüberliegende Gehäuseöf fnung . An den Boden 2 schließt sich nach oben ein erster Abschnitt 3 einer Gehäusewand an . The ultrasonic transducer 1 comprises a housing which is closed off on its underside by a base 2 . In the exemplary embodiment, the bottom 2 has a circular shape. The housing further comprises a housing wall and a housing opening opposite the base. A first section 3 of a housing wall adjoins the base 2 at the top.
Als „oben" wird hierbei die Richtung vom Boden weg und zu der Gehäuseöf fnung hin definiert . The direction away from the floor and toward the housing opening is defined as "top".
Die Außenseite des ersten Abschnitts 3 kann eine Zylinderoder Konus-Form aufweisen . Im vorliegenden Aus führungsbeispiel ist die Außenseite des ersten Abschnitts konisch geformt . Der Neigungswinkel der Konus-Form in Relation zu Mantel fläche eines ebenen Zylinders beträgt 0 , 5 ° bis 5 ° , bevorzugt 2 ° . Der Winkel kann aber auch geringer oder größer gewählt sein . Der Durchmesser der Konus-Form ist angrenzend zum Boden 2 am geringsten und nimmt dann nach oben zu . The outside of the first section 3 can have a cylinder or cone shape. In the present exemplary embodiment, the outside of the first section has a conical shape. The angle of inclination of the cone shape in relation to the lateral surface of a flat cylinder is 0.5° to 5°, preferably 2°. The angle can also be lower or be chosen larger. The diameter of the cone shape is smallest adjacent to the bottom 2 and then increases towards the top.
Ein unterer Abschnitt 31 schließt im Innenraum des Gehäuses einen ebenfalls Konus- förmigen Hohlraum ein . Die Schräge der Innenseite der Gehäusewand im unteren Abschnitt 31 kann sich von der Schräge der Außenseite im ersten Abschnitt 3 unterscheiden . Bevorzugt beträgt die Schräge 0 , 5 ° bis 45 ° , bevorzugter 0 , 5 ° bis 5 ° , bevorzugter 2 ° gegenüber einer Flächennormale der Innenseite des Bodens 2 . A lower section 31 also encloses a cone-shaped cavity in the interior of the housing. The slope of the inside of the housing wall in the lower section 31 can differ from the slope of the outside in the first section 3 . The slope is preferably 0.5° to 45°, more preferably 0.5° to 5°, more preferably 2° relative to a surface normal of the inside of the bottom 2 .
Die Gehäusewand umfasst weiterhin einen zweiten Abschnitt 4 , der über dem ersten Abschnitt 3 und vom Boden 2 entfernt angeordnet ist . Der zweite Abschnitt 4 kann verschiedene Umriss formen aufweisen . Im vorliegenden Aus führungsbeispiel ist der Außenumriss des zweiten Abschnitts 4 rechteckig und bevorzugt quadratisch . Hiermit ist insbesondere auch eine rechteckige oder quadratische Form mit abgerundeten Ecken gemeint wie sie auch in den Figuren dargestellt ist . Die Abmessungen des zweiten Abschnitts 4 parallel zum Boden 2 sind größer als die Abmessungen des ersten Abschnitts 3 . The housing wall further comprises a second section 4 which is arranged above the first section 3 and remote from the bottom 2 . The second section 4 can have different outline shapes. In the present exemplary embodiment, the outer contour of the second section 4 is rectangular and preferably square. This also means, in particular, a rectangular or square shape with rounded corners, as is also shown in the figures. The dimensions of the second section 4 parallel to the bottom 2 are larger than the dimensions of the first section 3 .
Zwischen dem ersten Abschnitt 3 und dem zweiten Abschnitt 4 ist ein Ubergangsabschnitt 5 der Gehäusewand vorgesehen . Der Ubergangsabschnitt schließt sich bevorzugt direkt an den ersten Abschnitt an und der zweite Abschnitt schließt sich bevorzugt unmittelbar an den Ubergangsabschnitt an . Das heißt , dass die Gehäusewand bevorzugt keine weiteren Abschnitte neben den drei genannten Abschnitten aufweist . A transition section 5 of the housing wall is provided between the first section 3 and the second section 4 . The transition section preferably follows directly on the first section and the second section preferably follows directly on the transition section. This means that the housing wall preferably has no further sections apart from the three sections mentioned.
Die Außenseite im Ubergangsabschnitt 5 kann gebogen oder flach ausgeführt sein . Die Außenseite des Ubergangsabschnitts ist insbesondere nicht parallel oder senkrecht zum Boden und nicht parallel oder senkrecht zu einer der Außenseiten des ersten oder zweiten Abschnitts ausgebildet , sondern vielmehr schräg zum Boden und zu den genannten Außenseiten ausgebildet , wie beispielsweise in Figur 2 illustriert . The outside of the transition section 5 can be curved or flat. The outside of the transition section is in particular not parallel or perpendicular to the bottom and not parallel or perpendicular to one of the outer sides of the first or second section, but rather inclined to the bottom and to said outer sides, as illustrated for example in FIG.
Mit „schräg" ist wiederum gemeint , dass eine Flächennormale FN5 , die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts 5 steht , nicht parallel und nicht senkrecht zu einer Flächennormale FN2 ist , die senkrecht auf dem Boden 2 steht . Ebenso ist eine Flächennormale FN 5 , die senkrecht auf der Außenseite des Übergangsabschnitts 5 steht , nicht parallel und nicht senkrecht zu einer Flächennormale FN3 , die senkrecht auf der Außenseite des ersten Abschnitts 3 steht , und nicht senkrecht zu einer Flächennormalen FN 4 , die senkrecht auf der Außenseite des zweiten Abschnitts 4 steht . "Oblique" in turn means that a surface normal FN5, which is perpendicular to the outside of the transition section 5, is not parallel and not perpendicular to a surface normal FN2, which is perpendicular to the floor 2. Likewise, a surface normal FN5, which perpendicular to the outside of the transition section 5, not parallel and not perpendicular to a surface normal FN3, which is perpendicular to the outside of the first section 3, and not perpendicular to a surface normal FN 4, which is perpendicular to the outside of the second section 4.
Die Außenseite des Übergangsabschnitts bildet vielmehr einen Übergang zwischen der Außenseite des ersten Abschnitts 3 und der Außenseite des zweiten Abschnitts 4 . Eine Flächennormalen FN5 , die senkrecht auf der Außenseite der Gehäusewand im Übergangsbereich 5 steht , weist bevorzugt einen Winkel zwischen 10 und 80 Grad gegenüber einer Flächennormalen FN2 des Bodens 2 des Gehäuses auf . Ebenso weist eine Flächennormale FN5 , die senkrecht auf der Außenseite der Gehäusewand im Übergangsbereich 5 steht , bevorzugt einen Winkel zwischen 10 und 80 Grad gegenüber einer Flächennormalen FN3 , die senkrecht zur Außenseite des ersten Abschnitts 3 steht , und gegenüber einer Flächennormalen FN4 , die senkrecht zur Außenseite des zweiten Abschnitts 4 steht , auf . In der abgebildeten Aus führungs form weist die Außenseite der Gehäusewand einen Übergangsabschnitt 5 mit folgender Ausgestaltung auf . Der Übergangsabschnitt 5 erstreckt sich von der Außenseite des ersten Abschnitts 3 bis zu der Außenseite des zweiten Abschnitts 4 . Hierbei ist der Übergangsabschnitt 5 zu den Ecken des rechteckig geformten Umrisses des zweiten Abschnitts 4 hin merklich gewölbt . Die Wölbung nimmt zwischen den Ecken ab . In einer Scheitellinie zwischen den Ecken ist der Übergangsabschnitt 5 gar nicht gewölbt , sondern verläuft eben von einer Außenkante des ersten Abschnitts 3 bis zu einer Außenkante des zweiten Abschnitts 4 . Die Unterschiede in der Wölbung des Übergangsabschnitts 5 werden durch eine unterschiedliche Höhe des zweiten Abschnitts 4 bedingt . Die Außenkanten des zweiten Abschnitts 4 sind zwischen dessen Ecken in Richtung des ersten Abschnitts bzw . des Bodens 2 gebogen . Rather, the outside of the transition section forms a transition between the outside of the first section 3 and the outside of the second section 4 . A surface normal FN5, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition region 5, preferably has an angle of between 10 and 80 degrees with respect to a surface normal FN2 of the base 2 of the housing. Likewise, a surface normal FN5, which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition region 5, preferably at an angle of between 10 and 80 degrees to a surface normal FN3, which is perpendicular to the outside of the first section 3, and to a surface normal FN4, which is perpendicular to the Outside of the second section 4 is on. In the embodiment shown, the outside of the housing wall has a transition section 5 with the following configuration. The transition section 5 extends from the outside of the first section 3 to the outside of the second section 4 . In this case, the transition section 5 is noticeably curved towards the corners of the rectangularly shaped outline of the second section 4 . The curvature decreases between the corners. In a crest line between the corners, the transition section 5 is not curved at all, but runs flat from an outer edge of the first section 3 to an outer edge of the second section 4 . The differences in the curvature of the transition section 5 are caused by a different height of the second section 4 . The outer edges of the second section 4 are between the corners in the direction of the first section or. of the bottom 2 bent.
Die unterschiedliche Höhe des zweiten Abschnitts 4 führt zu einer unregelmäßigen Form des Übergangsabschnitts 5 , wodurch eine Vibration im Gehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 3 und 4 nur in geringem Maße übertragen wird, die Vibration also im Übergangsabschnitt 5 gedämpft wird . The different height of the second section 4 leads to an irregular shape of the transition section 5, as a result of which a vibration in the housing is only transmitted to a small extent between the first and second sections 3 and 4, ie the vibration is damped in the transition section 5.
Der Innenraum des Gehäuses weist in einem oberen Abschnitt 41 angrenzend zur Gehäuseöf fnung ebenfalls einen rechteckigen Umriss auf . Innerhalb des Gehäuses ist weiterhin eine Stufe 4A vorgesehen . Im Innenraum des Gehäuses schließt an den oberen Abschnitt 41 mit einem rechteckigen Innenumriss direkt der untere Abschnitt 31 mit einem kreis förmigen Innenumriss an . The interior of the housing also has a rectangular outline in an upper portion 41 adjacent the housing opening. A stage 4A is also provided within the housing. In the interior of the housing, the lower section 31 with a circular inner outline directly adjoins the upper section 41 with a rectangular inner outline.
Insbesondere ist der obere Abschnitt 41 in dem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt , in dem an einer Außenseite der Gehäusewand der zweite Abschnitt 4 ausgeprägt ist.In particular, the upper portion 41 is pronounced in the portion of the housing in which on an outside of the Housing wall of the second section 4 is pronounced.
Insbesondere ist weiterhin der untere Abschnitt 31 in dem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt, in dem an einer Außenseite der Gehäusewand der erste Abschnitt 3 ausgeprägt ist. Der obere Abschnitt 41 und der untere Abschnitt 31 des Innenraums sind darüber hinaus jedoch auch in einem Abschnitt des Gehäuses ausgeprägt, in dem an der Außenseite der Gehäusewand der Übergangsabschnitt 5 ausgeprägt ist. In particular, the lower section 31 is also formed in the section of the housing in which the first section 3 is formed on an outside of the housing wall. However, the upper section 41 and the lower section 31 of the interior space are also formed in a section of the housing in which the transition section 5 is formed on the outside of the housing wall.
Der Boden 2 des Gehäuses ist als eine Membran ausgeprägt, die bei Anregung durch ein Wandlerelement 6 oder durch äußere Schwingungen in einer Ultraschallfrequenz vibriert. Der Boden 2 ist dazu sehr dünn, insbesondere dünner als die Gehäusewand, ausgestaltet. The bottom 2 of the housing is designed as a membrane which vibrates at an ultrasonic frequency when excited by a transducer element 6 or by external vibrations. For this purpose, the base 2 is very thin, in particular thinner than the housing wall.
Das gesamte Gehäuse umfassend Boden 2 und Gehäusewand ist einstückig und aus demselben Material gefertigt. Bei dem Gehäuse handelt es sich um ein Spritzgussteil aus einem Kunststoff . The entire housing including base 2 and housing wall is made in one piece and from the same material. The housing is an injection molded part made of plastic.
Der Kunststoff weist schwingungs- bzw. schalldämpfende Eigenschaften auf. Dafür wird ein Kunststoff mit einem hohen E-Modul von mehr als 1 GPa, bevorzugt mehr als 10 GPa, gewählt. Das Verhältnis von Dichte p zu E-Modul E des Kunststoffs und insbesondere der Faktor (p)3/E sollen möglichst klein sein. Bevorzugt ist der Faktor (p)3/E geringer als 0,35, bevorzugter geringer als 0,1, noch bevorzugter geringer als 0,01. Weiterhin weist der Kunststoff einen Gütefaktor Q als Maß für die Dämpfung zwischen 10 und 100, bevorzugt zwischen 10 und 65 auf. The plastic has vibration and sound-damping properties. A plastic with a high modulus of elasticity of more than 1 GPa, preferably more than 10 GPa, is selected for this. The ratio of density p to modulus of elasticity E of the plastic and in particular the factor (p) 3 /E should be as small as possible. Preferably the factor (p) 3 /E is less than 0.35, more preferably less than 0.1, even more preferably less than 0.01. Furthermore, the plastic has a quality factor Q as a measure of the damping between 10 and 100, preferably between 10 and 65.
Ein weiteres bevorzugtes Auswahlkriterium für den Kunststoff ist, dass seine mechanischen Eigenschaften in einem Anwendungs-Temperaturbereich von -40 ° C und + 85 ° C konstant bleiben . Noch bevorzugter bleiben die mechanischen Eigenschaften in einem Anwendungs-Temperaturbereich von -55 ° C und + 150 ° C konstant . Another preferred selection criterion for the plastic is that its mechanical properties in one Application temperature range of -40 ° C and + 85 ° C remain constant. Even more preferably, the mechanical properties remain constant in an application temperature range of -55°C and +150°C.
Bei dem Wandlerelement 6 handelt es sich bevorzugt um ein piezoelektrisches Element . Das piezoelektrische Element umfasst bevorzugt ein piezoelektrisches keramisches Material . Das piezoelektrische Element kann scheibenförmig ausgeprägt sein . Auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des scheibenförmigen piezoelektrischen Elements sind bevorzugt zwei Elektroden, j eweils eine Elektrode auf einer der Oberflächen, angeordnet . Über die Elektroden ist das piezoelektrische Element elektrisch ansteuerbar und kann insbesondere mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, bzw . kann ein elektrisches Signal , insbesondere eine elektrische Spannung, vom piezoelektrischen Element abgegri f fen werden . The transducer element 6 is preferably a piezoelectric element. The piezoelectric element preferably comprises a piezoelectric ceramic material. The piezoelectric element can be disc-shaped. Two electrodes, one electrode each on one of the surfaces, are preferably arranged on two opposite surfaces of the disk-shaped piezoelectric element. The piezoelectric element can be controlled electrically via the electrodes and can, in particular, be subjected to an electrical voltage, or an electrical signal, in particular an electrical voltage, can be tapped from the piezoelectric element.
Im Aus führungsbeispiel ist das piezoelektrische Element scheibenförmig ausgeprägt und auf der Innenseite des Bodens 2 auf geklebt . Das piezoelektrische Element kann auch auf andere Weise stof f schlüssig auf dem Boden 2 aufgebracht sein . In the exemplary embodiment, the piezoelectric element is disc-shaped and is glued to the inside of the base 2 . The piezoelectric element can also be applied to the floor 2 in a material-locking manner in some other way.
Weiterhin umfasst der Ultraschallwandler 1 ein vorgeformtes Absorptionselemente 7 , das im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist . Das vorgeformte Absorptionselement besteht aus einem auf geschäumten Kunststof f . Furthermore, the ultrasonic transducer 1 includes a preformed absorption element 7 which is arranged in the interior of the housing. The preformed absorption element consists of a foamed plastic.
Das Absorptionselement 7 weist eine zylindrische oder konische Form auf . Insbesondere weist das Absorptionselement in einer radialen Richtung eine größere Abmessung als der untere Abschnitt 31 des Innenraums nahe am Boden 2 auf , sodass das Absorptionselement im unteren Abschnitt 31 desThe absorption element 7 has a cylindrical or conical shape. In particular, the absorption element has a larger dimension in a radial direction than the lower portion 31 of the inner space close to the floor 2. so that the absorption element in the lower section 31 of the
Innenraums des Gehäuses eingeklemmt ist und nicht bis zum Boden 2 durchrutscht . Somit ist ein Hohlraum 7A zwischen dem Boden 2 und dem Absorptionselements 7 ausgebildet . Der Hohlraum 7A verhindert eine Rückkopplung zwischen dem Boden 2 und dem Absorptionselement 7 . Insbesondere dämpft das Absorptionselement 7 nicht die Schwingungen oder Vibrationen des Bodens 2 , da der Boden 2 mit dem Absorptionselement 7 nicht in Kontakt steht . Das Absorptionselement 7 dient vielmehr der Dämpfung von Ultraschallwellen im Innenraum des Gehäuses , insbesondere damit es zu keiner Störung einer nachgeschalteten Auswerteelektronik durch die Ultraschallwellen kommt . Interior of the housing is pinched and does not slip through to the bottom 2. Thus a cavity 7A is formed between the bottom 2 and the absorption element 7 . The cavity 7A prevents feedback between the bottom 2 and the absorption element 7 . In particular, the absorption element 7 does not dampen the oscillations or vibrations of the floor 2 since the floor 2 is not in contact with the absorption element 7 . Rather, the absorption element 7 serves to dampen ultrasonic waves in the interior of the housing, in particular so that the ultrasonic waves do not interfere with downstream evaluation electronics.
Die Auswerteelektronik ist auf einer Leiterplatte 8 aufgebracht , die gleichzeitig den Deckel des Gehäuses bildet . Die Leiterplatte 8 ist hierzu auf der Stufe 4A im zweiten Abschnitt aufgelegt , sodass sie die Gehäuseöf fnung im zweiten Abschnitt abdeckt . Um Vibrationen aus dem Gehäuse zu dämpfen und möglichst nicht auf die Leiterplatte zu übertragen, ist die Leiterplatte 8 nur an ausgewählten Kontakt flächen auf korrespondierenden Kontakt flächen des Gehäuses bzw . der Stufe 4A auf geklebt . Die korrespondierenden Kontakt flächen des Gehäuses sind insbesondere Stellen im Gehäuse , an denen eine Vibration aufgrund der beschriebenen Gehäusestruktur maximal gedämpft ist . Solche Stellen sind insbesondere die Ecken 4B oder die Mittelpunkte zwischen den Ecken 4B des rechteckigen Umrisses des zweiten Gehäuseabschnitts 4 . The evaluation electronics are mounted on a printed circuit board 8 which at the same time forms the cover of the housing. For this purpose, the printed circuit board 8 is placed on the step 4A in the second section, so that it covers the housing opening in the second section. In order to dampen vibrations from the housing and, if possible, not to transfer them to the circuit board, the circuit board 8 is only on selected contact surfaces on corresponding contact surfaces of the housing or. level 4A glued on . The corresponding contact surfaces of the housing are in particular points in the housing at which vibration is maximally damped due to the housing structure described. Such locations are in particular the corners 4B or the midpoints between the corners 4B of the rectangular outline of the second housing section 4 .
In Figur 6 ist eine Simulation von Vibrationen im Gehäuse des Ultraschallwandlers 1 dargestellt . Hierfür wird der Boden 2 zu einer definierten Schwingung angeregt . Die Schwingungen übertragen sich in Form von Vibrationen im gesamten Gehäuse . Eine starke Vibration tritt insbesondere am Boden 2 auf . A simulation of vibrations in the housing of the ultrasonic transducer 1 is shown in FIG. For this purpose, the floor 2 is excited to a defined vibration. The oscillations are transmitted in the form of vibrations throughout the housing. Strong vibration occurs in particular on the floor 2 .
Anhand der abgebildeten Simulation ist gut erkennbar, dass an den Ecken 4B des rechteckig ausgeführten zweiten Abschnitts 4 der Gehäusewand kaum Vibrationen auftreten, während in Abschnitten 4C zwischen den Ecken 4B stärkere Vibrationen auf treten . In anders geformten Gehäusen können aber auch in den Abschnitten 4G zwischen den Ecken 4B geringere Vibrationen auftreten . The simulation shown clearly shows that there are hardly any vibrations at the corners 4B of the rectangular second section 4 of the housing wall, while stronger vibrations occur in sections 4C between the corners 4B. In housings of other shapes, however, smaller vibrations can also occur in the sections 4G between the corners 4B.
An diesen Stellen sind insbesondere Schwingungen des Bodens 2 , die sich von dort über das Gehäuse ausbreiten, stark gedämpft . Vibrations of the floor 2 in particular, which propagate from there via the housing, are strongly damped at these points.
Der Hohlraum zwischen dem vorgeformten Absorptionselement 7 und der Leiterplatte 8 bzw . verbleibender Hohlraum oberhalb der Leiterplatte 8 im Gehäuse ist im Aus führungsbeispiel durch einen Füllstof f 12 , bevorzugt durch einen elastischen Kunststof f oder ein Kunstharz ausgefüllt . Der Füllstof f 12 härtet bevorzugt erst nach dem Einführen in den Hohlraum, sodass der Hohlraum möglichst vollständig ausgefüllt wird . The cavity between the preformed absorption element 7 and the circuit board 8 or. In the exemplary embodiment, the remaining cavity above the circuit board 8 in the housing is filled with a filler 12 , preferably with an elastic plastic or a synthetic resin. The filler 12 preferably only hardens after it has been introduced into the cavity, so that the cavity is filled as completely as possible.
In einem Aus führungsbeispiel schließt die Leiterplatte 8 als Deckel nicht bündig mit der umgebenden Gehäusewand ab, sondern ist abgesenkt im oberen Abschnitt 41 des Innenraums des Gehäuses angeordnet . Der verbliebene , nicht genutzte Raum im Gehäuse , außerhalb des von Boden 2 und Leiterplatte 8 umschlossenen Innenraumes , ist bevorzugt ebenso mit dem Füllstof f 12 ausgefüllt . Bevorzugt bedeckt der Füllstof f 12 dann nahezu die gesamte Leiterplatte , bis auf einen Abschnitt der Leiterplatte , an dem eine elektrische Kontaktierung 13 nach außen vorgesehen ist . Die Leiterplatte 8 ist so zusätzlich im Gehäuse festgelegt und vor äußeren Einflüssen geschützt . Sowohl im ersten wie auch im zweiten Abschnitt weist die Außenseite der Gehäusewand, wie auch in Figur 3 dargestellt , eine leichte Schräge auf . Mit Schräge ist hier insbesondere eine Schräge gegenüber einer Flächennormalen FN 2 auf der Oberfläche des Bodens 2 gemeint . Die Schräge und der beschriebene Übergangsabschnitt 5 tragen zur mechanischen Stabilität des Gehäuses gegenüber einer von außen auf diese Außenseite beaufschlagte Kraft bei . In one exemplary embodiment, the printed circuit board 8 as a cover is not flush with the surrounding housing wall, but is lowered in the upper section 41 of the interior of the housing. The remaining, unused space in the housing, outside of the interior enclosed by base 2 and circuit board 8 , is preferably also filled with filler 12 . The filler 12 then preferably covers almost the entire printed circuit board, except for a section of the printed circuit board on which an external electrical contact 13 is provided. The printed circuit board 8 is thus additionally fixed in the housing and protected from external influences. Both in the first and in the second section, the outside of the housing wall has a slight incline, as also shown in FIG. In this case, an incline means, in particular, an incline relative to a surface normal FN 2 on the surface of the floor 2 . The bevel and the transition section 5 described contribute to the mechanical stability of the housing in relation to a force applied to this outside from the outside.
Insbesondere ist das wie beschrieben geformte Gehäuse gegenüber einer gleichförmigen von zwei Seiten auf Außenseite beaufschlagte Kraft beispielsweise eines Grei farms bei der Montage oder einer Klemme zur Befestigung des Gehäuses stabil . In particular, the housing shaped as described is stable with respect to a uniform force applied from two sides on the outside, for example of a gripping frame during assembly or a clamp for fastening the housing.
Zur Kontaktierung zwischen dem Wandlerelement 6 und der Leiterplatte 8 sind wie in Figur 5 gezeigt elektrisch leitende Spuren 9 auf der Innenseite der Gehäusewand aufgebracht . Mindestens zwei Spuren 9 sind zur Kontaktierung zwei verschieden gepoltert Elektroden des Wandlerelements 6 vorgesehen . Die Spuren 9 erstrecken sich insbesondere bis zu der Stufe 4A, auf der die Leiterplatte 8 aufgebracht ist . Die Spuren 9 erstrecken sich maximal bis auf eine Oberfläche einer oberen Seite des Gehäuses , die parallel zum Boden 2 um die Gehäuseöf fnung ausgebildet ist . Die Spuren 9 erstrecken sich insbesondere nicht bis zur Außenseite der Gehäusewand . For contacting between the converter element 6 and the printed circuit board 8, electrically conductive traces 9 are applied to the inside of the housing wall, as shown in FIG. At least two tracks 9 are provided for contacting two differently polarized electrodes of the transducer element 6 . The traces 9 extend in particular up to the stage 4A on which the printed circuit board 8 is applied. The tracks 9 extend at most to a surface of an upper side of the case formed parallel to the bottom 2 around the case opening. In particular, the tracks 9 do not extend to the outside of the housing wall.
Bei den Spuren 9 kann es sich sowohl um eine Metallbeschichtung, die auf der Innenseite der Gehäusewand aufgebracht ist wie auch um elektrisch leitende Spuren 9 im Inneren der Gehäusewand selbst , also nicht auf der Oberfläche , also der Innenseite oder Außenseite , der Gehäusewand, handeln . The traces 9 can be both a metal coating that is applied to the inside of the housing wall and electrically conductive traces 9 inside the housing wall itself, ie not on the Surface, ie the inside or outside, the housing wall act.
Die Gehäusewand ist mit Ausnahme der etwaigen in der Gehäusewand ausgeprägten Spuren 9 im Aus führungsbeispiel nicht elektrisch leitend, kann in anderen Aus führungsbeispielen aber auch elektrisch leitend sein . Im letzteren Fall ist eine elektrisch isolierende Schicht auf der Innenseite der Gehäusewand oder zumindest zwischen den elektrisch leitenden Spuren 9 und der Gehäusewand aufgebracht . Die isolierende Schicht kann beispielsweise einen Kunststof f , wie insbesondere Parylene C, umfassen . With the exception of any traces 9 formed in the housing wall, the housing wall is not electrically conductive in the exemplary embodiment, but can also be electrically conductive in other exemplary embodiments. In the latter case, an electrically insulating layer is applied to the inside of the housing wall or at least between the electrically conductive traces 9 and the housing wall. The insulating layer can, for example, comprise a plastic, such as Parylene C in particular.
Die elektrisch leitenden Spuren 9 enden in mehreren Kontakt flächen auf dem Boden 2 . Das Wandlerelement 6 ist im Aus führungsbeispiel auf dem Boden 2 aufgeklebt . Bevorzugt ist das Wandlerelement 6 an einem hierfür vorgesehenen Abschnitt über einen nicht leitenden Kleber auf dem Boden 2 aufgeklebt , während die Elektroden des Wandlerelements 6 an dessen Seiten die elektrisch leitenden Spuren 9 kontaktieren . Bevorzugt reichen die Spuren 9 in diesem Aus führungsbeispiel bis auf den Boden 2 , sodass das Wandlerelement 6 so auf dem Boden aufgeklebt werden kann, dass die Elektroden des Wandlerelements 6 direkt auf den Spuren 9 aufliegen . The electrically conductive traces 9 end in a number of contact areas on the floor 2 . In the exemplary embodiment, the transducer element 6 is glued to the floor 2 . The transducer element 6 is preferably glued to the base 2 at a section provided for this purpose using a non-conductive adhesive, while the electrodes of the transducer element 6 contact the electrically conductive traces 9 on its sides. In this exemplary embodiment, the tracks 9 preferably reach down to the floor 2 so that the converter element 6 can be glued to the floor in such a way that the electrodes of the converter element 6 rest directly on the tracks 9 .
In einer anderen Aus führungs form ist der Kontakt zwischen dem Wandlerelement 6 , insbesondere dessen Elektroden, und den elektrisch leitenden Spuren 9 über einen leitfähigen Kleber hergestellt . Alternativ kann der Kontakt auch bei Verwendung eines nicht leitfähigen Klebers hergestellt werden, wenn die Oberflächenrauigkeit der Spuren 9 so groß ist , dass sich durch die Klebeschicht hindurch ein direkter Kontakt zwischen den Spuren 9 und den Elektroden des Wandlerelements 6 einstellt . In another embodiment, the contact between the transducer element 6, in particular its electrodes, and the electrically conductive traces 9 is established via a conductive adhesive. Alternatively, the contact can also be made using a non-conductive adhesive if the surface roughness of the tracks 9 is so large that direct contact between the tracks can occur through the adhesive layer the tracks 9 and the electrodes of the transducer element 6 sets.
Die Spuren 9 können auch bereits neben dem Wandlerelement 6 enden, sodass das Wandlerelement 6 nicht auf den Spuren 9 auf fliegt . In dieser Aus führungs form ist der elektrische Kontakt zwischen den Elektroden des Wandlerelements 6 und den Spuren 9 über den leitfähigen Kleber hergestellt . The tracks 9 can also already end next to the transducer element 6, so that the transducer element 6 does not fly onto the tracks 9. In this embodiment, the electrical contact between the electrodes of the transducer element 6 and the traces 9 is made via the conductive adhesive.
Das Aufbringen der elektrisch leitenden Spuren 9 kann insbesondere über das Aufsputtern oder das Aufdrucken einer metallischen Schicht oder über eine Laserdirektstrukturierung ( LDS ) erfolgen . Die Spuren enthalten ein metallisches , elektrisch leitfähiges Material wie beispielsweise Kupfer . Damit die Spuren 9 mittels des LDS-Verf ährens strukturiert werden können, enthält das Gehäuse bevorzugt keine Karbonfasern . The electrically conductive traces 9 can be applied in particular by sputtering or by imprinting a metallic layer or by laser direct structuring (LDS). The traces contain a metallic, electrically conductive material such as copper. So that the tracks 9 can be structured using the LDS process, the housing preferably does not contain any carbon fibers.
Beim LDS-Prozess wird die elektrisch leitende Spur 9 durch einen Laserstrahl definiert , der ein Layout der Spur 9 direkt auf den spritzgegossenen Kunststof f des Gehäuses schreibt . In the LDS process, the electrically conductive track 9 is defined by a laser beam, which writes a layout of the track 9 directly onto the injection-molded plastic of the housing.
Dem Kunststof f ist hierfür ein spezielles LDS-Additiv zugesetzt . Bereiche , auf denen Spuren 9 vorgesehen sind werden dann mit dem Laserstrahl belichtet und dabei das zugesetzte LDS-Additiv aktiviert . In einer nachfolgenden Metallisierung in einem Kupferbad bilden sich auf den aktivierten Bereichen Kupferschichten haftfest und konturenscharf aus . Nacheinander lassen sich so verschiedene Schichten, zum Beispiel aus Nickel , Gold, Silber oder Lötzinn aufbauen, die dann die Spuren 9 bilden . In den weiteren Figuren 7 bis 9 sind verschiedene weitere Aus führungs formen des Gehäuses des Ultraschallwandlers mit einer metallischen Schicht zur elektromagnetischen Abschirmung (EMI /EMC-Abschirmung) des Gehäuses dargestellt . A special LDS additive is added to the plastic for this purpose. Areas on which tracks 9 are provided are then exposed to the laser beam, thereby activating the added LDS additive. In a subsequent metallization in a copper bath, copper layers are formed on the activated areas that are adhesive and have sharp contours. In this way, different layers, for example made of nickel, gold, silver or solder, can be built up one after the other, which then form the tracks 9 . Various other embodiments of the housing of the ultrasonic transducer with a metallic layer for electromagnetic shielding (EMI/EMC shielding) of the housing are shown in the further FIGS.
I st das Gehäuse nicht elektrisch leitend, muss zur elektromagnetischen Abschirmung eine elektrisch leitende Schicht 10 , auf den Außenseiten des Gehäuses , also insbesondere der Gehäusewand und des Bodens 2 , aufgebracht sein . Die Schicht 10 kann beispielsweise durch Lackierung, physikalische oder chemische Dampfabscheidung ( CVD) oder Sputtern aufgebracht werden . Die Schicht kann beispielsweise ein Metall oder einen leitfähigen Kunststof f , also in der Regel einen Kunststof f mit einem leitfähigen Additiv, umfassen . Die Schicht 10 bedeckt bevorzugt die gesamte Außenseite des Gehäuses . If the housing is not electrically conductive, an electrically conductive layer 10 must be applied to the outside of the housing, ie in particular the housing wall and the base 2, for electromagnetic shielding. The layer 10 can be applied, for example, by painting, physical or chemical vapor deposition (CVD) or sputtering. The layer can, for example, comprise a metal or a conductive plastic, ie generally a plastic with a conductive additive. The layer 10 preferably covers the entire outside of the housing.
Der erforderliche Massekontakt der Schicht 10 wird beispielsweise durch ein Durchgangsloch, wie beispielsweise eine Bohrung 11A ( Figur 8 ) , oder durch eine Rinne 11B ( Figur 9 ) in der Gehäusewand hergestellt . In der Bohrung 11A oder der Rinne 11B ist ebenfalls die elektrisch leitende Schicht 10 aufgetragen, sodass die elektrisch leitende Schicht 10 mit einer der elektrisch leitenden Spuren 9 auf der Innenseite des Gehäuses in Kontakt ist . The required ground contact of the layer 10 is produced, for example, by a through-hole, such as a bore 11A (FIG. 8), or by a groove 11B (FIG. 9) in the housing wall. The electrically conductive layer 10 is also applied in the bore 11A or the groove 11B, so that the electrically conductive layer 10 is in contact with one of the electrically conductive traces 9 on the inside of the housing.
Alternativ kann die elektrisch leitende Schicht 10 mit der Leiterplatte 8 in Kontakt stehen und über diese mit den elektrisch leitenden Spuren 9 kontaktiert werden . Der erforderliche Massekontakt der Schicht 10 wird in diesem Fall über die Leiterplatte 8 hergestellt . In diesem letzten Beispiel ist die Leiterplatte j edoch in einem Fall , in welchem der Deckel mit der Leiterplatte vom Gehäuse abgenommen ist , nicht elektrisch kontaktiert . Alternatively, the electrically conductive layer 10 can be in contact with the printed circuit board 8 and can be contacted with the electrically conductive tracks 9 via this. In this case, the necessary ground contact of the layer 10 is produced via the printed circuit board 8 . In this last example, however, the circuit board is in one case, in which the cover with the circuit board is removed from the housing, not electrically contacted.
Liste der Bezugs zeichen List of Reference Characters
1 Ultraschallwandler 1 ultrasonic transducer
2 Boden 2 floor
3 erster Abschnitt 3 first section
31 unterer Abschnitt 31 lower section
4 zweiter Abschnitt 4 second section
41 oberer Abschnitt 41 upper section
4A Stufe 4A level
4B Ecke 4B corner
4C Abschnitt zwischen zwei Ecken 4C section between two corners
5 Ubergangsabschnitt 5 transition section
6 Wandlerelement 6 transducer element
7 Absorptionselement 7 absorption element
7A Hohlraum 7A cavity
8 Leiterplatte 8 circuit board
9 Spuren 9 lanes
10 elektrisch leitende Schicht 10 electrically conductive layer
11A Bohrung 11A bore
11B Rinne 11B gutter
12 Füllstof f 12 filler f
13 elektrische Kontaktierung 13 electrical contact
FN2 Flächennormale zum Boden FN2 surface normal to ground
FN3 Flächennormale zum ersten AbschnittFN3 surface normal to first section
FN4 Flächennormale zum zweiten AbschnittFN4 surface normal to second section
FN5 Flächennormale zum Ubergangsabschnitt FN5 surface normal to the transition section

Claims

Ansprüche Expectations
1. Ultraschallwandler (1) mit einem Gehäuse, das ein Kunststoffmaterial aufweist, wobei das Gehäuse einen Boden (2) und eine Gehäusewand umfasst, wobei eine Außenseite der Gehäusewand einen ersten Abschnitt (3) , der an den Boden (2) anschließt, und einen zweiten Abschnitt (4) , der an eine Gehäuseöffnung anschließt, umfasst, wobei der erste und der zweite Abschnitt (4) verschiedene Abmessungen aufweisen, wobei ein Ubergangsabschnitt (5) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (4) vorgesehen ist und wobei eine Flächennormale (FN5) , die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im Ubergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen (FN2) ist, die senkrecht auf dem Boden (2) steht, und wobei die Flächennormale (FN5) , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Ubergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen (FN3) ist, die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt (3) steht, und wobei die Flächennormale (FN5) , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Ubergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen (FN4) ist, die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt (4) steht, und wobei auf dem Boden (2) ein Wandlerelement (6) angeordnet ist, das dazu ausgestaltet ist, den Boden (2) zu einer Vibration mit einer Frequenz im Ultraschall-Bereich anzuregen . 1. Ultrasonic transducer (1) with a housing which has a plastic material, the housing comprising a base (2) and a housing wall, an outer side of the housing wall having a first section (3) which adjoins the base (2), and a second section (4) which adjoins a housing opening, wherein the first and the second section (4) have different dimensions, wherein a transition section (5) is provided between the first and the second section (4) and wherein a Surface normal (FN5) that is perpendicular to an outside of the housing wall in the transition section (5), oblique to a surface normal (FN2) that is perpendicular to the bottom (2), and the surface normal (FN5) that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section (5) is inclined to a surface normal (FN3) which is perpendicular to an outside of the housing wall in the first section (3), and wherein the surface normal (FN5) which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section ( 5) is inclined to a surface normal (FN4) which is perpendicular to an outside of the housing wall in the second section (4), and wherein a transducer element (6) is arranged on the floor (2) which is designed to Floor (2) to stimulate a vibration with a frequency in the ultrasonic range.
2. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Flächennormale (FN5) , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Ubergangsabschnitt (5) steht, und die Flächennormale (FN2) , die senkrecht auf dem Boden (2) steht, einen Winkel zwischen 1° und 89° einschließen. 2. Ultrasonic transducer (1) according to claim 1, wherein the surface normal (FN5), which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section (5), and the surface normal (FN2), which is perpendicular to the bottom (2), an angle between Include 1° and 89°.
3. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenseite der Gehäusewand im Ubergangsabschnitt (5) gewölbt ist . 3. Ultrasonic transducer (1) according to claim 1 or 2, wherein the outside of the housing wall is curved in the transition section (5).
4. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kunststoffmaterial einen Gütefaktor Q zwischen 10 und 100 aufweist. 4. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the plastic material has a quality factor Q between 10 and 100.
5. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kunststoffmaterial ein E-Modul von mindestens 1 GPa oder bevorzugt mindestens 10 GPa aufweist. 5. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein the plastic material has a modulus of elasticity of at least 1 GPa or preferably at least 10 GPa.
6. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ubergangsabschnitt (5) so geformt ist, dass ein Vibrieren des ersten Abschnitts (3) im zweiten Abschnitt (4) gedämpft ist. 6. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein the transition section (5) is shaped such that vibration of the first section (3) is damped in the second section (4).
7. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Boden (2) eine runde und der erste Abschnitt (3) eine zylinderförmige oder konische Form aufweist. 7. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein the bottom (2) has a round shape and the first section (3) has a cylindrical or conical shape.
8. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Abschnitt (4) parallel zum Boden (2) größere Abmessungen als der erste Abschnitt (3) aufweist. 8. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein the second section (4) parallel to the bottom (2) has larger dimensions than the first section (3).
9. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Innenraum des Gehäuses in einem unteren Abschnitt9. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 8, wherein an interior of the housing in a lower portion
(31) angrenzend zum Boden (2) eine konische Form aufweist. (31) adjacent to the bottom (2) has a conical shape.
10. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich der Umriss des zweiten Abschnitts (4) in Richtung zum Boden (2) hin verbreitert. 10. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 9, wherein the outline of the second portion (4) widens towards the bottom (2).
11. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis11. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
10, wobei der zweite Abschnitt (4) und der erste Abschnitt (3) unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. 10, wherein the second section (4) and the first section (3) have different geometric shapes.
12. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis12. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
11, wobei eine Außenseite des zweiten Abschnitts (4) eine rechteckige oder runde Umrissform aufweist. 11, wherein an outer side of the second section (4) has a rectangular or round outline shape.
13. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis13. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
12, wobei das Wandlerelement (6) ein piezoelektrisches Element ist. 12, wherein the transducer element (6) is a piezoelectric element.
14. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis14. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
13, wobei eine Leiterplatte (8) in einem oberen Abschnitt (41) des Innenraums des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (8) als Deckel ausgestaltet ist, der die Gehäuseöffnung abdeckt, die dem Boden (2) gegenüberliegt. 13, wherein a printed circuit board (8) is arranged in an upper portion (41) of the interior of the housing, the printed circuit board (8) being designed as a cover covering the housing opening which faces the bottom (2).
15. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 14, wobei die Leiterplatte (8) mittels eines elastischen Klebstoffes an mehreren separaten Kontakt flächen der Leiterplatte (8) mit korrespondierenden Kontakt flächen im Innenraum des Gehäuses verklebt ist. 15. Ultrasonic transducer (1) according to claim 14, wherein the printed circuit board (8) is bonded by means of an elastic adhesive to a plurality of separate contact surfaces of the printed circuit board (8) with corresponding contact surfaces in the interior of the housing.
16. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 15, wobei im oberen Abschnitt (41) des Innenraums des Gehäuses eine Stufe (4A) ausgeprägt ist, auf der die Leiterplatte (8) aufliegt, und wobei die Kontakt flächen des Gehäuses auf der Stufe (4A) vorgesehen sind. 16. Ultrasonic transducer (1) according to claim 15, wherein a step (4A) is formed in the upper section (41) of the interior of the housing, on which the printed circuit board (8) rests, and wherein the contact surfaces of the housing on the step (4A ) are provided.
17. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 16, wobei die Kontakt flächen des Gehäuses an den Ecken (4B) oder in der Mitte zwischen zwei Ecken (4B) der Stufe (4A) ausgeprägt sind . 17. Ultrasonic transducer (1) according to claim 16, wherein the contact surfaces of the housing at the corners (4B) or in the Center between two corners (4B) of the stage (4A) are pronounced.
18. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Leiterplatte (8) und das Wandlerelement (6) über leitende Spuren (9) auf einer Innenseite des Gehäuses elektrisch kontaktiert sind. 18. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 14 to 17, wherein the printed circuit board (8) and the transducer element (6) are electrically contacted via conductive traces (9) on an inside of the housing.
19. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 18, wobei die leitenden Spuren (9) mittels eines leitfähigen Klebstoffes mit elektrischen Kontakten auf der Leiterplatte (8) kontaktiert sind. 19. Ultrasonic transducer (1) according to claim 18, wherein the conductive tracks (9) are contacted by means of a conductive adhesive with electrical contacts on the printed circuit board (8).
20. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 18, wobei die leitenden Spuren (9) mittels eines nicht elektrisch leitfähigen Klebstoffes mit elektrischen Kontakten auf der Leiterplatte (8) verbunden sind und die Oberflächenrauigkeit der Spuren (9) oder von Elektroden des Wandlerelements (6) ausreichend groß ist, dass sich durch den Klebstoff hindurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Spuren (9) und dem Wandlerelement (6) einstellt. 20. Ultrasonic transducer (1) according to claim 18, wherein the conductive traces (9) are connected to electrical contacts on the circuit board (8) by means of a non-electrically conductive adhesive and the surface roughness of the traces (9) or of electrodes of the transducer element (6) is sufficiently large that electrical contact is established between the tracks (9) and the transducer element (6) through the adhesive.
21. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 18 bis21. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 18 to
20, wobei die leitenden Spuren (9) bis auf den Boden (2) reichen und das Wandlerelement (6) auf den Spuren (9) auf liegt . 20, wherein the conductive traces (9) extend to the ground (2) and the transducer element (6) on the traces (9) is located.
22. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Wandlerelement (6) nicht auf den Spuren (9) auf fliegt . 22. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 18 to 20, wherein the transducer element (6) does not fly on the tracks (9).
23. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei ein Teil des oberen Abschnitts (41) des Innenraums von einem Füllstoff (12) ausgefüllt ist. 23. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 14 to 22, wherein part of the upper portion (41) of the interior is filled with a filler (12).
24. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 23, wobei die Leiterplatte (8) nicht bündig mit der umgebenden Gehäusewand abschließt, sondern abgesenkt im Innenraum (41) des Gehäuses angeordnet ist und ein Teil des verbliebenen Raums im Gehäuse, außerhalb des von Boden (2) und Leiterplatte (8) umschlossenen Innenraumes, mit dem Füllstoff (12) ausgefüllt ist . 24. Ultrasonic transducer (1) according to claim 23, wherein the circuit board (8) does not end flush with the surrounding housing wall, but is arranged lowered in the interior (41) of the housing and part of the remaining space in the housing, outside of the floor (2nd ) And printed circuit board (8) enclosed interior, with the filler (12) is filled.
25. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis25. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
24, wobei das Kunststoffmaterial elektrisch isolierend ist. 24, the plastic material being electrically insulating.
26. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis26. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to
25, wobei eine elektrisch leitende Beschichtung (10) zur elektro-magnetischen Abschirmung auf einer Außenseite des Gehäuses aufgebracht ist. 25, wherein an electrically conductive coating (10) for electromagnetic shielding is applied to an outside of the housing.
27. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 26, wobei die elektrisch leitende Beschichtung (10) die Außenseite vollständig bedeckt. 27. Ultrasonic transducer (1) according to claim 26, wherein the electrically conductive coating (10) completely covers the outside.
28. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 18 und Anspruch 26, wobei ein elektrisch leitendes Via zwischen der Beschichtung28. Ultrasonic transducer (1) according to claim 18 and claim 26, wherein an electrically conductive via between the coating
(10) auf der Außenseite und einer der Spuren (9) auf der Innenseite vorgesehen ist. (10) on the outside and one of the tracks (9) on the inside.
29. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 28, wobei das Via in einem Durchgangsloch (11A) in einer Wand des Gehäuses ausgeprägt ist. 29. Ultrasonic transducer (1) according to claim 28, wherein the via is formed in a through hole (11A) in a wall of the housing.
30. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 28, wobei das Via in einer Rinne (11B) in einer äußeren Kante der Gehäusewand, die die Gehäuseöffnung umgibt, ausgeprägt ist. 30. Ultrasonic transducer (1) according to claim 28, wherein the via is formed in a groove (11B) in an outer edge of the housing wall surrounding the housing opening.
31. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 18 und Anspruch 26, wobei die elektrisch leitende Beschichtung (10) und eine der Spuren (9) über die Leiterplatte (8) elektrisch kontaktiert sind . 31. Ultrasonic transducer (1) according to claim 18 and claim 26, wherein the electrically conductive coating (10) and one of the tracks (9) on the printed circuit board (8) are electrically contacted.
32. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei ein zylinderförmiges oder konisches vorgeformtes Absorptionselement (7) in einem Abstand zum Boden (2) in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist. 32. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 1 to 31, wherein a cylindrical or conical preformed absorption element (7) is arranged at a distance from the bottom (2) in the interior of the housing.
33. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 32, wobei zwischen dem vorgeformten Absorptionselement (7) und dem Boden (2) ein Hohlraum (7A) vorgesehen ist. 33. Ultrasonic transducer (1) according to claim 32, wherein a cavity (7A) is provided between the preformed absorption element (7) and the base (2).
34. Ultraschallwandler (1) gemäß Anspruch 32 oder 33, wobei das Absorptionselement (7) ein auf geschäumtes Kunststoff element ist, das beispielsweise Urethan oder Silikon aufweist. 34. Ultrasonic transducer (1) according to claim 32 or 33, wherein the absorption element (7) is a foamed plastic element which has, for example, urethane or silicone.
35. Ultraschallwandler (1) gemäß einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei eine radiale Abmessung des Absorptionselements (7) größer ist als eine radiale Ausdehnung des Innenraums des Gehäuses im Bereich des Bodens (2) . 35. Ultrasonic transducer (1) according to any one of claims 32 to 34, wherein a radial dimension of the absorption element (7) is greater than a radial extent of the interior of the housing in the region of the bottom (2).
36. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses eines36. A method for producing a housing of a
Ultraschallwandlers (1) aufweisend die Schritte: Ultrasonic transducer (1) having the steps:
- Fertigen eines Gehäuses in einem Spritzgussverfahren, wobei das Gehäuse einen Boden (2) und eine Gehäusewand umfasst, wobei eine Außenseite der Gehäusewand einen ersten Abschnitt (3) , der an den Boden (2) anschließt, und einen zweiten Abschnitt (4) , der an eine Gehäuseöffnung anschließt, umfasst, wobei der erste und der zweite Abschnitt (4) verschiedene Abmessungen aufweisen, wobei ein Übergangsabschnitt (5) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (4) vorgesehen ist und wobei eine Flächennormale- Manufacture of a housing in an injection molding process, the housing comprising a base (2) and a housing wall, an outer side of the housing wall having a first section (3) which adjoins the base (2) and a second section (4) which adjoins a housing opening, wherein the first and the second section (4) have different dimensions, with a transition section (5) between the first and the second section (4) is provided and wherein a surface normal
(FN5) , die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen(FN5), which is perpendicular to an outside of the housing wall in the transition section (5), obliquely to a surface normal
(FN2) ist, die senkrecht auf dem Boden (2) steht, und wobei die Flächennormale (FN5) , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen (FN3) ist, die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im ersten Abschnitt (3) steht, und wobei die Flächennormale (FN5) , die senkrecht zur Außenseite der Gehäusewand im Übergangsabschnitt (5) steht, schräg zu einer Flächennormalen (FN4) ist, die senkrecht zu einer Außenseite der Gehäusewand im zweiten Abschnitt (4) steht, und (FN2) that is perpendicular to the floor (2), and the surface normal (FN5) that is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section (5) is oblique to a surface normal (FN3) that is perpendicular to an outside of the housing wall in the first section (3), and wherein the surface normal (FN5) which is perpendicular to the outside of the housing wall in the transition section (5) is inclined to a surface normal (FN4) which is perpendicular to an outside of the housing wall in the second section (4) stands, and
- Anbringen eines Wandlerelements, das dazu ausgestaltet ist, den Boden (2) zu einer Vibration mit einer Frequenz im Ultraschall-Bereich anzuregen, auf einer Innenseite des Bodens . - Attaching a transducer element, which is designed to excite the floor (2) to vibrate at a frequency in the ultrasonic range, on an inside of the floor.
37. Verfahren gemäß Anspruch 36, wobei leitende Spuren (9) in einem Innenraum des Gehäuses gebildet werden, wobei die leitenden Spuren (9) dazu ausgestaltet sind, das Wandlerelement (6) am Boden (2) mit einer Leiterplatte (8) , die einen Deckel des Gehäuses bildet, elektrisch zu verbinden . 37. The method according to claim 36, wherein conductive traces (9) are formed in an interior of the housing, wherein the conductive traces (9) are designed to the transducer element (6) on the bottom (2) with a printed circuit board (8) that forms a cover of the housing to connect electrically.
38. Verfahren gemäß Anspruch 37, wobei die leitenden Spuren (9) mittels Laserdirektstrukturierung, Sputtern, Metalldruck oder eines laserinduzierten Graphen-Prozesses gebildet werden . 38. The method according to claim 37, wherein the conductive traces (9) are formed by means of laser direct structuring, sputtering, metal printing or a laser-induced graphene process.
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