[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallwandlereinrichtung mit einem elastisch
eingebetteten Ultraschallwandler, der einen plattenförmigen Piezokeramikschwinger
mit anliegender Anpaßschicht umfaßt und der mit Ausnahme der dem zu beschallenden
Medium zugewandten Seite der Anpaßschicht von einer Dämpfungsmasse umhüllt ist.
[0002] 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 Ultraschallwandler 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 unmittelbar nach dem Senden verstanden - zu verbessern, ohne dabei das
weitere Übertragungsverhalten wesentlich zu verschlechtern. Das bis dahin bereits
bekannte Einbetten der Wandler in Gummischellen bzw. in Silikonvergußmassen oder aber
auch elektrische Maßnahmen, wie z.B. das Vorsehen von Dämpfungswiderständen, Transistoren
etc., hatte nicht die genügende Ausschwingdämpfung gebracht. Hierbei wird darüber
hinaus nicht nur das Ausschwingen gedämpft, sondern auch in erheblichem Maße das Übertragungsmaß,
d.h. das Verhältnis von Sendezu Empfangssignal wurde erheblich reduziert. Erfahrungsgemäß
sollte die Einbettung aus einem relativ weichen Material mit Schaumstruktur bestehen.
[0003] Die bisherigen Materialien als Einbettungsmasse für Ultraschallwandler, wie z.B.
Silikon, haben den Nachteil, daß zur Umwandlung aus dem flüssigen in den festen Zustand
eine länger dauernde chemische Reaktion erforderlich ist. Im übrigen ist z.B. der
Prozeß bei der Erzeugung von Polyurethanschaum als Einbettungsmasse relativ schwer
beherrschbar.
[0004] Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallwandlereinrichtung
anzugeben, bei der sich die verwendete 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.
[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmasse ein mechanisch geschäumter
Schmelzkleber ist.
[0006] Die Erzeugung der Schaumstruktur des Schmelzklebers geschieht physikalisch bzw. mechanisch,
ohne daß eine chemische Reaktion abläuft. Der Herstellungsprozeß der Ultraschallwandlereinrichtung
mit dem Schmelzkleber ist wesentlich besser beherrschbar 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.
[0007] Die verfahrensmäßige Lösung der obengenannten Aufgabe besteht darin, daß zur Anbindung
des Ultraschallwandlers an ein starres Gehäuse der Schmelzkleber in eine den Ultraschallwandler
enthaltende, geschlossene Form eingespritzt wird, die in Teilen aus dem Gehäuse selbst
besteht.
[0008] Aus der Verarbeitung von Schmelzklebern ist an sich ein Verfahren bekannt, thermoplastisch
aufschmelzbare Schmelzkleber mechanisch aufzuschäumen ("Das FoamMelt™-Verfahren" aus
dem Sonderdruck aus Adhäsion 6-7/82). Das in der genannten Druckschrift beschriebene
Verfahren beruht darauf, in die aufgeschmolzene Schmelzklebermasse in einer Verarbeitungsmaschine
unter definiertem Druck ein Inertgas, z.B. Stickstoff, homogen einzumischen. Nach
dem Austragen des Schmelzklebers expandieren die unter Druck stehenden Glasbläschen
und schäumen den Schmelzkleber auf. Als Ausgangsmaterial kommen alle üblichen Schmelzkleber
auf Thermoplast-Basis in Frage, bevorzugt aber Systeme mit niedriger Shore A-Härte.
[0009] 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 isolierenden Materialien
eine innige Verbindung, wie beispielsweise auf der Anpaßschicht eines Ultraschallwandlers,
einem Kunststoffgehäuse oder einem ummantelten Kabel. Die Formgebung des Schmelzklebers
kann auch in einer Form aus antiadhäsivem 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.
[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher
erläutert.
[0011] 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 Ultraschallwandler
1,2 liegt mit seiner Anpaßschicht 2 unter Zwischenlage einer Folie 4 auf einer metallischen
Bodenplatte 5 auf, die lediglich zur Herstellung der Ultraschallwandlereinrichtung
benötigt wird. Der Schmelzkleber 3 ist seitlich von einem 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 metallischen Deckel 7 mit einer Einfüllöffnung
8 abgeschlossen. Für die Herstellung der Ultraschallwandlereinrichtung werden, wie
zeichnerisch dargestellt, die Bodenplatte 5, das Kunststoffgehäuse 6 und der Deckel
7 als Formteile verwendet. Der Schmelzkleber 3 wird in aufgeschmelzter, flüssiger
Form durch die Einfüllöffnung 8 eingebracht. Nach Abkühlen und Verfestigen des Schmelzklebers
3 werden die genannten Formteile abgenommen, wobei bedarfsweise das als Formteil verwendete
Kunststoffgehäuse 6 als mechanischer Schutz der Ultraschallwandlereinrichtung bestehen
bleiben kann.
[0012] Somit ergibt sich ein Formkörper aus dem Schmelzkleber 3, der den Ultraschallwandler
1,2 auf drei Seiten kraftschlüssig umhüllt.
[0013] Die als Schutzschicht dienende Folie 4 kann eingelegt oder in einem vorgeschalteten
Arbeitsgang auf die Anpaßschicht 2 geklebt werden.
1. Ultraschallwandlereinrichtung 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 Dämpfungsmasse
(3) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse ein mechanisch geschäumter Schmelzkleber (3) ist.
2. Verfahren zum Herstellen einer Ultraschallwandlereinrichtung 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 Dämpfungsmasse (3) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schmelzkleber (3) zur Anbindung des Ultraschallwandlers (1,2) an ein starres
Gehäuse (6) in eine den Ultraschallwandler (1,2) enthaltende, geschlossene Form (5,6,7)
eingespritzt wird, die teilweise aus dem Gehäuse (6) besteht.