DE19809207C1 - Aufbau und Herstellungsverfahren einer Ultraschallwandlereinrichtung mit einem elastisch eingebetteten Ultraschallwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallwandlerein­ richtung mit einem elastisch eingebetteten Ultraschallwand­ ler, der einen plattenförmigen Piezokeramikschwinger mit an­ liegender Anpaßschicht umfaßt und der mit Ausnahme der dem zu beschallenden Medium zugewandten Seite der Anpaßschicht von einer Dämpfungsmasse umhüllt ist.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung der obengenannte Ultraschallwandlereinrichtung. Eine gattungsgemäße Ultraschallwandlereinrichtung ist in der EP 0 116 823 B1 offenbart. Hier ist der gesamte Ultraschall­ wandler ohne die dem zu beschallenden Medium zugewandte Seite der Anpaßschicht mit einer Schaumumhüllung versehen, die aus Polyurethanschaum besteht. Mit der Schaumumhüllung wird das Problem gelöst, die Ausschwingdämpfung - hierunter wird die Dämpfung der mechanischen Schwingungen des Wandlers unmittel­ bar nach dem Senden verstanden - zu verbessern, ohne dabei das weitere Übertragungsverhalten wesentlich zu verschlech­ tern. Das bis dahin bereits bekannte Einbetten der Wandler in Gummischellen bzw. in Silikonvergußmassen oder aber auch elektrische Maßnahmen, wie z. B. das Vorsehen von Dämpfungs­ widerständen, Transistoren etc., hatte nicht die genügende Ausschwingdämpfung gebracht. Hierbei wird darüber hinaus nicht nur das Ausschwingen gedämpft, sondern auch in erhebli­ chem Maße das Übertragungsmaß, d. h. das Verhältnis von Sende- zu Empfangssignal wurde erheblich reduziert. Erfahrungsgemäß sollte die Einbettung aus einem relativ weichen Material mit Schaumstruktur bestehen.

Die bisherigen Materialien als Einbettungsmasse für Ultra­ schallwandler, wie z. B. Silikon, haben den Nachteil, daß zur Umwandlung aus dem flüssigen in den festen Zustand eine län­ ger dauernde chemische Reaktion erforderlich ist. Im übrigen ist z. B. der Prozeß bei der Erzeugung von Polyurethanschaum als Einbettungsmasse relativ schwer beherrschbar.

Aus der DE 38 24 140 A1 ist bekannt, eine beidseitig silber­ beschichtete Piezokeramikscheibe auf einer Kupferfolie ganz­ flächig zu befestigen. Zwischen der Kupferfolie und der der Kupferfolie zugewandten Silberschicht der Piezokeramik wird mittels eines rußgefüllten Schmelzklebers ein elektrischer Kontakt hergestellt. Dieser liegt während des Aufbringens als Folie, über Wärme plastifiziertes Material oder als in Lö­ sungsmittel gelöste Substanz vor.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ultra­ schallwandlereinrichtung anzugeben, bei der sich die verwen­ dete Dämpfungsmasse ohne chemische Reaktion verfestigt und eine vergleichsweise kurze Abkühlzeit erreicht wird. Außerdem besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ultraschallwandlereinrichtung mit einem Gehäuse anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmasse ein mechanisch geschäumter Schmelzkleber ist.

Die Erzeugung der Schaumstruktur des Schmelzklebers geschieht physikalisch bzw. mechanisch, ohne daß eine chemische Reak­ tion abläuft. Der Herstellungsprozeß der Ultraschallwandler­ einrichtung mit dem Schmelzkleber ist wesentlich besser be­ herrschbar als mit einer Polyurethan-Schaumerzeugung. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist die sehr kurze Taktzeit, die durch die Abkühlzeit des Schmelzklebers bestimmt wird. Diese ermöglicht Entformungszeiten von wenigen Minuten.

Die verfahrensmäßige Lösung der obengenannten Aufgabe besteht darin, daß zur Anbindung des Ultraschallwandlers an ein star­ res Gehäuse der Schmelzkleber in eine den Ultraschallwandler enthaltende, geschlossene Form eingespritzt wird, die in Tei­ len aus dem Gehäuse selbst besteht.

Aus der Verarbeitung von Schmelzklebern ist an sich ein Ver­ fahren bekannt, thermoplastisch aufschmelzbare Schmelzkleber mechanisch aufzuschäumen ("Das FoamMelt^TM-Verfahren" aus dem Sonderdruck aus Adhäsion 6-7/82). Das in der genannten Druck­ schrift beschriebene Verfahren beruht darauf, in die aufge­ schmolzene Schmelzklebermasse in einer Verarbeitungsmaschine unter definiertem Druck ein Inertgas, z. B. Stickstoff, homo­ gen einzumischen. Nach dem Austragen des Schmelzklebers ex­ pandieren die unter Druck stehenden Glasbläschen und schäumen den Schmelzkleber auf. Als Ausgangsmaterial kommen alle übli­ chen Schmelzkleber auf Thermoplast-Basis in Frage, bevorzugt aber Systeme mit niedriger Shore A-Härte.

Vorteilhafterweise haftet der Schmelzkleber nicht an kalten Oberflächen mit einer hohen Wärmeabfuhr. Somit ist in kalten Stahlformen eine beliebige Formgestaltung ohne störende Trennmittel möglich. Hingegen ergibt sich auf thermisch iso­ lierenden Materialien eine innige Verbindung, wie beispiels­ weise auf der Anpaßschicht eines Ultraschallwandlers, einem Kunststoffgehäuse oder einem ummantelten Kabel. Die Formge­ bung des Schmelzklebers kann auch in einer Form aus anti­ adhäsivem Material, wie beispielsweise Silikon, erfolgen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren ist es unerheblich, wie die Fixierung des Wandlers während des Einspritzvorgangs in die Form gelöst ist. Das Verfahren ermöglicht eine mechanisch gute Anbindung des Ultraschallwandlers an ein Gehäuse mit einer einbettenden Masse, die die geforderte gleichmäßige Schaumstruktur aufweist, und ist damit sehr wirtschaftlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

In der Figur ist eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einem Ultraschallwandler dargestellt, der einen plattenförmigen Piezokeramikschwinger 1 mit einer anliegenden Anpaßschicht 2 umfaßt. Der Ultraschallwandler 1, 2 ist mit Ausnahme der dem zu beschallenden Medium zugewandten Seite der Anpaßschicht 2, die hier nach unten weist, von einem mechanisch geschäumten Schmelzkleber 3 als Dämpfungsmasse umhüllt. Der Ultraschall­ wandler 1, 2 liegt mit seiner Anpaßschicht 2 unter Zwischen­ lage einer Folie 4 auf einer metallischen Bodenplatte 5 auf, die lediglich zur Herstellung der Ultraschallwandlereinrich­ tung benötigt wird. Der Schmelzkleber 3 ist seitlich von ei­ nem zur Form zugehörigen Kunststoffgehäuse 6 umgeben, an dem die als Schutzschicht dienende Folie 4 ebenfalls anliegt. Nach oben hin ist das Kunststoffgehäuse 6 durch einen metal­ lischen Deckel 7 mit einer Einfüllöffnung 8 abgeschlossen. Für die Herstellung der Ultraschallwandlereinrichtung werden, wie zeichnerisch dargestellt, die Bodenplatte 5, das Kunst­ stoffgehäuse 6 und der Deckel 7 als Formteile verwendet. Der Schmelzkleber 3 wird in aufgeschmelzter, flüssiger Form durch die Einfüllöffnung 8 eingebracht. Nach Abkühlen und Verfesti­ gen des Schmelzklebers 3 werden die genannten Formteile abge­ nommen, wobei bedarfsweise das als Formteil verwendete Kunst­ stoffgehäuse 6 als mechanischer Schutz der Ultraschallwand­ lereinrichtung bestehen bleiben kann.

Somit ergibt sich ein Formkörper aus dem Schmelzkleber 3, der den Ultraschallwandler 1, 2 auf drei Seiten kraftschlüssig um­ hüllt.

Die als Schutzschicht dienende Folie 4 kann eingelegt oder in einem vorgeschalteten Arbeitsgang auf die Anpaßschicht 2 ge­ klebt werden.

Claims (2)

1. Ultraschallwandlereinrichtung mit einem Ultraschallwand­ ler, der einen plattenförmigen Piezokeramikschwinger (1) mit anliegender Anpaßschicht (2) umfaßt und der mit Ausnahme der dem zu beschallenden Medium zugewandten Seite der Anpaß­ schicht (2) von einer Dämpfungsmasse (3) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse ein mechanisch geschäumter Schmelzkleber (3) ist.

2. Verfahren zum Herstellen einer Ultraschallwandlereinrich­ tung mit einem Ultraschallwandler, der einen plattenförmigen Piezokeramikschwinger (1) mit anliegender Anpaßschicht (2) umfaßt und der mit Ausnahme der dem zu beschallenden Medium zugewandten Seite der Anpaßschicht (2) von einer Dämpfungs­ masse (3) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkleber (3) zur Anbindung des Ultraschallwand­ lers (1, 2) an ein starres Gehäuse (6) in eine den Ultra­ schallwandler (1, 2) enthaltende, geschlossene Form (5, 6, 7) eingespritzt wird, die teilweise aus dem Gehäuse (6) besteht.