EP3386647A1 - Schallwandleranordnung mit konzentrischen stegen und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung mit konzentrischen stegen - Google Patents

Schallwandleranordnung mit konzentrischen stegen und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung mit konzentrischen stegen

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Publication number
EP3386647A1
EP3386647A1 EP16781791.5A EP16781791A EP3386647A1 EP 3386647 A1 EP3386647 A1 EP 3386647A1 EP 16781791 A EP16781791 A EP 16781791A EP 3386647 A1 EP3386647 A1 EP 3386647A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
plate carrier
sound transducer
perforated plate
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16781791.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd SCHEUFELE
Andre Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3386647A1 publication Critical patent/EP3386647A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • 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 a sound transducer assembly according to the preamble of claim 1 and a method for producing such
  • Document DE 39 20 872 A1 discloses a method for the production of ultrasound layer transducers in which the piezoceramic and thermoplastic plastic material of the layer converter are connected to one another by heat bonding. To generate the heat necessary for bonding, heat loss is produced in the piezoceramic by applying electrical signals.
  • Document DE 10 2004 047 814 A1 describes a focusing micromachined ultrasound transducer array which can be used as a focusing clinically usable ultrasound probe. Lateral side by side trained transducer cells are partially wired together electrically to achieve the desired focus of the ultrasonic conversion.
  • the sound transducer assembly comprises a hole plate carrier with a plurality of through holes, a plurality of piezoelectric elements and a terminating layer
  • Each piezoelectric element in this case has a first electrode and a second electrode. The first electrode faces the second electrode. Within a passage opening, a piezoelectric element is arranged in each case.
  • Finishing layer is disposed above the perforated plate carrier and the piezoelectric elements, wherein the second electrodes of the piezoelectric elements with the
  • the hole plate carrier laterally between two passage openings at least two concentric webs, which have a common center with one of the two passage openings.
  • the terminating layer has a first connection region with the web, which directly adjoins the respective through-opening.
  • Biewandlerium is provided in a simple manner.
  • the finishing layer has a second connection region, in each case with the web, which follows the web directly adjoining the through-opening.
  • the first connection region comprises a weld seam or an adhesive layer
  • the second connection region comprises a weld seam or adhesive layer
  • finishing layer is designed in one piece.
  • the outer layer and the perforated plate carrier have a third connection region.
  • the third connection region connects an edge region of the terminating layer to an edge region of the
  • connection region as a seal of the entire sound transducer arrangement with respect to z. As moisture and liquids acts.
  • the third connection layer comprises a weld seam.
  • Sound transducer assembly comprising a perforated plate carrier with several
  • the method further comprises contacting first electrodes of the
  • Piezo elements by wire bonding wherein the first electrodes are arranged opposite to the second electrodes and connecting the
  • the method includes partially filling the through openings with a damping material
  • the advantage here is that the transducer assembly can be cost-optimized and easily manufactured.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a process for the preparation of the inventive
  • FIG. 1 shows a sectional illustration in the xz plane of a first embodiment of the sound transducer arrangement 100.
  • the sound transducer arrangement 100 shows, by way of example, three sound transducer elements or bending transducer elements 115 which are arranged parallel to one another and spaced apart from one another.
  • a bending transducer element 115 in this case comprises a piezoelement 104, a membrane 114 which uses a
  • Finishing layer 103 is formed, a perforated plate support 101 and
  • the perforated plate carrier 101 comprises several
  • Duchgangsö réelleen 111 and holes and has an upper side and a lower side, which are arranged opposite one another.
  • On the top webs 102 are arranged, which are arranged concentrically around the through holes 111.
  • the webs 102 in this case directly adjoin the passage openings 111.
  • Piezo elements 104 are likewise arranged concentrically with respect to through openings 111, wherein each through opening 111 in each case accommodates a piezoelement 104, which is introduced from the upper side into through opening 111 or terminates flush with the upper side.
  • the piezoelectric elements 104 have a smaller diameter than the passage openings 111. In other words, the piezoelement 104 is located within the passage opening 111 or the Hole.
  • Each piezo element 104 has a first electrode 105 and a second electrode 106.
  • the first electrode 105 is connected to a booster circuit by means of a wire connection, for example, and functions as
  • the second electrode 106 is by means of a
  • Finishing layer 103 is provided with an electrical ground, for example the
  • the piezo elements 104 can be electrically conductively connected via two wire connections to the electrical ground and the amplifier circuit.
  • the second electrode 106 is contacted over the edge of the piezoelectric element 104, so that on the side of the first electrode 105 there are two separate electrode regions, which can be contacted separately from one another.
  • the piezoelements 104 can be connected to the terminating layer 103 with an electrically nonconductive adhesive layer.
  • Each bending transducer element 115 has a first connection region 108, which adjusts or ensures the edge clamping of the bending transducer element 115 or the membrane 114.
  • the term "first connection region 108" is understood to mean the regions in which a mechanical connection takes place between the end layer 103 and the web 102 of the perforated plate carrier 101, which adjoins the through-opening 111 directly.
  • the first connection portions 108 are concentrically arranged around the through holes 111 and have a larger diameter than the
  • Recesses 116 have a distance of 0.1 mm -1 mm to the welds of the first connection regions 108.
  • the lateral distance between the bars 102 and the other webs 117 is 0.1 - 2 mm.
  • the depth of the recesses 116 comprises at least 0.1 mm.
  • Membranes 114 absorb vibration energy and can dissipate.
  • second connection regions 109 are arranged concentrically.
  • the second connection regions 109 have a lateral distance from the first connection regions 108.
  • These second connection regions 109 are arranged on the further webs 117 and also comprise weld seams.
  • the second connection regions 109 are arranged on the further webs 117 and also comprise weld seams.
  • Connecting areas 109 further concentrically arranged
  • the number of concentric connection regions corresponds to the concentric webs 102 and 117 around a through-opening 111.
  • a plurality of webs 117 and a plurality of recesses 116 are arranged laterally next to one another around the through-openings 111, a circular web 102 being directly adjacent to the through-openings 111 is arranged. This serves for improved decoupling between two sound transducer elements.
  • the recesses 116 may be filled, for example, with a silicone-containing damping material.
  • Punch plate carrier 101 a third connection portion 110 is provided.
  • the term edge region is understood here to mean an area with a lateral distance to the outer edge of the outer layer of 0.1 mm-1 mm.
  • the piezoelectric elements 104 have a thickness of 100 ⁇ - 750 ⁇ , of 150 ⁇ - 500 ⁇ .
  • the hole plate carrier 101 has a thickness of 0.5 mm - 15 mm, preferably from 1 mm - 10 mm.
  • the final layer 103 has a thickness of 50 ⁇ - 750 ⁇ on.
  • Finishing layer 103 is overpaintable and protects the sound transducer assembly 100 against moisture, liquids and mechanical effects.
  • a plastic film may be arranged on the finishing layer 103.
  • Plastic film is preferably with an epoxy resin adhesive on the
  • the epoxy adhesive also acts as a tolerance compensation for the realization of particularly flat surfaces.
  • the epoxy adhesive can be scrape.
  • the plastic film comprises, for example, polyimide or a composite material of metal and plastic or carbon fiber fabric and resin.
  • the end layer 103 comprises metal, e.g. B.
  • Finishing layer 103 is completely electrically conductive.
  • end layer 103 plastic z. B. PES, PVDF, glass fiber composites or
  • Carbon fiber composites wherein the side of the end layer 103, which is connected to the perforated plate support 101, a metal layer.
  • the damping material is preferably silicone-containing.
  • the basic shape of the piezo elements 104, the bending transducer elements 115 and the passage openings 111 are arbitrary. Preferably, they have regular shapes, z. Square, rectangular, polygonal, circular or elliptical. In a sound transducer assembly 100, the basic shapes of the piezo elements 104, flexural transducer elements 115, and through holes 111 may be the same or different.
  • the acoustic transducer assemblies 100 may have a number of 2 - 250
  • FIG. 1b shows a plan view of the first embodiment of the sound transducer arrangement 100 according to the invention.
  • three bending transducer elements 115 are shown, which are arranged parallel to one another or in a line to one another.
  • the rectangular end layer 103 is shown, which are the three Piezo elements 104 covered.
  • the first connection region 108 which adjusts the edge stress of the respective bending transducer
  • the second connection region 109 which acts as a decoupling between the bending transducers and the third connection region 110, for example
  • FIG. 2 shows a sectional illustration in the xz plane of a second embodiment of the sound transducer arrangement 200.
  • FIG. 2 which represent the same features as in FIG. 1 have identical rear locations of the reference symbols as in FIG. In FIG. 2, the first connection regions 208, which
  • FIG. 3 shows the method for producing a sound transducer arrangement which has a perforated plate carrier with a plurality of through openings and a plurality of concentric bars, a plurality of piezoelements and a terminating layer.
  • the method 300 starts with a step 310, in the second
  • Electrodes of the piezo elements are connected to the terminating layer.
  • first electrodes of the piezoelectric elements are electrically connected or contacted by wire bonding. This is the first
  • the passage openings are at least partially with a
  • Filling material is filled, especially from the side, by the
  • the acoustic transducer assemblies 100 and 200 find in motor vehicles, moving or stationary machines, such as robots, driverless transport systems,
  • the sound transducer assembly 100 and 200 in e-bikes, electric Wheelchairs and aids are used to assist physically disabled people.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

Schallwandleranordnung (100) umfassend einen Lochplattenträger (101) mit mehreren Durchgangsöffnungen (111), mehrere Piezoelemente (104), wobei jedes Piezoelement (104) eine erste Elektrode (105) und eine zweite Elektrode (106) aufweist, die erste Elektrode (105) der zweiten Elektrode (106) gegenüberliegt und jeweils ein Piezoelement (104) innerhalb einer Durchgangsöffnung (111) angeordnet ist und eine Abschlussschicht (103), wobei die Abschlussschicht (103) oberhalb des Lochplattenträgers (101) und der Piezoelemente (104) angeordnet ist, wobei die zweiten Elektroden (106) der Piezoelemente (104) mit der Abschlussschicht (103) elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochplattenträger (101) lateral zwischen zwei Durchgangsöffnungen (111) mindestens zwei konzentrische Stege (102) aufweist, die mit einem der beiden Durchgangsöffnungen (111) einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, und die Abschlussschicht (103) jeweils mit dem Steg (102), der unmittelbar an die jeweilige Durchgangsöffnung (111) angrenzt, einen ersten Verbindungsbereich (108) aufweist.

Description

Beschreibung
Schallwandleranordnung mit konzentrischen Stegen und Verfahren zur
Herstellung einer Schallwandleranordnung mit konzentrischen Stegen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Schallwandleranordnung.
Das Dokument DE 39 20 872 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Ultraschall-Schichtwandlern, bei denen die Piezokeramik und thermoplastisches Kunststoffmaterial des Schichtwandlers durch Heißverkleben miteinander verbunden werden. Zur Erzeugung der für das Verkleben notwendigen Wärme wird in der Piezokeramik Verlustwärme durch Anlegen elektrischer Signale produziert.
In der Schrift DE 10 2004 047 814 AI wird ein fokussierendes mikrobearbeitetes Ultraschalltransducerarray beschrieben, das als fokussierende klinisch verwendbare Ultraschallsonde verwendet werden kann. Lateral nebeneinander ausgebildete Wandlerzellen werden bereichsweise elektrisch miteinander verdrahtet, um die angestrebte Fokussierung der Ultraschallwandlung zu erreichen.
Nachteilig ist hierbei, dass die einzelnen Ultraschallwandler äußeren Einflüssen, sowohl mechanischer als auch elektrischer Art, ausgesetzt sind. Offenbarung der Erfindung
Die Schallwandleranordnung umfasst einen Loch plattenträger mit mehreren Durchgangsöffnungen, mehrere Piezoelemente und eine Abschlussschicht Jedes Piezoelement weist dabei eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf. Die erste Elektrode liegt der zweiten Elektrode gegenüber. Innerhalb einer Durchgangsöffnung ist jeweils ein Piezoelement angeordnet. Die
Abschlussschicht ist oberhalb des Lochplattenträgers und der Piezoelemente angeordnet, wobei die zweiten Elektroden der Piezoelemente mit der
Abschlussschicht elektrisch leitend verbunden sind. Erfindungsgemäß weist der Loch plattenträger lateral zwischen zwei Durchgangsöffnungen mindestens zwei konzentrische Stege auf, die mit einem der beiden Durchgangsöffnungen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. Die Abschlussschicht weist jeweils mit dem Steg, der unmittelbar an die jeweilige Durchgangsöffnung angrenzt, einen ersten Verbindungsbereich auf.
Der Vorteil ist hierbei, dass die Entkopplung der einzelnen
Biegewandlerelemente auf einfache Weise bereitgestellt wird.
In einer Weiterbildung weist die Abschlussschicht jeweils mit dem Steg, der auf den unmittelbar an die Durchgangsöffnung angrenzenden Steg folgt, einen zweiten Verbindungsbereich auf.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Entkopplung zwischen den einzelnen
Biegewandlerelementen noch effizienter erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der erste Verbindungsbereich eine Schweißnaht oder eine Klebeschicht
In einer Weiterbildung umfasst der zweite Verbindungsbereich eine Schweißnaht oder Klebeschicht
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Abschlussschicht einstückig ausgestaltet. Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Verbund von Biegewandlerelementen komplett vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
In einer Weiterbildung weisen die Abschlussschicht und der Lochplattenträger einen dritten Verbindungsbereich auf. Der dritte Verbindungsbereich verbindet einen Randbereich der Abschlussschicht mit einem Randbereich des
Lochplattenträgers.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der dritte Verbindungsbereich als Dichtung der gesamten Schallwandleranordnung gegenüber z. B. Feuchtigkeit und Flüssigkeiten fungiert.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die dritte Verbindungsschicht eine Schweißnaht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
Schallwandleranordnung, die einen Lochplattenträger mit mehreren
Durchgangsöffnungen und mehreren konzentrischen Stegen, mehreren
Piezoelemente und einer Abschlussschicht aufweist, umfasst das Verbinden von zweiten Elektroden der Piezoelemente mit der Abschlussschicht Des Weiteren umfasst das Verfahren das Kontaktieren von ersten Elektroden der
Piezoelemente mittels Drahtbonden, wobei die ersten Elektroden den zweiten Elektroden gegenüberliegend angeordnet sind und das Verbinden der
Abschlussschicht und des Lochplattenträgers mittels einer Schweißnaht, wobei die Schweißnaht auf den Stegen angeordnet sind, die unmittelbar an die
Durchgangsöffnungen angrenzen. Außerdem umfasst das Verfahren das teilweise Verfüllen der Durchgangsöffnungen mit einem DämpfungsmateriaL
Der Vorteil ist hierbei, dass die Schallwandleranordnung kostenoptimiert und auf einfache Weise hergestellt werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur la eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Schallwandleranordnung,
Figur lb eine Draufsicht auf die erste Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung,
Figur 2 eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Schallwandleranordnung,
Figur 3 ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Schallwandleranordnung.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung in der xz- Ebene einer ersten Ausgestaltung der Schallwandleranordnung 100. Die Schallwandleranordnung 100 zeigt beispielhaft drei Schallwandlerelemente bzw. Biegewandlerelemente 115, die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind. Ein Biegewandlerelement 115 umfasst dabei ein Piezoelement 104, eine Membran 114 die mit Hilfe einer
Abschlussschicht 103 gebildet wird, einen Lochplattenträger 101 und
Dämpfungsmaterial. Der Lochplattenträger 101 umfasst mehrere
Duchgangsöffnungen 111 bzw. Löcher und weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, die gegenüberliegend angeordnet sind. Auf der Oberseite sind Stege 102 angeordnet, die konzentrisch um die Durchgangsöffnungen 111 angeordnet sind. Die Stege 102 grenzen dabei unmittelbar an die Durchgangsöffnungen 111 an. Die Piezoelemente 104 sind ebenfalls konzentrisch zu den Durchgangsöffnungen 111 angeordnet, wobei jede Durchgangsöffnung 111 jeweils ein Piezoelement 104 aufnimmt, das von der Oberseite in die Durchgangsöffnung 111 eingebracht ist bzw. mit der Oberseite bündig abschließt. Die Piezoelemente 104 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die Durchgangsöffnungen 111. Mit anderen Worten das Piezoelement 104 befindet sich innerhalb der Durchgangsöffnung 111 bzw. des Lochs. Jedes Piezoelement 104 weist eine erste Elektrode 105 und eine zweite Elektrode 106 auf. Die erste Elektrode 105 ist mittels einer Drahtverbindung beispielsweise mit einer Verstärkerschaltung verbunden und fungiert als
Signalleitung bzw. Signalkontakt. Die zweite Elektrode 106 ist mittels einer
Klebeschicht 107 mit der Abschlussschicht 103 elektrisch leitend verbunden. Die
Abschlussschicht 103 ist mit einer elektrischen Masse, beispielsweise der
Verstärkerschaltungmasse, verbunden. Das bedeutet die zweite Elektrode 105 ist geerdet, wodurch eine EMV-Schirmung erfolgt. Alternativ können die Piezoelemente 104 über zwei Drahtverbindungen mit der elektrischen Masse und der Verstärkerschaltung elektrisch leitend verbunden werden. Dazu wird die zweite Elektrode 106 über den Rand des Piezoelements 104 umkontaktiert, sodass sich auf der Seite der ersten Elektrode 105 zwei voneinander getrennte Elektrodenbereiche befinden, die getrennt voneinander kontaktierbar sind. Die Piezoelemente 104 können hierbei mit einer elektrisch nicht leitfähigen Klebeschicht mit der Abschlussschicht 103 verbunden werden.
Jedes Biegewandlerelement 115 weist einen ersten Verbindungsbereich 108 auf, der die Randeinspannung des Biegewandlerelements 115 bzw. der Membran 114 einstellt bzw. sicherstellt. Unter dem Begriff erster Verbindungsbereich 108 werden dabei die Bereiche verstanden in denen eine mechanische Verbindung zwischen der Abschlussschicht 103 und dem Steg 102 des Lochplattenträgers 101 erfolgt, der unmittelbar an die Durchgangsöffnung 111 angrenzt . Die ersten Verbindungsbereiche 108 sind konzentrisch um die Durchgangsöffnungen 111 angeordnet und weisen einen größeren Durchmesser auf als die
Durchgangsöffnungen 111.
In einem lateralen Abstand zu den Stegen 102 sind lateral beabstandet weitere Stege 117 angeordnet, d. h. mindestens ein weiterer Steg 117. Die Stege 102 und die weiteren Stege 117 sind hierbei lateral beabstandet und durch eine Aussparungen
116 in der Oberseite des Lochplattenträgers 101 voneinander getrennt. Die
Aussparungen 116 weisen einen Abstand von 0,1 mm -1 mm zu den Schweißnähten der ersten Verbindungsbereiche 108 auf. Der laterale Abstand zwischen den Stegen 102 und den weiteren Stegen 117 beträgt 0,1 - 2 mm. Die Tiefe der Aussparungen 116 umfasst mindestens 0,1 mm. Durch die Aussparungen 116 werden lokal schwingungsfähige Bereiche der Abschlussschicht 103 erzeugt, sodass die
Membranen 114 Schwingungsenergie aufnehmen und dissipieren können.
Um die ersten Verbindungsbereiche 108 sind zweite Verbindungsbereiche 109 konzentrisch angeordnet. Dabei weisen die zweiten Verbindungsbereiche 109 einen lateralen Abstand zu den ersten Verbindungsbereichen 108 auf. Diese zweiten Verbindungsbereiche 109 sind auf den weiteren Stegen 117 angeordnet und umfassen ebenfalls Schweißnähte. Optional können um die zweiten
Verbindungsbereiche 109 weitere konzentrisch angeordnete
Verbindungsbereiche vorhanden sein, die ebenfalls Schweißnähte aufweisen.
Die Anzahl der konzentrischen Verbindungsbereiche entspricht dabei der konzentrischen Stege 102 und 117 um eine Durchgangsöffnung 111. Mit anderen Worten es sind um die Durchgangsöffnungen 111 abwechselnd mehrere Stege 117 und mehrere Aussparungen 116 lateral nebeneinander angeordnet, wobei unmittelbar an die Durchgangsöffnungen 111 jeweils ein kreisrunder Steg 102 angeordnet ist. Dies dient zu einer verbesserten Entkopplung zwischen zwei Schallwandlerelementen.
Optional können die Aussparungen 116 beispielsweise mit einem silikonhaltigen Dämpfungsmaterial verfüllt sein.
Im Randbereich der Abschlusschicht 103 und im Randbereich des
Lochplattenträgers 101 ist ein dritter Verbindungsbereich 110 vorgesehen. Unter dem Begriff Randbereich wird hierbei ein Bereich mit einem lateraler Abstand zur Abschlussschichtaußenkante von 0,1 mm - 1 mm verstanden.
Die Piezoelemente 104 weisen eine Dicke von 100 μηι - 750 μηι auf, von 150 μηι - 500 μηι. Der Loch plattenträger 101 weist eine Dicke von 0,5 mm - 15 mm auf, vorzugsweise von 1 mm - 10 mm.
Die Abschlussschicht 103 weist eine Dicke von 50 μηι - 750 μηι auf. Die
Abschlussschicht 103 ist überlackierbar und schützt die Schallwandleranordnung 100 vor Feuchtigkeit, Flüssigkeiten und mechanischen Einwirkungen. Optional kann auf der Abschlussschicht 103 eine Kunststofffolie angeordnet sein. Die
Kunststofffolie ist vorzugsweise mit einem Epoxidharzkleber auf die
Abschlussschicht 103 aufgeklebt. Der Epoxidharzkleber fungiert dabei zusätzlich als Toleranzausgleich für die Realisierung besonders ebener Oberflächen. Dazu kann der Epoxidharzkleber aufgerakelt werden. Die Kunststofffolie weist beispielsweise Polyimid oder einen Verbundwerkstoff aus Metall und Kunststoff oder Kohlefasergewebe und Harz auf.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Abschlussschicht 103 Metall, z. B.
Edelstahl, Stahl oder eine Aluminiumlegierung. Das bedeutet die
Abschlussschicht 103 ist vollständig elektrisch leitfähig.
In einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Abschlussschicht 103 Kunststoff auf, z. B. PES, PVDF, Glasfaserverbundwerkstoffe oder
Kohlefaserverbundwerkstoffe, wobei die Seite der Abschlussschicht 103, die mit dem Lochplattenträger 101 verbunden wird, eine Metallschicht aufweist.
Das Dämpfungsmaterial ist vorzugsweise silikonhaltig.
Die Grundform der Piezoelemente 104, der Biegewandlerelemente 115 und der Durchgangsöffnungen 111 sind beliebig. Bevorzugt weisen sie regelmäßige Formen auf, z. B. quadratisch, rechteckig, vieleckig, kreisrund oder elliptisch. In einer Schallwandleranordnung 100 können die Grundformen der Piezoelemente 104, Biegewandlerelemente 115 und Durchgangsöffnungen 111 gleichartig oder verschieden sein.
Die Schallwandleranordnungen 100 können eine Anzahl von 2 - 250
Schallwandlerelementen aufweisen, bevorzugt 5 - 50.
Figur lb zeigt eine Draufsicht auf die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung 100. Es sind beispielhaft drei Biegewandlerelemente 115 gezeigt, die parallel bzw. in einer Linie zueinander angeordnet sind. In der Draufsicht ist die rechteckige Abschlussschicht 103 gezeigt, die die drei Piezoelemente 104 überdeckt. Des Weiteren sind der erste Verbindungsbereich 108, der die Randspannung des jeweiligen Biegewandlers einstellt, der zweite Verbindungsbereich 109, der als Entkopplung zwischen den Biegewandlern fungiert und der dritte Verbindungsbereich 110, der beispielsweise
rechteckförmig ausgestaltet ist und als Dichtung der Schallwandleranordnung fungiert, dargestellt.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung in der xz- Ebene einer zweiten Ausgestaltung der Schallwandleranordnung 200. Merkmale der Figur 2, die die gleichen Merkmale wie in Figur 1 darstellen, weisen identische hintere Stellen der Bezugszeichen wie Figur 1 auf. In Figur 2 weisen die ersten Verbindungsbereiche 208, die
zweiten Verbindungsbereiche 209 und die dritten Verbindungsbereiche 210
Klebeverbindungen anstelle von Schweißnähten auf.
Figur 3 zeigt das Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung, die einen Lochplattenträger mit mehreren Durchgangsöffnungen und mehreren konzentrischen Stegen, mehreren Piezoelementen und einer Abschlussschicht aufweist. Das Verfahren 300 startet mit einem Schritt 310, in dem zweite
Elektroden der Piezoelemente mit der Abschlussschicht verbunden werden. In einem folgenden Schritt 320 werden erste Elektroden der Piezoelemente mittels Drahtbonden elektrisch verbunden bzw. kontaktiert. Dabei liegt die erste
Elektrode der zweiten Elektrode gegenüber. In einem folgenden Schritt 330 werden die Abschlussschicht und die Stege, die unmittelbar an die
Durchgangsöffnungen angrenzen, mittels ersten Verbindungsbereichen
verbunden, beispielsweise mit Schweißnähten. In einem folgenden Schritt 340 werden die Durchgangsöffnungen mindestens teilweise mit einem
Dämpfungsmaterial verfüllt, insbesondere von der Seite, die von der
Abschlussschicht abgewandt angeordnet ist, d. h. der Rückseite des
Lochplattenträgers.
Die Schallwandleranordnungen 100 und 200 findeen in Kraftfahrzeugen, bewegten oder stehenden Maschinen, wie Robotern, fahrerlose Transportsysteme,
Logistiksystemen in Lagern, Staubsaugern, Rasenmähern Anwendung. Des
Weiteren kann die Schallwandleranordnung 100 und 200 in E-Bikes, elektrischen Rollstühlen und in Hilfsmitteln zur Unterstützung körperlich eingeschränker Personen eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Schallwandleranordnung (100) umfassend
• einen Lochplattenträger (101) mit mehreren Durchgangsöffnungen (111),
• mehrere Piezoelemente (104), wobei jedes Piezoelement (104) eine erste Elektrode (105) und eine zweite Elektrode (106) aufweist, die erste
Elektrode (105) der zweiten Elektrode (106) gegenüberliegt und jeweils ein Piezoelement (104) innerhalb einer Durchgangsöffnung (111) angeordnet ist und
• eine Abschlussschicht (103), wobei die Abschlussschicht (103) oberhalb des Lochplattenträgers (101) und der Piezoelemente (104) angeordnet ist, wobei die zweiten Elektroden (106) der Piezoelemente (104) mit der Abschlussschicht (103) elektrisch leitend verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Lochplattenträger (101) lateral zwischen zwei Durchgangsöffnungen (111) mindestens zwei konzentrische Stege (102) aufweist, die mit einem der beiden
Durchgangsöffnungen (111) einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, und die Abschlussschicht (103) jeweils mit dem Steg (102), der unmittelbar an die jeweilige Durchgangsöffnung (111) angrenzt, einen ersten Verbindungsbereich (108) aufweist.
2. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussschicht (103) jeweils mit dem Steg (117), der auf den unmittelbar an die Durchgangsöffnung (111) angrenzenden Steg (102) folgt, einen zweiten Verbindungsbereich (109) aufweist.
3. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbereich (108) eine
Schweißnaht oder eine Klebeschicht umfasst.
4. Schallwandleranordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verbindungsbereich (109) eine Schweißnaht oder Klebeschicht umfasst.
5. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussschicht (103) einstückig ausgebildet ist.
6. Schallwandleranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussschicht (103) und der
Loch plattenträger (101) einen dritten Verbindungsbereich (110) aufweisen, der einen Randbereich der Abschlussschicht (103) mit einem Randbereich des Lochplattenträgers (101) mechanisch verbindet.
7. Schallwandleranordnung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verbindungsbereich (110) eine Schweißnaht umfasst.
8. Verfahren (300) zur Herstellung einer Schallwandleranordnung umfassend einen Lochplattenträger mit mehreren Durchgangsöffnungen und mehreren konzentrischen Stegen, mehrere Piezoelemente und eine Abschlussschicht mit den Schritten:
• Verbinden (310) von zweiten Elektroden der Piezoelemente mit der
Abschlussschicht,
• Kontaktieren (320) von ersten Elektroden der Piezoelemente mittels
Drahtbonden, wobei die ersten Elektroden den zweiten Elektroden
gegenüberliegend angeordnet sind,
• Verbinden (330) der Abschlussschicht und der Stege des
Lochplattenträgers, die unmittelbar an die Durchgangsöffnungen
angrenzen, mittels einer Schweißnaht und
• Teilweises Verfüllen (340) der Durchgangsöffnungen mit einem
Dämpfungsmaterial.
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