超声换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种超声换能器（１），其具有带环绕式壁（３）的薄膜腔（２），特别用于车辆，该超声换能器（１）包括：换能器元件（１０），其在薄膜腔（２）中设置在薄膜（７）的内侧上的换能器部段（８）上，用来产生超声震动；第一减震元件（１２），其在薄膜腔（２）中设置在换能器元件（１０）上，用来对薄膜（７）进行减震；和第二减震元件（１３），其在薄膜腔（２）中设置在薄膜（７）的、围绕着换能器元件（１０）的边缘部段（９）上，用来减缓壁（３）的震动，其中第二减震元件（１３）既与边缘部段（９），也与壁（３）的内侧（４）至少部分力配合地相连。本发明专利技术还涉及一种相应的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于车辆的超声换能器(Ultraschallwandler),还涉 及一种制造这种超声换能器的相应方法。
技术介绍
超声换能器在车辆中例如用在停车辅助系统中。停车辅助系统例 如包含控制设备和设置有这种超声换能器的超声感应器。为此目的， 特别对于所谓的近测量性能，超声换能器的减震性能是重要的功能性 要求(例如<20cm)。超声感应器具有外壳，超声换能器就安放在此外 壳中。这种超声换能器一般是由薄膜腔和设置它里面的换能器元件构 成。薄膜腔通常由金属材料，例如铝铸成或铣成。出于防腐和上色原 因，所述薄膜腔涂上了底漆。电机的换能器元件(例如压电元件)安装 在外壳底部上，例如粘贴并与之接触。外壳中填满了减震材料。另一 可能性是喷射的硅泡沫。这种制造步骤由于各种原因在技术上不是普 通的，因此不能移到任意的生产场地上。特别的是，泡沫的化学工艺 需要精确的参数，在制造时很难转换。也可以通过在外壳中安放泡沫部件来实现减震，来替代外壳内腔 中的泡沫化。因此泡沫填料的生产步骤可通过手动的、控制简单的步 骤来替代。当然在此还示出了，与用泡沫填料的实施形式相比，这种 感应器的减震性能也因此更差，这会对近测量性能的重要的功能要求 产生影响。但还特别要在老化和温度方面确保减震材料在腔壁和薄膜 上的力锁合。这在插入件的情况下，只能通过过盈的部件和应用预紧 才能达到，这在制造和必须截住预紧的外壳构造方面意味着高成本。 因此可通过用液态物质来进行形状精确地填充，其随后会变硬，从而更有利地实现力锁合。通过测量减震过程中的光谱成份可得出，主要的部分都是以超声感应器的工作频率(48kHz)之外的共振为基础的，其中30kHz和70kHz 左右的成份是特别重要的。这是由外壳壁上的倾斜和起皱运动过程？ 1 起的。迄今对此的补救措施是，薄膜腔的加厚部由壁上边缘上的隆起 物构成，从而加固了腔壁，但不能减轻激起的震动模式。因此由于机 械阻抗的错误配合，会反射腔壁或隆起物上的震动，但它们不会转化 成热能从而进行减震。为了减轻外壳壁的震动，还使用了外壳填充材料，其由减震材料 组成，和/或额外地包含这样的材料。在薄膜腔内腔中以几乎相同的密 度，例如用减震强劲的泡沫材料填充，不仅可大大减轻壁震动，还可 以大大减轻薄膜腔的薄膜的有效震动。这使超声换能器的电声效率很 小。电子控制设备，例如发送电流源、转发器，在减震过度时会陷入 饱和效应中，这还会减少已调谐的系统换能器/布线的带宽。另一补救措施是外部的退耦环，其安装在薄膜腔的壁上。在测量 技术方面有证据证实的是，在一系列的换能器构造中，壁模式几乎被 完全抑制。这个退耦环与薄膜腔外壁的机械接触也会暴露在外面的 环境影响中，例如污染、感应器在它的支架上被磨去棱角、退耦环的 变得易碎或有水渗入。DE 199 17772 Al描述了 一种测量间距的超声感应器，其中薄膜 腔具有椭圓和圆形的槽口，在换能器元件上装备有许多绝缘体，它们 是一层层重叠的，并被环绕式槽中的孔固定环机械地固定在薄膜腔 中。与内壁的连接没有描述。这些绝缘体例如由不同的减震材料，例 如硅玻璃、毛毡、软木。这些绝缘体具有椭圓槽口的形状，完全遮盖 了换能器元件。在DE 199 17 862A1中描述了一种超声换能器，其压电的换能器 元件被吸音材料覆盖。它例如可指毛毡。绝缘的毛趙，例如硅橡胶、 聚胺脂橡胶密封了压电的换能器元件和隔音材料。薄膜腔的内腔具有椭圓或圆形的轮廓。换能器固定在薄膜上，并被环状部段包围，其例 如具有比此部ll更薄的壁厚，此部段上设置有换能器元件。在一实施 例中，换能器元件和环状部段完全被吸音材料覆盖。在另一实施例中， 包围换能器部段的薄膜环状部段被绝缘的、很薄的树脂覆盖，它例如 可以是硅树脂或聚胺脂树脂。因此，可减轻薄壁的环状部段的不期望 的震动。此绝缘树脂的薄减震层与薄膜腔内壁的连接没有描述。按DE 103 41 900 Al的描述所述的超声换能器具有薄膜腔的内 腔，其在换能器元件上层状地用毛趙填充，毛毡上又用硅橡胶填充。 在硅橡胶中，设置有由带气泡的硅泡沫构成的部段。此硅橡胶密封了 薄膜腔。毛毡层完全遮盖了换能器元件，自身又完全纟皮硅橡胶覆盖。
技术实现思路
与^目对地，按本专利技术的超声换能器具有这样的优点，即薄膜腔 在其下面的区域内 一直到可确定的高度上，具有由同质材料构成的居 中构造，其内部区域在压电陶瓷上，在有效震动(Nutzschwingimg)的表 面上，用减震能力弱的材料填装。另一优点在于，这些零件是这样构 成的，即超声感应器的制造没有难以控制的工艺，而是能以简单的方 式手动完成。本专利技术的核心是，超声换能器具有薄膜腔，其在边缘区域或环状 部段中，在换能器元件的周围，具有减震能力强的减震元件，其与薄 膜和内壁力配合地(Kraftschluessig)相连，在换能器元件上居中地具有 另 一减震能力弱的减震元件。因此，换能器元件上的区域只会进行^:弱地减震，而围绕着它的、 居中设置的薄膜环状部段，通过力配合地设置在它上面的、减震能力 强的减震元件来进行强劲地减震，其中薄膜腔的内壁也与减震能力高 的减震元件力配合地相连。因此，类似对角线对平行四边形进行加固， 薄膜腔的壁相对于薄膜平面的倾斜和起皱运动就能被这个减震元件 吸纳。在此，不期望的震动的动力能量在减震元件中转换成热能。7第二减震元件居中地围绕着第 一减震元件，其中第 一减震元件与 薄膜腔的内壁基本没有接触。此构造是特别有利的，因为它可按功能需要来选择减震能力对有 效震动进行微弱地减震，而对壁震动进行强劲地减震。特别的优点在于，薄膜腔可具有这样的几何形状，其是一系列的 薄膜腔，因此不需要新的结构，必要时可使用高质量的、已被证明可 行的零件。超声换能器在它的工作频率(48kHz)中是低电阻的，因此是有效率 的。它可利用很小的发射电压来控制，并在颤噪操作(Mikrofonbetrieb) 时具有更高的发电电压。首先，减少换能器元件的压电陶瓷的緩慢去 极化的风险，减少在变压器和电流发送源方面的较高的过载限度 (Uebersteurungsgrenz)。最后，在颤噪操作或接收时，具有较大的信号 /噪音比。超声换能器以及它内部的减震结构可不依赖于超声感应器的外 壳而制造出来，并在它的参数方面是可检测的。因此，流程可有利地 交叉在一起(例如，换能器制造和感应器制造处在分开的位置上)，并 在感应器的最终检查中减少次品。按本专利技术，特别用于车辆的超声换能器具有带环绕式壁的薄膜 腔，其包括换能器元件，其在薄膜腔中设置在薄膜内侧上的换能器 部段上，用来产生超声震动；第一减震元件，其在薄膜腔中设置在换 能器元件上，用来对薄膜进行减震；和第二减震元件，其在薄膜腔中 设置在薄膜的、围绕着换能器元件的边缘部段上，用来减緩壁的震动， 其中第二减震元件既与边缘部段，也与壁的内侧至少部分力配合地相 连。壁模式的减震可有利地减震到测量技术几乎不再能探测得到的 水平，而没有外部退耦环的影响，也没有设置它的必要。因此还可有 利地避免退耦环和薄膜腔壁之间的过渡区域上的环境影响。在另一实施例中，在薄膜腔中，在第一和第二减震元件上设置有第三减震元件，用来进一步对薄膜腔进行减震和/或密封。在优选的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器（１），其具有带环绕式壁（３）的薄膜腔（２），特别用于车辆，该超声换能器（１）包括：　－换能器元件（１０），其在所述薄膜腔（２）中设置在薄膜（７）的内侧上的换能器部段（８）上，用来产生超声震动；　－第一减震元件（１ ２），其在所述薄膜腔（２）中设置在所述换能器元件（１０）上，用来对所述薄膜（７）进行减震；和　－第二减震元件（１３），其在所述薄膜腔（２）中设置在所述薄膜（７）的围绕着所述换能器元件（１０）的边缘部段（９）上，用来减缓所述壁（３）的震 动，其中所述第二减震元件（１３）既与所述边缘部段（９）也与所述壁（３）的内侧（４）至少部分地力配合地相连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M赖切，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]