DE4235089C1 - Ultraschallwandler mit einem piezoelektrischen Wandlerelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallwandler nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Ultraschallwandler ist aus der DE-PS 25 41 492 bekannt. Dort ist ein scheibenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement auf einem ebenfalls scheibenförmigen λ/4-Anpassungskörper aus Schaumstoff befestigt, wobei der Anpassungskörper einen gegenüber dem Wandlerelement größeren Durchmesser aufweist. Konzentrisch zu dem piezoelektrischen Wandlerelement ist als separates Teil auf dem Anpassungskörper ein Beschwerungsring aus Metall befestigt.

Aus der DE-PS 34 01 979 ist ferner ein Wandler der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das piezoelektrische Wandlerelement in einem einstückigen topfförmigen Anpassungskörper, vorzugsweise aus Schaumstoff, angeordnet ist, wobei der Boden des topfförmigen Körpers als λ/4-Anpassungskörper und der Rand als Beschwerungskörper wirkt.

Bei einer Version dieses bekannten Wandlers mit als separates Teil ausgebildetem Beschwerungsring ist vorgesehen, diesen und das Wandlerelement mittels einer leitfähigen Klebeschicht mit dem Anpassungskörper zu verbinden.

Das mit diesen Anordnungen erreichte Schallkeulenprofil zeigt unter Zugrundelegung gleicher Anregungsfrequenz und Energie gegenüber einer Ausführungsform ohne Beschwerungsring eine relativ schmale zentrale Hauptkeule, die jedoch von zwei äußerst starken eng benachbarten ersten Nebenkeulen begleitet ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallwandler anzugeben, der praktisch keine Nebenkeulen aufweist, bei gleicher Abmessung eine niedrigere Anregungsfrequenz gestattet und eine erhöhte Reichweite aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Durch das Schlitzen bzw. Unterteilen des Beschwerungs­ ringes kann der Rand des λ/4-Anpassungskörpers relativ ungezwungen an der Schwingung des piezoelektrischen Wandlers teilnehmen, wodurch sich eine tiefere Anregungs­ frequenz und eine verbesserte Abstrahlcharakteristik ergibt.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung seien im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, wobei:

Fig. 1 einen Ultraschallwandler mit Beschwerungsring; und

Fig. 2 einen Ultraschallwandler mit topfförmigem Anpassungskörper zeigt.

Gemäß Fig. 1 sitzt zentral auf einem scheibenförmigen λ/4-Anpassungskörper 10 vorzugsweise aus einem Material aus Glas- oder Keramikhohlkugeln mit Bindemittel, wie es von der US-Firma W. R. Grace & Co. unter dem Warenzeichen "ECCOSPHERES" vertrieben wird, ein scheibenförmiges piezoelektrisches Wandlerelement 12. Konzentrisch zu dem Wandlerelement 12 und im Abstand von diesem ist ein Beschwerungsring 14 angeordnet, der vorzugsweise aus Messing besteht und eine größere Dickenabmessung als das piezoelektrische Wandlerelement 12 aufweist. Der Beschwerungsring 14 ist über seinen Umfang auf der dem λ/4-Anpassungskörper 10 zugewandten Seite in gleichmäßigen Abständen mit radialen Einschnitten 16 versehen, wodurch eine gewisse Torsion des Beschwerungsringes gestattet wird, was sich vorteilhaft auf die erzeugte Schallkeule und die anregbare Frequenz auswirkt.

Die Einschnitte 16 können auch durchgehend sein, so daß der Beschwerungsring 14 in einzelne Segmente unterteilt wird.

Der λ/4-Anpassungskörper 10 ist mit dem piezo­ elektrischen Wandlerelement 12 und dem Beschwerungsring 14 durch eine leitfähige Klebeschicht 18 verbunden. Ferner ist auf dem Wandlerelement 12 eine Elektrode 20 angeordnet, über die das Wandlerelement 12 an den einen Pol einer Wechselspannungsquelle angeschlossen werden kann.

Gemäß Fig. 2 bildet der λ/4-Anpassungskörper 10 zusammen mit dem Ring 14′ ein einziges topfförmiges Teil. In dem ringförmigen erhöhten Rand 14′ sind von oben Einschnitte 16′ angebracht, die im dargestellten Beispiel bis auf die Höhe des λ/4-Anpassungskörpers 10 eingeschnitten sind.

Claims (6)

1. Ultraschallwandler mit einem scheibenförmigen piezoelektrischen Wandlerelement und einem darauf befestigten scheibenförmigen λ/4-Anpassungskörper, wobei der Anpassungskörper einen gegenüber dem Wandlerelement größeren Durchmesser aufweist, und mit einem konzentrisch zu dem Wandlerelement und im Abstand davon angeordneten Beschwerungsring, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschwerungsring mit radialen Einschnitten (16) versehen ist oder in Ringsegmente aufgeteilt ist.

2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschwerungs­ ring (14) als separates Teil ebenfalls auf dem Anpassungskörper (10) befestigt ist.

3. Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschwerungs­ ring (14) und das piezoelektrische Wandlerelement (12) mittels einer leitfähigen Klebeschicht (18) mit dem λ/4-Anpassungskörper (10) verbunden sind.

4. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschwerungs­ ring (14) aus Messing besteht.

5. Ultraschallwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschwerungsring (14) verkupfert ist.

6. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der λ/4- Anpassungskörper (14) und der Beschwerungsring (14′) einstückig ausgebildet ist.