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CN112654439A - 用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置 - Google Patents

用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置 Download PDF

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CN112654439A CN201980052316.6A CN201980052316A CN112654439A CN 112654439 A CN112654439 A CN 112654439A CN 201980052316 A CN201980052316 A CN 201980052316A CN 112654439 A CN112654439 A CN 112654439A
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Abstract

用于清除在基板(10、110)上的沉积物和/或沉淀物的装置(1)，所述装置具有：至少一个换能器(20、120)，所述换能器与基板(10、110)通过连接层(30)防丢失地连接；其中所述连接层(30)设置在基板(10、110)与换能器(20、120)之间。按照本发明规定，所述连接层(30)具有连接材料(31)和填充材料(32)。此外提供一种用于环境监控的光学系统，所述光学系统包括光学监控设备，所述光学监控设备包括透镜和/或观察窗和上述装置，其中，所述透镜或观察窗通过基板形成。

Description

用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置、亦即清洁装置。
背景技术
作为基板例如可以理解为玻璃、复合玻璃、光学系统的透镜、挡风玻璃或观察玻璃或者其他表面。定期借助于手动或自动装置必要时在添加清洁剂的情况下来清洁这些表面。这样的装置例如包括雨刮器、刮水器、清洁布和诸如此类。
因为通常无法手动干预到清洁过程中(例如在正在行驶的机动车的窗户、挡风玻璃无法打开或者在机器中的观察窗难以接近或摄像机系统无法接近的情况下)，所以设有用于清洁基板表面的装置，所述装置无需手动干预。此外，通常从美学上或技术上的观点来看值得期望的是，要清洁的表面尽可能少地被清洁装置遮挡。
这具有如下背景，即，在观察窗的情况下尽可能大的观察范围例如是值得期望的，或者例如在刮水器的情况下清洁装置具有技术缺点。这样的缺点有时可能在于，由于装置提高机动车的流体阻力，或者污物积聚在清洁装置本身上。并且在摄像机系统、光学监控设备、后视镜或其他光学系统的情况下值得期望的是，清洁装置尽可能小地限制视野。
为了避免所述缺点，在WO 2012/095643 A1中设有用于除去窗户表面的雨或细雨的装置。该装置包括窗以及一个或多个紧固在窗上的压电转换器(换能器)。根据WO 2012/095643 A1的装置构成用于，通过使用超声波、亦即借助于超声波使雨或细雨蒸发，其中，超声波通过所述至少一个压电转换器产生。
为了将声能从换能器传递到基板中，相应的换能器必须以精确限定的方式且可靠地紧固在基板上。这例如可以通过材料锁合连接实现。通过紧固一方面确保换能器即使在其运行期间也保留在基板上，并且另一方面将声能传递到基板中。在此通常的情况在于，换能器、连接部以及基板的材料是不同的。
发明内容
本发明的目的在于，如下改善用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置，使得在换能器与基板之间传递声能时的损耗降低。
本发明的主要特征在权利要求1的特征部分中给出。各设计方案是权利要求2至10的技术方案。此外，本发明按照权利要求11涉及一种用于环境监控的光学系统，所述光学系统包括光学监控设备，该光学监控设备具有用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置。
在用于清除在基板上的沉积物和/或沉淀物的装置中，所述装置具有至少一个换能器，所述换能器与基板通过连接层防丢失地相连接；其中，所述连接层设置在基板与换能器之间，按照本发明规定，所述连接层具有连接材料和填充材料。
在本发明的进一步扩展方案中，作为基板例如可以设有透明材料、观察窗、透镜、镜或挡风玻璃，其中，基板可以是单层或多层的。作为换能器可以设有压电转换器、特别是铅-锆酸盐-钛酸盐(PZT)，其中，所述换能器在朝向基板的一侧上可以具有电极装置，各电极装置在更详细的设计方案中梳状或拉链状地相互嵌接(叉指式换能器，Inter-DigitalTransducer)。
可选地，通过相应的换能器通过在此未详细描述的驱动设备和必要时控制和/或调节设备进行相应的驱动的情况下能产生不同的波类型。因此可以通过换能器能产生表面波和/或空间波。空间波例如是纵波或横波。纵波在其传播方向上振动。横波横向于传播方向振动。表面波例如通过空间波在边界层上的折射形成。表面波垂直于其振动方向沿在两个声学上不同的介质之间的边界面传播。勒夫(Love)波例如在边界面上在水平方向上振动并且垂直于振动方向传播。瑞利波相对于边界面在竖直方向上振动并且垂直于振动方向沿边界面传播。表面波在相应地位于在边界面另一侧的材料中经受强烈衰减。通过换能器产生的声波优选是超声波。超声波是位于在人的听觉频率范围之上的频率范围并且始于大致16kHz。
在本发明的进一步扩展方案中，所述连接层是将换能器与基板材料锁合地相连接的层。可选地，这通过粘接层提供。可选地，所述连接材料负责将换能器粘附在基板上，并且所述连接材料具有材料特定的机械和声学连接材料特性。可选地，所述填充材料同样可以有助于粘附，但是此外也限定在基板与换能器之间的间距。所述填充材料同样具有材料特定的机械和声学填充材料特性。在本发明的进一步扩展方案中规定，所述连接层将换能器、基板和/或填充材料相互连接，特别是材料锁合地相互连接，其中，在本发明的更详细的设计方案中规定，所述连接层基本上是不含气体的。
通过设置由连接材料和填充材料组成的连接层得出如下优点，即，通过选择连接层的材料组分不仅能在其机械特性(亦即例如厚度、硬度或粘性)方面、而且在其声学特性(例如声音传播速度)方面能影响连接层。按照这种方式可以在换能器材料与基板材料的相应的场阻抗之间建立声学的阻抗差或声学的阻抗对比。由此可以以有利的方式影响：在换能器与连接层之间以及在连接层与基板之间的边界面上是否以及以何种程度地出现声能的反射。此外，通过如下方式产生另外的优点，即，特别是通过选择填充材料(所述填充材料可以赋予连接层机械稳定性)能使换能器相对于基板精确地定向。换能器相对于基板的精确的定向具有如下优点，即，使得通过换能器产生的声波优化地耦合到基板中并且在那里以限定的方式和方法传播。
在本发明的另一个设计方案中可以规定，通过在连接材料与填充材料之间的质量比例来调节连接层的声学和/或机械特性。可选地规定，填充材料与连接材料的质量比例在装置的所期望的声学和/或机械特性方面是优化的。通过调节所述质量比例能够以有利且简单的方式影响连接层的声学和/或机械特性，因为仅须称量和混合连接材料与填充材料。根据所述质量比例例如根据经验或在数字上能够确定所期望的声学和/或机械特性。按照这种方式，根据换能器的所期望的使用频率范围和换能器以及基板的相应的介质的所期望的使用频率范围能调节在换能器与连接层之间以及在连接层与基板之间的声学的阻抗对比。
本发明的另外的特性的特征在于，所述连接材料具有至少一个通过辐射固化、特别是通过紫外辐射或通过热固化的材料组分，其中通过固化工艺优选能影响装置的声学和/或机械特性。可选地，本发明通过如下方式设计，即，使得所述连接材料具有通过辐射固化或通过热固化的双组分材料。可以规定，所述连接材料是环氧树脂。因为固化也可以间接地进行，因此辐射固化和/或热固化有利地设计。间接在该上下文中意味着：无须与其他固化介质、例如氧气接触。于是，这特别是当换能器通过连接层安装在透明的基板上时是有利的。于是，能穿过基板(例如从与换能器相对置的侧)固化连接层或在连接层中的连接材料。
本发明的另一个设计方案规定，在所述填充材料中的声传播速度不同于在所述连接材料中的声传播速度。在一种更详细的设计方案中规定，在填充材料中的声传播速度高于在连接材料中的声传播速度。也可以规定，填充材料的密度不同于、优选高于连接材料的密度。此外可以规定，填充材料的硬度不同于、优选高于连接材料的硬度。按照这种方式能够以有利的方式调节在连接层中的声传播速度，以用于控制在换能器与连接层之间以及在连接层与基板之间的阻抗对比。密度和硬度是另外的材料特性，所述另外的材料特性以有利的方式直接或间接地影响声传播速度以及连接材料和填充材料的阻抗并且因此也影响连接层的阻抗。
按照本发明的进一步扩展方案规定，在连接层中的声传播是各向异性的。按照这种方式，在通过换能器进行相应的机械激励的情况下有利地促进表面波沿在换能器与基板之间的边界面传播。
本发明的另一个设计方案规定，所述填充材料至少部分地由硝酸盐玻璃、特别是鹏硅玻璃组成。通过应用上述玻璃中的一个玻璃得出如下优点，即，通过填充材料能将连接层的声学特性适配于基板的声学特性。这特别是当基板本身是玻璃时是有利的。
本发明的一个特别优选的实施形式规定，所述填充材料产生在换能器与基板之间的限定的间距。通过填充材料限定的间距特别是在将换能器耦合到基板的方面以及对于换能器相对于基板的表面的定向是有利的。
在本发明的更详细的设计方案中可以规定，由填充材料制成的至少一个成形体通过与换能器和基板的耦联形成声桥。按照本发明的进一步扩展方案规定，所述至少一个成形体是固体、优选是实心的。由此可以进一步扩展本发明，使得所述至少一个成形体具有与间距相对应的尺寸。因此，在机械方面通过填充材料以有利的方式固定且唯一地限定在换能器与基板之间的间距。所述至少一个成形体可以在连接材料中构成具有填充材料的基体。通过换能器与基板的经由填充材料的声桥的声学耦合、亦即连接材料与换能器和基板的直接材料接触得出另外的优点，即，此外由此能影响连接层的声学特性。
按照这种方式能够附加地有利地影响在换能器与连接层之间以及在连接层与基板之间的阻抗对比。
本发明的进一步扩展方案规定，所述至少一个成形体是球形或棒形的。按照本发明的进一步扩展方案规定，至少一个球形或棒形的成形体的直径相应于换能器的运行频率的小部分。进一步扩展方案可选地规定，所述至少一个棒形的成形体平放或直立地设置。通过所述至少一个成形体的球形或棒形的设计方案有利地得出，一个或多个成形体能良好地分布在连接材料中并且总是以限定的位置存在于连接材料中，这对于将声波从换能器传递至基板具有积极的影响。
在本发明的另一个设计方案中可以规定，所述连接材料设置在所述至少一个成形体与换能器之间的边界面上以及在所述至少一个成形体与基板之间的边界面上。本发明的进一步扩展方案规定，所述连接层设置用于将由换能器产生的表面波和/或空间波耦合到基板中。因此按照有利的方式得出影响连接层的声学和机械特性的另外的可能性。
本发明的另一个设计方案规定，所述装置还具有生成器，所述生成器用于产生在超过100kHz的频率范围内的驱动信号用以驱动换能器。通过设有生成器并且用于换能器的驱动信号位于在超过100kHz的频率范围内，借助于进入到沉淀物或其他沉积物中的超声波通过其汽化和/或运动能够特别高效地除去表面污染物、例如沉淀物或其他沉积物。
本发明此外涉及一种用于环境监控的光学系统，所述光学系统包括光学监控设备，该光学监控设备包括透镜和/或观察窗和上述装置及其设计方案，其中所述透镜或观察窗通过基板形成。使用上述装置特别是对于用于环境监控的光学系统来说是有利的，因为通过在透镜或观察窗上使用所述至少一个换能器确保：光学系统的视野或监控范围保持尽量不受损害。
附图说明
由权利要求书的内容以及由借助附图对各实施例的如下描述得出本发明的另外的特征、细节和优点。图中：
图1示出基板连同设置在其上的换能器的示意性透视图；
图2示出根据第一实施形式的基板连同设置在其上的换能器的示意性剖视图；
图3示出根据第二实施形式的基板连同设置在其上的换能器的示意性剖视图；以及
图4示出根据第三实施形式的基板连同设置在其上的换能器的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出根据第一实施形式用于清除在基板10上的沉积物和/或沉淀物的装置1的示意性透视图，所述装置包括设置在基板10上的换能器20，其中，所述换能器设置在基板的表面11上。
图2示出根据第一实施形式的用于清除在基板10上的沉积物和/或沉淀物的装置1的示意性剖视图，所述装置包括设置在基板10上的换能器20。所述换能器设置在基板10的表面11上。在基板10与换能器20之间存在连接层30，所述连接层具有连接材料31和填充材料32。
在当前的第一实施形式中，以构成为球形或柱形的成形体34形式的填充材料32位于连接材料31中。所述成形体34形成用于连接材料31的基体，从而连接层30相应地由两个组分构建。连接层30的厚度由通过成形体34预先给定的间距33限定。所述成形体34不仅直接贴靠在换能器20上、而且直接贴靠在基板10上并且形成声桥。
图3示出根据第二实施形式的用于清除在基板110上的沉积物和/或沉淀物的装置1的示意性剖视图，所述装置包括设置在基板110上的换能器120。
基板110的朝向换能器120的表面111是弯曲的。换能器120在朝向基板110的表面中具有基本上与表面111的曲率相对应的曲率。
在该实施形式中，以构成为球形或柱形的成形体34形式的填充材料32也位于连接材料31中，其中，所述成形体34构成用于连接材料31的基体。连接层30因此由两个组分构建。所述成形体34不仅直接贴靠在换能器120上、而且直接贴靠在基板110上并且形成声桥。连接层30的厚度由通过成形体34预先给定的间距33限定。
图4示出根据第三实施形式的用于清除在基板110上的沉积物和/或沉淀物的装置1的示意性剖视图，所述装置包括设置在基板110上的换能器20。
在该实施形式中，基板110的朝向换能器20的表面111是弯曲的，其中，换能器20的朝向基板110的表面基本上不具有曲率。因此在换能器20与基板110的表面111之间的间距233、235变化。
填充材料32中的成形体234a、234b具有不同的直径，以便补偿在表面111与换能器20之间的变化的间距233、235。成形体234a、234b在此不仅贴靠在基板110的表面111上、而且贴靠在换能器20上并且构成声桥。
在换能器20与表面111之间的间隙除了填充材料32之外也填充有连接材料31。
本发明不限于上述各实施形式中之一，而是可以按照不同的方式进行修改。例如可以规定，填充材料32嵌入在连接材料31中并且不由离散的成形体34组成，而是与连接材料相混合。备选于此地可以规定，所述至少一个成形体34、234a、234b是结构体，所述结构体具有优选规则的结构、特别是网络结构或蜂窝状结构。
由权利要求书、说明书和附图得知的全部特征和优点、包括结构上的细节、空间上的布置结构和方法步骤不仅可以单独地而且以不同组合地是对于本发明重要的。
附图标记列表
1 装置
10、110 基板
11、111 表面
20、120 换能器
30 连接层
31 连接材料
32 填充材料
33、233 第一间距
34、234a、234b 成形体
35、235 第二间距。

Claims (11)

1.用于清除在基板(10)上的沉积物和/或沉淀物的装置(1)，所述装置具有至少一个换能器(20、120)，所述换能器与基板(10、110)通过连接层(30)防丢失地相连接，其中，所述连接层(30)设置在基板(10、110)与换能器(20、120)之间，其特征在于，所述连接层(30)具有连接材料(31)和填充材料(32)。
2.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，通过在连接材料(31)与填充材料(32)之间的质量比例来调节所述连接层(30)的声学和/或机械特性。
3.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，在所述填充材料(32)中的声传播速度不同于在所述连接材料(31)中的声传播速度。
4.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，所述填充材料(32)至少部分地由硝酸盐玻璃、特别是鹏硅玻璃组成。
5.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，所述填充材料(32)产生在换能器(20、120)与基板(10、110)之间的限定的间距(33、233)。
6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，由填充材料(32)制成的至少一个成形体(34、234a、234b)通过与换能器(20、120)和基板(10、110)耦联形成声桥。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个成形体(34、234a、234b)是球形或棒形的。
8.根据权利要求6或7所述的装置(1)，其特征在于，所述连接材料(31)设置在所述至少一个成形体(34、234a、234b)与换能器(20、120)之间的边界面上以及在所述至少一个成形体(34、234a、234b)与基板(10、110)之间的边界面上。
9.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，所述连接层(30)设置用于将由换能器(20、120)产生的表面波和/或空间波耦合到基板(10、110)中。
10.根据上述权利要求之一所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)还具有生成器，所述生成器用于产生在超过100kHz的频率范围内的驱动信号用以驱动换能器(20、120)。
11.用于环境监控的光学系统，所述光学系统包括光学监控设备，所述光学监控设备包括透镜和/或观察窗和根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述透镜或观察窗通过基板形成。
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