DE3431620A1 - Material fuer anpassungskoerper fuer ultraschall-wandler - Google Patents
Material fuer anpassungskoerper fuer ultraschall-wandlerInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München -J. VPA -. - * e Q 7 QC
Material für Anpassungskörper für Ultraschall-Wandler.
5
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material für Ultraschall-Wandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Ultraschall-Schwinger nach den deutschen Patenten 25 41 492 und 25 37 788 besitzen auf dem eigentlichen piezokeramischen
Schwingungserzeugungsteil einen scheibenförmigen, daran angebrachten
Anpassungskörper, der aus einem Material mit dementsprechend ausgewählten Eigenschaften besteht. Insbesondere
für Schallabstrahlung in Luft bzw. Schallempfang aus einem
Luftvolumen hat dieses Material durch einen schaumstoffartigen
Aufbau verhältnismäßig geringe Dichte, aber dennoch erhebliche Steifigkeit. Nach obengenannten Patenten ausgestaltete,
im Verkehr befindliche Ultraschall-Wandler haben derartige Anpassungskörper aus einem unter der Bezeichnung
XP241 (der Fa. 3M) bekannten Material, das aus einem Epoxidharz besteht, das mit kleinen Glas-Hohlkugeln gefüllt ist.
Dieses Material weist bereits für Luft-Ultraschall-Wandler gute akustische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der
Anpassung, auf. Dieses Material, das im ausgehärteten Zustand geliefert wird, ist mit Hartmetall-Stählen zu bearbeiten,
wobei jedoch die entstehende Staubentwicklung und Abnutzung der Werkzeuge nicht zu vernachlässigen sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches für die obengenannten Zwecke geeignetes Material anzugeben, bei
dessen Verwendung man obengenanntes Bearbeiten einspart und das auch einen geringeren akustischen Wellenwiderstand hat.
21 .8.1984 / Bts 1 BIa
Diese Aufgabe wird mit einem nach den Merkmalen des Patentanspruchs
1 hergestellten Material gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, nicht bereits ausgehärtetes
Material hinsichtlich der Formgebung anzupassen, sondern die Formgebung in das Herstellungsverfahren des Materials
zu integrieren. Weiter liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, zuzulassen, daß das herzustellende Material'in Zwischenstadien,
insbesondere bei der Formgebung, für den eigentliehen Verwendungszweck noch völlig unzureichende mechanische
Eigenschaften hat.
Die Erfindung besteht darin, zunächst eine abgemessene Menge eines Epoxid-Klebstoffes (wie z.B. Araldit AV8 von Ciba) im
Wasserbad oder Wärmeschrank auf eine Temperatur zwischen 60 und 12Q0C, insbesondere auf ca. 800C, zu erwärmen. Diese
Temperaturen sind noch so niedrig gehalten, daß noch keine wesentliche Aushärtung des Epoxidklebers eintritt. Zum Beispiel
liegt bei 13O°C die Aushärtedauer für das angegebene Araldit AV8 bei ca. 14 Stunden. Mit der angegebenen Erwärmung
wird das bei Raumtemperatur noch sehr zähe Kunstharz relativ flüssig, und zwar so flüssig, daß in dieses Kunstharz
handelsübliches Glaskugelpulver unter Rühren hereingemischt werden kann. Derartiges Glaskugelpulver gibt es
unter der Bezeichnung Eccospheres SI der Fa. Emerson & Cumming. Das Mengenverhältnis von Epoxidharz zu Glaskugelpulver
wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so bemessen, daß die Menge des Harzes höchstens dazu ausreicht, die zwischen
den einzelnen Kugeln des Glaskugelpulvers zwangsläufig vorhandenen Volumina auszufüllen. Ein solcher Wert läßt
sich gegebenenfalls rechnerisch aus der Größenverteilung der Kugeln im Glaskugelpulver ermitteln.
Das Hereinrühren des Glaskugelpulvers in das erwärmte Epoxidharz führt zu einer bröseligen, fast granulatartigen Masse
-:- - 3A3162J3
-;- 84 P 16 3 7 Ob
die dementsprechend (noch) keine feste Form hat. Diese
bröselige Masse wird zur Formgebung in eine Preßform gegeben,
und der gewünschte Körper durch Pressen geformt. Anschließend erfolgt das Aushärten, z.B. 6-10 Stunden lang
bei 13O0C. Es hängt von den Bedingungen des Einzelfalles
ab, ob während des Aushärtens der Preßling in der Preßform
belassen werden muß. Nach dem geschilderten Verfahren hergestellte Formkörper haben ohne Nachbearbeitung bereits die
gewünschte Gestalt und aufgrund ihrer geringen Dichte und ihrer geringen Schallgeschwindigkeit sehr kleinen akustischen
Wellenwiderstand, was einer effizienteren Schallübertragung
vom Keramikschwinger auf Luft zugute kommt.
Da das Epoxidharz vor erfolgtem Aushärten klebende Eigenschaft hat, ist von besonderem Vorteil die weitere Maßnahme,
den Körper aus Piezokeramik und dem gegebenenfalls vorgesehenen Beschwerungsring in die Preßform zu legen und
die noch bröselige granulatartige Masse auf die Oberfläche des Keramikkörpers aufzupressen. Während des Aushärtens des
Epoxidharzes entsteht eine völlig ausreichend feste Klebverbindung zum Piezokeramikkörper, so daß mit der Erfindung
auch das Herstellen dieser Verbindung - vergleichsweise zum Stand der Technik - in integrierter Weise ohne Mehraufwand
erreicht ist.
Die beigfügte Fig.1 zeigt eine Preßform mit eingelegter
Piezokeramikscheibe und auf diese Scheibe bereits aufgepreßtem Anpassungskörper aus nach den obengenannten Maßnahmen
hergestelltem Anpassungsmaterial.
Die Fig.2 zeigt ein Fließbild des Herstellungsverfahrens,
dessen Inhalt aus sich heraus die notwendigen Angaben macht.
In Fig.1 ist der Wandler mit 1 bezeichnet. Er besteht aus 35
- feder Piezokeramikscheibe 2, dem Anpassungskörper 3 aus
wie erfindungsgemäß hergestelltem Material, und einem
Beschwerungsring 4 aus beispielsweise Aluminium. Ein solcher Wandler entspricht im Ergebnis einem Wandler nach dem
deutschen Patent 25 41 492.
Mit 11 ist das äußere Teil und mit 12 der Stempel der Preßform
bezeichnet. Der Stempel wird durch eine Kraft P aus der mit gestrichelten Linien dargestellten Stellung 112 des
Stempels 12 in die in Fig.1 dargestellte Endlage bewegt.
Zunächst werden die Teile 2 und 4 des Wandlers 1 in die Preßform eingelegt. In den Raum oberhalb der Teile 2 und 4
wird die granulatartige Mischung aus Epoxidharz und Glaskugelpulver
eingefüllt, z.B. bis zur Unterseite des Stempels in der Stellung 112. Durch Pressen und anschließendes
Aushärten erhält man schließlich den fertigen Wandler 1, bei dem die Teile 2, 3 und 4 infolge der Klebeigenschaft des
Epoxidharzanteils des Ausgangsmaterials des Anpassungskörpers 3 fest miteinander verbunden sind.
Mit 20 ist die Preßunterlage der gesamten, aus den Teilen 11 und 12 bestehenden Preßform bezeichnet.
Ein Wandler 1 nach der Erfindung ist gegenüber Wandlern nach dem Stand der Technik daran zu erkennen, daß bei ihm
mechanische Nachbearbeitungen des Anpassungskörpers 3 entbehrlich sind und daher fehlen. Auch sind die Klebverbindungen
zwischen dem Teil 3 einerseits und den Teilen 2 und 4 andererseits integrale Bestandteile des Materials des Anpassungskörpers
3, d.h. es ist kein zusätzlicher Klebstoff verwendet.
Claims (4)
1. Ultraschall-Wandler, der einen keramischen Körper als
piezoelektrisches Anregungselement, einen Anpassungskörper
(3) und gegebenenfalls einen Beschwerungsring (4) hat,
die fest miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch,
- daß der Anpassungskörper aus einer Glashohlkugel-Masse,
- die mit Epoxid-Klebstoffmaterial gebunden ist, besteht,
- wobei das Mengenverhältnis von Glashohlkugel-Masse und Klebstoffmaterial derart gewählt ist, daß das Klebstoffmaterial
im wesentlichen höchstens in einer solchen Menge enthalten ist, daß die zwischen den Kugeln der Masse
zwangsläufig vorhandenen Hohlräume wenigstens weitgehend ausgefüllt sind.
2. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Masse dieses Anpassungskörpers (3) vor
ausgehärtetem Zustand auf den keramischen Körper (2) gepreßt und mit dem Aushärten mit dem keramischen Körper (2)
des Wandlers (1) verbunden ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Wandlers nach Anspruch
1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zunächst Epoxidharz bis zum Erreichen eines flüssigen Zustands bei
einer Temperatur, bei der während der Verarbeitungszeit keine wesentliche Aushärtung eintritt, erwärmt und mit Glaskugelpulver
vermischt wird, wobei die Menge des Epoxidharzes so gewählt ist, daß im wesentlichen höchstens die zwischen den
Kugeln des Glaskugelpulvers befindlichen Hohlräume weitgehend gefüllt sind, daß die entstandene granulatartige Masse formgepreßt
wird und der Aushärtung überlassen wird.
J-
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch/ daß das Pressen unter Beilage sonstiger Teile (2-4)
des Wandlers (1) erfolgt und man das Verkleben des aushärtenden, aus dem Granulat gepreßten Anpassungskörpers (3) mit
den weiteren Teilen (2-4) des Wandlers (1) vor sich gehen läßt.
Priority Applications (1)
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DE19843431620 DE3431620A1 (de) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Material fuer anpassungskoerper fuer ultraschall-wandler |
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DE19843431620 DE3431620A1 (de) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Material fuer anpassungskoerper fuer ultraschall-wandler |
Publications (2)
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DE3431620C2 DE3431620C2 (de) | 1992-04-02 |
Family
ID=6244102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19843431620 Granted DE3431620A1 (de) | 1984-08-28 | 1984-08-28 | Material fuer anpassungskoerper fuer ultraschall-wandler |
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