WO2000079513A1 - Dämpfende halterung für das gehäuse eines ultraschallwandlers und verfahren zur herstellung - Google Patents
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
Definitions
- the invention relates to an ultrasonic transducer, 5 in particular for carrying out measurements in
- the ultrasonic transducer must be used for measurements in tubular bodies, on the inner tube wall or in an opening in the
- a holder is usually provided, which is firmly connected to the tube and holds the ultrasonic transducer in a fixed position. In many measuring arrangements, however, along a measuring section, in the present
- the structure-borne noise has a particularly disruptive effect, particularly in measurements in gases in which high sensitivity is important due to the low sound transmission in gases.
- effective structure-borne noise decoupling of the ultrasound transducer from the fastening medium, for example the pipe wall is particularly important.
- the decoupling is generally brought about by the connecting medium between the converter housing and the holder carrying this housing.
- an ultrasonic transducer with a housing with a bottom wall and side walls and a ceramic transducer on the bottom wall of the housing is known.
- a plastic matching layer is provided between the bottom wall and the ceramic transducer.
- the remaining free space of the housing is filled with a plastic damping layer made of a silicone elastomer of high density with a high proportion of metal oxide to dampen the ceramic transducer. This is intended to enable the damping layer to be applied mechanically during the manufacture of the ultrasound transducer.
- the damping layer within the converter housing is used in this converter to shorten the swing-out time in order to reduce the so-called blocking distance of the converter.
- this arrangement has the disadvantage that the rubber material of the O-ring must have a minimum hardness to ensure a secure alignment of the ultrasonic transducer in the holder, which in turn only partially allows structure-borne noise decoupling. Furthermore, with this arrangement, water can settle on the transducer housing and the O-ring during measurements in air or in gases with a high moisture content, which creates a new structure-borne noise bridge between the transducer housing and the holder, so that the decoupling effect of the O- Part of the ring does not come into play.
- the ultrasonic transducer consists in the usual way of a housing with a bottom wall and side walls and a transducer body which is arranged on an inner surface of the bottom wall.
- the housing can have a pot-shaped shape, for example.
- the bottom wall is preferably designed as a ⁇ / 4 adaptation layer for the ultrasonic wave range used.
- the transducer body itself usually consists of a piezoelectric disk, for example a piezoceramic, which is glued to the bottom wall.
- the housing is arranged in a holder which is connected to the outer surfaces of the side walls at least in a rear region of the housing spaced apart from the bottom wall.
- the holder itself can have a tubular shape, for example.
- the connecting element consists of an elastomer cast between the side walls of the housing and the holder, which engages in one or more projections or depressions which are provided on the outer surfaces of the side walls and on the boundary surfaces of the holder opposite these.
- the elastomer is not only provided in the space between the side walls and the holder, but covers the rear area of the Complete housing, as can be seen for example in Figures 1 and 3 of the embodiment.
- the design of the connecting element as an elastomer cast between the housing and the holder enables the ultrasound transducer to be reliably aligned relative to the holder. Due to the one or more projections or depressions on the outer surfaces of the housing or the inner surfaces of the holder, a mutual fixation between the housing, elastomer and holder is achieved, which prevents the individual elements from shifting relative to one another. Pouring in the elastomer enables a good intervention in the
- a particular advantage of the ultrasonic transducer according to the invention is that an elastomer with a Shore hardness of less than 50 Shore A, preferably between 10 and 40 Shore A, can be used without endangering the safe transducer alignment within the holder. Especially with such soft elastomers, very good damping in the airborne sound area can be achieved and thus excellent
- the elastomer is cast in only in a rear region of the housing between the holder and the side walls of the housing and the remaining space in the front region with PU or filled with silicone foam of low to medium density. This achieves an even better decoupling of the structure-borne noise from the holder.
- the PU or silicone foam can be foamed or glued in the form of one or more prefabricated bodies.
- the projections and / or depressions on the outer wall of the housing or the inner wall of the holder preferably do not have a rectangular cross-sectional shape.
- the cross-sectional shape is rather chosen so that no air bubbles get caught on the projections or depressions when the elastomer is poured in.
- the edges of these cross-sectional shapes are preferably beveled and horizontal surfaces which hinder the rise of the air bubbles are avoided.
- the method according to the invention for producing the ultrasonic transducer uses a suitable mold for pouring the elastomer between the housing and the holder.
- the housing of the ultrasonic transducer with the transducer body and associated electrical contacts located therein is manufactured in the usual way.
- the depressions and projections on the housing can be suitably designed potting mold, into which the housing is cast, can be realized.
- the shape required for the pouring of the elastomer has recesses in order to fix the housing and the holder in the required relative position to one another.
- the shape extends in the space between the holder and the side walls of the housing to a height from the bottom of the housing to which the elastomer is to extend from the rear of the housing. In this way, a space remains from the back of the housing to the mold, which is filled with the elastomer.
- the elastomer is filled in so far that the back of the housing is completely covered. After the pourable elastomer has solidified, the mold is removed.
- a PU or silicone foam can then be filled into the remaining space between the side walls of the housing and the holder, which was previously taken up by the mold.
- the holder does not have to extend to the bottom area of the housing, but can also only enclose the rear area of the housing.
- the appropriate shape for pouring the elastomer is adapted accordingly.
- Figure 2 shows an arrangement with a corresponding shape for producing the ultrasonic transducer of Figure 1;
- FIG. 3 shows another example of an ultrasonic transducer according to the invention.
- FIG. 4 shows an example of a mold for producing the ultrasound transducer according to FIG. 3.
- FIG. 1 shows an example of an ultrasonic transducer according to the present invention.
- the ultrasonic transducer consists of the housing 3 with a transducer body 1 designed as a piezoelectric disk, which is attached to the bottom surface of the pot-shaped housing 3 by means of an adhesive layer 2.
- the bottom surface can be designed as a ⁇ / 4 adaptation layer.
- the converter body 1 preferably consists of a piezo ceramic.
- the two main surfaces of the piezoceramic 1 are provided in the usual way with electrodes, which are controlled via the contact wires 4.
- a damping layer 5 is provided on the back of the piezoceramic 1, which completely fills the interior of the housing.
- the damping layer 5 consists of known damping materials for ultrasound.
- the converter housing 3 is arranged in a holder 8 and connected to this via the connecting element 6, a cast elastomer.
- projections 9 on the housing 3 and depressions 10 on the inner surface of the holder 8, into which the elastomer 6 engages can be clearly seen.
- the projection 9 on the housing 3 is formed by a circumferential collar which is formed over a phase so that it does not have a rectangular cross-sectional shape.
- the recess 10 in the holder or in the outer housing is designed in the form of a circumferential groove, which is also not rectangular, but with bevelled edges. This can be seen from Figure 1.
- These respective bevels on the collar or on the groove serve to prevent the inclusion of air bubbles when casting the elastomer.
- the groove of the holder or the collar of the converter housing serve to hold the elastomer encapsulation mechanically securely.
- the holder itself is tubular and can also be closed on the back.
- the bottom surface of the converter housing which corresponds to the surface that emits the sound, must of course not be cast in.
- Figure 2 shows a possibility for a casting mold 11 for mutual connection between the converter housing 3 and the holder 8.
- the casting mold 11 is designed so that it fixes the converter housing 3 and the holder 8 in the required relative position to each other.
- the elastomer 6 is then poured into the flowable state between the holder 8 and the housing 3.
- the fill level is chosen so that the back of the housing 3, from which the contact wires 4 are led out, is completely covered by the elastomer 6. It goes without saying that for this purpose the holder must protrude beyond the rear of the housing, as shown in FIG. 2. After removing the form 11 stands thus an ultrasonic transducer as shown in FIG. 1 is ready.
- FIG. 3 shows a further example of an ultrasound transducer which has a structure-borne noise decoupling which is improved compared to the embodiment in FIG. 1 and at the same time has a minimal influence on the acoustics of the transducer.
- the converter housing 3 is only potted with an elastomer 6 up to the lower edge of the collar 9.
- the remaining space between the holder 8 and the housing 3 is foamed with a PU or silicone foam 7 of low to medium density after the elastomer 6 has hardened.
- FIG. 3 further shows, as in FIG. 1, the piezo-ceramic transducer body 1, an adhesive layer 2, a damping material 5 and the electrical contacts 4.
- the PU or silicone foam can be glued into the space between the holder 8 and converter housing 3 in the form of prefabricated molded parts, for example from injection molding or by punching out of appropriate mats.
- FIG. 4 shows a possibility for a casting mold 11 with which a transducer according to FIG. 3 can be manufactured.
- the casting mold 11 holds the converter housing 3 and the holder 8 centered on one another during the casting of the elastomer 6.
- the part of the intermediate space between the converter housing 3 and the holder 8, which is later to be filled by the PU or silicone foam, is here initially encased by the corresponding casting mold 11. taken.
- the casting mold is removed and the PU or silicone foam can be poured into the resulting space.
- the back of the converter housing 3 is completely covered by the elastomer 6, as in FIG. 2.
- the casting molds 11 for the elastomer 6 are preferably made of Teflon. If potting molds made of other materials are used, they should preferably be coated with Teflon or another release agent to allow easy removal of the mold after the elastomer has hardened.
- Preferred elastomers for use as a connecting member in the present invention are polyurethane elastomers (such as Sikaflex ® 228) or elastomers based on silicone (for example, Elastosil ® A234).
Landscapes
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, insbesondere für Messungen in Gasen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Der Ultraschallwandler weist ein Gehäuse (3) mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen, einen Wandlerkörper (1), der an einer Innenflâche der Bodenwandung angeordnet ist, und eine Halterung (8) für das Gehäuse (3) auf, die zumindest in einem von der Bodenwandung beabstandeten hinteren Bereich des Gehäuses (3) über ein Verbindungselement (6) mit Außenflächen der Seitenwandungen verbunden ist. Das Verbindungselement (6) wird durch ein zwischen die Seitenwandungen und die Halterung (8) eingegossenes Elastomer gebildet, das in ein oder mehrere Vorsprünge oder Vertiefungen (9, 10) eingreift, die an den Außenflächen der Seitenwandungen und an der Halterung (8) vorgesehen sind. Das Elastomer bedeckt weiterhin den hinteren Bereich des Gehäuses (3) vollständig. Das Eingießen des Elastomers zwischen das Gehäuse (3) des Ultraschallwandlers und die Halterung (8) ist mit einer beide Bestandteile fixierenden Vergußform möglich. Der vorgeschlage Ultrascallwandler weist eine sehr gute Körperschallentkopplung zwischen Wandlergehäuse und Halterung auf und ist gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen unempfindlich.
Description
DÄMPFENDE HALTERUNG FÜR DAS GEHÄUSE EINES ULTRASCHALLWANDLERS UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, 5 insbesondere für die Durchführung von Messungen in
Gasen, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Ultraschallwandlers .
Die Einbindung von Ultraschallwandlern in Meß-
10 anordnungen erfordert in vielen Fällen eine Entkopplung des andlergehäuses vom Befestigungsmedium an dem der Wandler fixiert wird. So muß der Ultraschallwandler beispielsweise bei Messungen in rohrförmigen Körpern, an der Rohrinnenwand oder in einer Öffnung in der
15 Rohrwand befestigt werden. Hierfür ist in der Regel eine Halterung vorgesehen, die fest mit dem Rohr verbunden wird und den Ultraschallwandler in einer festen Position hält. Bei vielen Meßanordnungen werden jedoch entlang einer Meßstrecke, im vorliegenden
20 Beispiel entlang des Rohres, mehrere Ultraschallwandler angeordnet, von denen einer als Sender und ein weiterer als Empfänger dient. Hierbei tritt das Problem auf, daß sich die Ultraschallwelle nicht nur über das Meßmedium im Rohr sondern auch über das Gehäuse des Wandlers und
25 die Rohrwand ausbreitet. Diese Ausbreitung von Körperschall führt jedoch in vielen Fällen zu Störungen bei der Messung, da der als Empfänger dienende Ultraschallwandler nicht zwischen dem Empfang des Körperschalls und dem Empfang des gewünschten Signals aus dem Meß-
30 medium unterscheiden kann.
Stand der Technik
Gerade bei Messungen in Gasen, bei denen es aufgrund der geringen Schallübertragung in Gasen auf eine hohe Meßempfindlichkeit ankommt, wirkt sich der Körperschall besonders störend aus. In diesen Fällen ist daher eine wirksame Körperschallentkopplung des Ultraschallwandlers vom Befestigungsmedium, beispielsweise der Rohrwandung, besonders wichtig. Die Ent- kopplung wird in der Regel durch das Verbindungsmedium zwischen dem Wandlergehäuse und der dieses Gehäuse tragenden Halterung bewirkt.
Aus der DE 42 30 773 Cl ist ein Ultraschallwandler mit einem Gehäuse mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen sowie einem Keramikschwinger an der Bodenwandung des Gehäuses bekannt. Zwischen der Bodenwandung und dem Keramikschwinger ist eine Anpaß-Schicht aus Kunststoff vorgesehen. Der restliche Freiraum des Gehäuses ist zur Bedämpfung des Keramikschwingers mit einer Kunststoffbedämpfungsschicht aus einem Silikonelastomer hoher Dichte mit einem hohen Anteil an Metalloxid aufgefüllt. Dies soll eine maschinelle Aufbringung der Bedämpfungsschicht bei der Herstellung des Ultraschall-Wandlers ermöglichen. Die Bedämpfungsschicht innerhalb des Wandlergehäuses dient bei diesem Wandler der Verkürzung der Ausschwingzeit, um die sogenannte Blockdistanz des Wandlers zu verringern. Eine vergleichbare Ausgestaltung, bei der eine Bedämp- fungsschicht aus Polyurethanschaum auf der Rückseite des Wandlerkörpers aufgebracht ist, ist aus der DE 33 01 848 C2 bekannt.
Bei beiden Ultraschall-Wandlern stellt sich jedoch im Einsatz ebenfalls die Frage nach einer wirksamen Körperschallentkopplung des Wandlergehäuses vom Befestigungsmedium, beispielsweise einem Rohr.
In der DE 38 32 947 wird hierzu vorgeschlagen, das Wandlergehäuse des Ultraschallwandlers in ein Meßrohr als Halterung einzuspannen und über einen in einer Nut am Gehäuse und am Meßrohr umlaufenden Gummiring (O- Ring) vom Meßrohr akustisch zu entkoppeln.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß das Gummimaterial des O-Ringes zur Gewährleistung einer sicheren Ausrichtung des Ultraschallwandlers in der Halterung eine Mindesthärte aufweisen muß, die wiederum eine Körperschallentkopplung nur teilweise ermöglicht. Weiterhin kann sich bei dieser Anordnung bei Messungen in Luft oder in Gasen mit hohem Feuchtigkeitsanteil Wasser an dem Wandlergehäuse und dem O-Ring absetzen, wodurch eine neue Brücke für den Körperschall zwischen dem Wandlergehäuse und der Halterung entsteht, so daß die entkoppelnde Wirkung des O-Ringes zum Teil nicht zum Tragen kommt .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Ultraschallwandler mit einer Halterung anzugeben, der eine wirksame Körperschallentkopplung bei gleichzeitiger Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit bietet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ultraschallwandlers anzugeben.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Ultraschallwandler nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ultraschallwandlers und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Ultraschallwandler besteht in üblicher Weise aus einem Gehäuse mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen sowie einem Wandlerkörper, der an einer Innenfläche der Bodenwandung angeordnet ist. Das Gehäuse kann hierbei beispielsweise eine topfförmige Gestalt aufweisen. Die Bodenwandung ist vorzugsweise als λ/4 Anpassungsschicht für den verwendeten Ultra- schallwellenbereich ausgestaltet. Der Wandlerkörper selbst besteht in der Regel aus einer piezoelektrischen Scheibe, beispielsweise einer Piezokeramik, die auf die Bodenwandung aufgeklebt ist.
Das Gehäuse ist in einer Halterung angeordnet, die zumindest in einem von der Bodenwandung beabstandeten hinteren Bereich des Gehäuses über ein Verbindungselement mit den Außenflächen der Seitenwandungen verbunden ist. Die Halterung selbst kann beispielsweise eine rohrförmige Gestalt aufweisen. Erfindungsgemäß besteht das Verbindungselement aus einem zwischen die Seitenwandungen des Gehäuses und die Halterung eingegossenen Elastomer, das in ein oder mehrere Vorsprünge oder Vertiefungen, die an den Außenflächen der Seitenwandungen und an den diesen gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Halterung vorgesehen sind, eingreift. Das Elastomer ist nicht nur im Zwischenraum zwischen den Seitenwandungen und der Halterung vorgesehen, sondern bedeckt den hinteren Bereich des
Gehäuses vollständig, wie dies beispielsweise in den Figuren 1 und 3 des Ausführungsbeispiels zu erkennen ist.
Die Ausgestaltung des Verbindungselementes als ein zwischen das Gehäuse und die Halterung eingegossenes Elastomer ermöglicht eine sichere Ausrichtung des Ultraschallwandlers relativ zur Halterung. Durch die ein oder mehreren Vorsprünge oder Vertiefungen an den Außenflächen des Gehäuses bzw. den Innenflächen der Halterung wird eine gegenseitige Fixierung zwischen Gehäuse, Elastomer und Halterung erreicht, die eine Verschiebung der einzelnen Elemente zueinander verhindert. Gerade das Eingießen des Elastomers ermöglicht hierbei ein gutes Eingreifen in die
Vorsprünge und Vertiefungen und somit eine optimale Haltewirkung .
Die vollständige Bedeckung des hinteren Bereiches des Gehäuses durch das Elastomer verhindert eine Brückenbildung zwischen Gehäuse und Halterung in diesem
Bereich durch niedergeschlagene Feuchtigkeit.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers besteht darin, daß ein Elastomer mit einer Shorehärte von weniger als 50 Shore A, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Shore A, eingesetzt werden kann, ohne die sichere Wandlerausrichtung innerhalb der Halterung zu gefährden. Gerade mit derart weichen Elastomeren läßt sich eine sehr gute Dämpfung im Luftschallbereich und damit eine hervorragende
Körperschallentkopplung erreichen .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, bei der die Halterung das Gehäuse des Ultraschallwandlers nahezu über seine gesamte Länge umschließt, ist das Elastomer nur in einem hinteren Bereich des Gehäuses zwischen die Halterung und die Seitenwandungen des Gehäuses eingegossen und der verbleibende Zwischenraum im vorderen Bereich mit PU- oder Silikonschaum kleiner bis mittlerer Dichte ausgefüllt. Hierdurch wird eine noch bessere Entkopplung des Körperschalls von der Halterung erreicht. Der PU- oder Silikonschaum kann hierbei eingeschäumt oder in Form von einem oder mehreren vorgefertigten Körpern eingeklebt sein.
Die Vorsprünge und/oder Vertiefungen an der Außenwandung des Gehäuses bzw. der Innenwandung der Halterung weisen vorzugsweise keine rechteckige Querschnittsform auf. Die Querschnittsform wird vielmehr so gewählt, daß beim Eingießen des Elastomers keine Luftblasen an den Vorsprüngen oder Vertiefungen hängen bleiben. Hierfür werden vorzugsweise die Kanten dieser Querschnittsformen abgeschrägt und waagrechte, das Aufsteigen der Luftblasen behindernde Flächen vermieden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Ultraschallwandlers verwendet eine geeignete Form zum Eingießen des Elastomers zwischen Gehäuse und Halterung. Das Gehäuse des Ultraschallwandlers mit dem darin befindlichen Wandlerkörper und zugehörigen elektrischen Kontaktierungen wird in üblicher Weise hergestellt. Hierbei können die Vertiefungen und Vorsprünge am Gehäuse mit einer entsprechend ausge-
stalteten Vergußform, in die das Gehäuse eingegossen wird, realisiert werden.
Die für das Eingießen des Elastomers erforderliche Form hat Ausnehmungen, um Gehäuse und Halterung in der erforderlichen relativen Position zueinander zu fixieren. Die Form erstreckt sich hierbei in dem Zwischenraum zwischen der Halterung und den Seitenwandungen des Gehäuses bis zu einer Höhe vom Boden des Gehäuses, bis zu der sich das Elastomer von der Rückseite des Gehäuses erstrecken soll. Auf diese Weise verbleibt von der Rückseite des Gehäuses bis zur Form ein Zwischenraum, der mit dem Elastomer aufgefüllt wird. Das Elastomer wird hierbei soweit eingefüllt, daß die Rückseite des Gehäuses vollständig bedeckt wird. Nach der Verfestigung des in fließfähigem Zustand eingegossenen Elastomers wird die Form entfernt.
Anschließend kann in den verbleibenden Zwischenraum zwischen den Seitenwänden des Gehäuses und der Halterung, der vorher von der Form eingenommen wurde, ein PU- oder Silikonschaum eingefüllt werden.
Selbstverständlich muß sich die Halterung nicht bis an den Bodenbereich des Gehäuses erstrecken, sondern kann auch nur den hinteren Bereich des Gehäuses umschließen. Hierbei wird die entsprechende Form zum Eingießen des Elastomers entsprechend angepaßt.
Der erfindungsgemäße Ultraschallwandler und das Verfahren zu seiner Herstellung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler;
Figur 2 eine Anordnung mit einer entsprechenden Form zur Herstellung des Ultraschallwandlers der Figur 1 ;
Figur 3 ein weiteres Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler; und
Figur 4 ein Beispiel für eine Form zur Herstellung des Ultraschallwandlers gemäß Figur 3.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Beispiel für einen Ultraschallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Ultra- schallwandler besteht aus dem Gehäuse 3 mit einem als piezoelektrische Scheibe ausgeführten Wandlerkörper 1, der mittels einer Klebeschicht 2 an der Bodenfläche des topfförmigen Gehäuses 3 angebracht ist. Die Bodenfläche kann als λ/4 AnpassungsSchicht ausgeführt sein. Der Wandlerkörper 1 besteht vorzugsweise aus einer Piezo- keramik. Die beiden Hauptoberflächen der Piezokeramik 1 sind in üblicher Weise mit Elektroden versehen, die über die Kontaktdrähte 4 angesteuert werden. Auf der Rückseite der Piezokeramik 1 ist eine Dämpfungsschicht 5 vorgesehen, die den Innenraum des Gehäuses vollständig ausfüllt. Die DämpfungsSchicht 5 besteht aus bekannten Dämpfungsmaterialien für Ultraschall .
Das Wandlergehäuse 3 ist in einer Halterung 8 angeordnet und mit dieser über das Verbindungselement 6, ein eingegossenes Elastomer, verbunden. In der Figur sind deutlich Vorsprünge 9 am Gehäuse 3 sowie Vertiefungen 10 an der Innenfläche der Halterung 8 zu erkennen, in die das Elastomer 6 eingreift. Im vor-
liegenden Beispiel wird der Vorsprung 9 am Gehäuse 3 durch einen umlaufenden Kragen gebildet, der über eine Phase angeformt ist, so daß er keine rechtwinklige Querschnittsform aufweist. Die Vertiefung 10 in der Halterung beziehungsweise im Außengehäuse ist in Form einer umlaufenden Nut ausgebildet, die ebenfalls nicht rechtwinklig, sondern mit abgeschrägten Kanten ausgeführt ist. Dies ist aus Figur 1 ersichtlich. Diese jeweiligen Abschrägungen am Kragen bzw. an der Nut dienen dazu, beim Vergießen des Elastomers den Einschluß von Luftblasen zu verhindern. Die Nut der Halterung bzw. der Kragen des Wandlergehäuses dienen dazu, den Elastomer-Verguß mechanisch sicher zu halten. Die Halterung selbst ist in diesem Beispiel in Rohrform ausgeführt und kann auch rückseitig geschlossen sein.
Die Bodenfläche des Wandlergehäuses, die der dem Schall abstrahlenden Fläche entspricht, darf selbstverständlich nicht mit eingegossen werden.
Figur 2 zeigt eine Möglichkeit für eine Vergußform 11 zur gegenseitigen Verbindung zwischen dem Wandlergehäuse 3 und der Halterung 8. Die Vergußform 11 ist so ausgeführt, daß sie das Wandlergehäuse 3 und die Halterung 8 in der erforderlichen relativen Position zueinander fixiert. Anschließend wird das Elastomer 6 in fließfähigem Zustand zwischen die Halterung 8 und das Gehäuse 3 eingefüllt. Die Füllhöhe wird so gewählt, daß die Rückseite des Gehäuses 3, aus der die Kontaktdrähte 4 herausgeführt werden, vollständig vom Elastomer 6 bedeckt wird. Es versteht sich von selbst, daß hierzu die Halterung über die Rückseite des Gehäuses hinausragen muß, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Nach dem Entfernen der Form 11 steht
somit ein Ultraschallwandler bereit, wie er in Figur 1 dargestellt ist.
Figur 3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Ultraschallwandler, der eine gegenüber der Ausführungs- form der Figur 1 verbesserte Körperschallentkopplung bei gleichzeitig minimalem Einfluß auf die Akustik des Wandlers aufweist. Das Wandlergehäuse 3 wird hier nur bis zum unteren Rand des Kragens 9 mit einem Elastomer 6 vergossen. Der restliche Zwischenraum zwischen der Halterung 8 und dem Gehäuse 3 wird nach dem Aushärten des Elastomers 6 mit einem PU- oder Silikonschaum 7 kleiner bis mittlerer Dichte ausgeschäumt . Figur 3 zeigt hierbei weiterhin, wie bei Figur 1, den piezo- keramischen Wandlerkörper 1, eine Klebeschicht 2, ein Dämpfungsmaterial 5 sowie die elektrischen Kontaktierungen 4.
Alternativ zum Ausschäumen kann der PU- oder Silikonschaum in Form von vorgefertigten Formteilen, beispielsweise aus Spritzguß oder durch Ausstanzen aus entsprechenden Matten, in den Zwischenraum zwischen Halterung 8 und Wandlergehäuse 3 eingeklebt werden.
In Figur 4 ist eine Möglichkeit für eine Vergußform 11 dargestellt, mit der ein Wandler gemäß Figur 3 hergestellt werden kann. Die Vergußform 11 hält das Wandlergehäuse 3 und die Halterung 8 während des Vergießens des Elastomers 6 zentriert zueinander. Der Teil des Zwischenraums zwischen dem Wandlergehäuse 3 und der Halterung 8, der später von dem PU- oder Silikonschaum ausgefüllt werden soll, wird hier zunächst durch die entsprechende Vergußform 11 ein-
genommen. Nach dem Aushärten des Elastomers 6 wird die Vergußform entfernt und der PU- oder Silikonschaum kann in den dadurch entstehenden Zwischenraum eingefüllt werden. Auch hier wird die Rückseite des Wandler- gehäuses 3, wie bei Figur 2, wieder vollständig vom Elastomer 6 bedeckt .
Die Vergußformen 11 für das Elastomer 6 werden vorzugsweise aus Teflon hergestellt. Werden Verguß- formen aus anderen Materialien eingesetzt, so sollten diese vorzugsweise mit Teflon oder einem anderen Trennmittel beschichtet sein, um ein leichtes Entfernen der Form nach dem Aushärten des Elastomers zu ermöglichen. Bevorzugte Elastomere für den Einsatz als Verbindungselement bei der vorliegenden Erfindung sind Polyurethan-Elastomere (z.B. Sikaflex® 228) oder Elastomere auf Silikonbasis (z.B. Elastosil® A234) .
Claims
1. Ultraschallwandler, insbesondere für Messungen in Gasen, der ein Gehäuse (3) mit einer Bodenwandung und Seitenwandungen, einen Wandlerkörper (1) , der an einer Innenfläche der Bodenwandung angeordnet ist, und eine
Halterung (8) für das Gehäuse (3) aufweist, die zumindest in einem von der Bodenwandung beabstandeten hinteren Bereich des Gehäuses über ein Verbindungselement (6) mit Außenflächen der Seitenwandungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (6) ein zwischen die Seitenwandungen und die Halterung (8) eingegossenes Elastomer ist, das in ein oder mehrere Vorsprünge oder Vertiefungen (9, 10) eingreift, die an den Außenflächen der Seiten- Wandungen und an der Halterung (8) vorgesehen sind, und den hinteren Bereich des Gehäuses (3) vollständig bedeckt .
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer eine Shorehärte von weniger als 50 Shore A aufweist.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem vorderen Bereich des Gehäuses (3) zwischen der Halterung (8) und den Seitenwandungen verbleibender Zwischenraum mit PU- oder Silikonschaum (7) ausgefüllt ist.
4. Ultraschallwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der PU- oder Silikonschaum (7) eingeschäumt oder als ein oder mehrere vorgefertigte Körper eingeklebt ist.
5. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und/oder Vertiefungen (9, 10) eine von einer rechteckigen Querschnittsform abweichende Quer- schnittsform aufweisen, die ein Entweichen von Gasblasen beim Eingießen des Elastomers erleichtert.
6. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und/oder Vertiefungen (9, 10) abgeschrägte Kanten aufweisen.
7. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bodenfläche gerichtete Begrenzungsflächen der Vorsprünge oder Vertiefungen (9, 10) gegenüber der Bodenfläche geneigt sind, um ein Entweichen von Gasblasen beim Eingießen des Elastomers zu erleichtern.
8. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen einen umlaufenden Kragen als Vorsprung (9) aufweisen.
9. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine umlaufende Nut als Vertiefung (10) aufweist .
10. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wandlerkörper (1) eine rückwärtige Dämpfungsschicht (5) vorgesehen ist, auf der das Elastomer aufliegt.
11. Verfahren zur Herstellung des Ultraschallwandlers nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:
- Bereitstellung der Halterung (8) und des Gehäuses (3) mit dem Wandlerkörper (1);
- Bereitstellung einer Form (11) zur gegenseitigen Fixierung von Gehäuse (3) und Halterung (8) in der erforderlichen relativen Position zueinander, wobei die Form den Zwischenraum zwischen der Halterung und den Seitenwandungen des Gehäuses von der Bodenwandung des Gehäuses bis zu einem Abstand von der Bodenwandung ausfüllt, bis zu der sich dem sich das Elastomer (6) erstrecken soll;
- Aufsetzen der Halterung (8) und des Gehäuses (3) auf die Form (11) ;
- Eingießen des Elastomers (6) in fließfähigem Zustand in den verbleibenden Zwischenraum zwischen Halterung und
Seitenwandungen; und
- Entfernen der Form (11) .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Form (11) in den durch die Form eingenommenen Zwischenraum zwischen Halterung und Seitenwandungen ein PU- oder Silikonschaum (7) eingeschäumt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Form (11) in den durch die Form eingenommenen Zwischenraum zwischen Halterung und Seitenwandungen vorgefertigte PU- oder Silikonschaumkörper (7) eingeklebt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (11) aus Teflon oder mit einer Oberflächen- beschichtung aus Teflon eingesetzt wird.
Applications Claiming Priority (2)
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| US20110125024A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-26 | Roland Mueller | Ultrasonic transducer for use in a fluid medium |
| US8276445B2 (en) * | 2006-08-29 | 2012-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Holding device for an ultrasonic transducer |
| CN103868626A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种换能器及热量表 |
| CN103868629A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种超声波热量表 |
| CN104040619A (zh) * | 2012-01-17 | 2014-09-10 | 罗伯特·博世有限公司 | 超声传感器 |
| CN106015422A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 沈阳远大科技园有限公司 | 一种超声元件用隔振装置 |
| WO2018236274A1 (en) * | 2017-06-20 | 2018-12-27 | Acosense Ab | HOLDING ARRANGEMENT FOR AN ACOUSTIC TRANSMITTER IN AN ACOUSTIC SPECTROSCOPY SYSTEM |
Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
| DE10125272A1 (de) * | 2001-05-23 | 2002-11-28 | Valeo Schalter & Sensoren Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors sowie Ultraschallsensor |
| DE102005017008A1 (de) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Vorrichtung mit einem Sender, einem Empfänger und einem den Sender und den Empfänger aufnehmenden Gehäuse |
| DE102005039093A1 (de) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Ultraschallsensor, Entkopplungsmaterial für einen Ultraschallsensor und Verfahren zur Lackierung eines Ultraschallsensors |
| DE102006028211A1 (de) * | 2006-06-14 | 2007-12-20 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Ultraschallsensor mit Membran |
| DE102006028213A1 (de) * | 2006-06-14 | 2007-12-20 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Ultraschallsensor mit Entkopplungselement |
| DE102007043500A1 (de) * | 2007-09-12 | 2009-03-19 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Einbauanordnung für ein schwingungsempfindliches Bauteil, insbesondere eines Ultraschallwandlers, und Verfahren zum Einbau des Bauteils |
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| DE202013104569U1 (de) * | 2013-10-09 | 2013-11-25 | Pepperl + Fuchs Gmbh | Ultraschallsensor |
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| DE102019124614A1 (de) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Messkopf zur zerstörungsfreien Prüfung eines Gegenstandes, Messsystem und Verfahrens zur Prüfung von Schweißnähten an Faserverbundwerkstoffen |
| DE202020100871U1 (de) * | 2020-02-18 | 2020-11-11 | Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg | Ultraschallsensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59188298A (ja) * | 1984-03-14 | 1984-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波セラミツクマイクロホン |
| JPS63255681A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-21 | Matsushita Electric Works Ltd | 超音波振動子 |
| DE19601656A1 (de) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Teves Gmbh Alfred | Bedämpfter Ultraschallwandler |
| DE19744229A1 (de) * | 1997-10-07 | 1999-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Ultraschallwandler |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| DE3301848C2 (de) * | 1983-01-20 | 1984-11-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ultraschallwandler |
| DE3832947C2 (de) * | 1988-09-28 | 1996-04-11 | Siemens Ag | Ultraschall-Wandler |
| DE4230773C2 (de) * | 1992-09-15 | 2000-05-04 | Endress Hauser Gmbh Co | Ultraschallwandler |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59188298A (ja) * | 1984-03-14 | 1984-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波セラミツクマイクロホン |
| JPS63255681A (ja) * | 1987-04-13 | 1988-10-21 | Matsushita Electric Works Ltd | 超音波振動子 |
| DE19601656A1 (de) * | 1996-01-18 | 1997-07-24 | Teves Gmbh Alfred | Bedämpfter Ultraschallwandler |
| DE19744229A1 (de) * | 1997-10-07 | 1999-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Ultraschallwandler |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 047 (E - 299) 27 February 1985 (1985-02-27) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 070 (P - 829) 17 February 1989 (1989-02-17) * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8276445B2 (en) * | 2006-08-29 | 2012-10-02 | Robert Bosch Gmbh | Holding device for an ultrasonic transducer |
| US20110125024A1 (en) * | 2009-10-29 | 2011-05-26 | Roland Mueller | Ultrasonic transducer for use in a fluid medium |
| US8288920B2 (en) * | 2009-10-29 | 2012-10-16 | Robert Bosch Gmbh | Ultrasonic transducer for use in a fluid medium |
| CN104040619A (zh) * | 2012-01-17 | 2014-09-10 | 罗伯特·博世有限公司 | 超声传感器 |
| CN103868626A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种换能器及热量表 |
| CN103868629A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种超声波热量表 |
| CN103868626B (zh) * | 2012-12-18 | 2017-07-11 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种换能器及热量表 |
| CN106015422A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 沈阳远大科技园有限公司 | 一种超声元件用隔振装置 |
| WO2018236274A1 (en) * | 2017-06-20 | 2018-12-27 | Acosense Ab | HOLDING ARRANGEMENT FOR AN ACOUSTIC TRANSMITTER IN AN ACOUSTIC SPECTROSCOPY SYSTEM |
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