用于在流体介质中使用的超声波换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在流体介质(116)中使用的超声波换能器(110)。该超声波换能器包括至少一个换能器芯(118)，所述换能器芯具有至少一个声电换能器元件(112)、尤其是压电换能器元件(112)。所述超声波换能器(110)还包括至少一个壳体(120)，其中，至少一个壳体开口(122)相对于流体介质(116)通过一个与所述换能器芯(118)连接的密封膜(130)至少部分地密封。所述密封膜(130)具有至少一个膨胀变形部(134)，所述膨胀变形部被配置成能够实现所述换能器芯(118)和所述壳体(120)之间的相对运动。

【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已知的超声波换能器，其例如可以用在工艺技术和/或汽车领域中的超声波流量计中，尤其是可以用内燃机的进气歧管和/或废气歧管中。尤其是这样的超声波换能器被设置用于测量空气流量，其中，但是基本上也可以用于测量其它流体介质、 即气体和/或液体的流量。超声波换能器的例子在DE 10 2007 010 500 Al以及在那里引用的现有技术中提到。在那里描述的超声波换能器基本上也可以在本专利技术的范围中按照本专利技术改进和/或制造。所述类型的超声波换能器尤其是设置用于测量空气流量，例如以便在内燃机的系统控制装置内部导出空气量信号。
技术介绍
如例如由DE 10 2007 010 500 Al已知，在很多超声波换能器中，匹配层或匹配体用于改善到流体介质中的声辐射和/或来自流体介质的超声波的接收。例如具有声辐射式谐振体或匹配体、例如金属隔膜和/或λ /4阻抗匹配体的超声波换能器是已知的。在符合特殊的压力要求的超声波换能器或超声波流量计中，声辐射面大多是换能器壳体或流量管的集成组成部分或者坚硬地连接到这些构件上，使得通常没有相对于固体声传播的足够脱耦。如果要改善相对于固体声传播的脱耦，那么因此需要更软的固定材料。 但是，由于压力要求，固定装置和/或脱耦材料必须支承在壳体上，使得在声辐射面的活动区域中必然又最强烈地引起热膨胀。补偿运动使得介质密封的换能器设计更加困难。由在后公布的专利申请DE 10 2008 055 126. O和DE 10 2008 055 116. 3由本专利申请的申请人的同族已知超声波换能器，其中在壳体和具有压电换能器元件的换能器之间安放阻尼元件，例如阻尼填料。一般来说，为了固体声脱耦经常使用弹性体，例如O形环或硅树脂模型件。这些解决方案就其本身而言通常不提供足够的用于安装情形的介质阻挡，尤其是在车辆中。因此，硅树脂可以例如在水分和/或碳水化合物的影响下涌出和/ 或渗析，并且可以在硅树脂和周围环境之间形成裂缝。因此，为了超声波换能器的密封通常使用密封元件，例如呈蒸镀上的涂层、例如聚对二甲苯或密封膜的形式。密封膜的使用例如也在DE 10 2008 055 116. 3中描述。但是，纯涂层的缺点通常在于涂层的机械粘着少，尤其是在剪切载荷下，如其在不同基底材料的过渡区中出现的那样。例如在机械或热应力的情况下，脱耦材料相对于阻抗匹配层或换能器壳体移动，使得在该侧涂层可能撕裂。在使用膜时热和机械载荷在很多情况下至少导致膜的膨胀载荷，使得膜本身或其粘接被强烈地加载。
技术实现思路
因此建议一种用于在流体介质中使用的超声波换能器以及一种用于制造超声波换能器的方法。所建议的超声波换能器可以尤其是根据所建议的方法制造，并且该方法可以被用于制造按照本专利技术的超声波换能器。相应地，对于方法的可能设计方案可以参考对建议的超声波换能器的不同实施方式的描述，反之亦然。但是其它的设计方案基本上也是可行的。建议的超声波换能器包括具有至少一个声电换能器兀件的至少一个换能器芯。声电换能器元件在此基本上理解为一个换能器元件，其被配置用于将声学信号、例如超声波信号转换为电信号以及将电信号转换为声学信号。尤其地，声电换能器元件可以包括至少一个压电换能器元件，例如具有至少一个压电陶瓷。此外，换能器芯还可以包括其它元件， 例如至少一个匹配层和/或匹配体，以便至少部分地匹配声电换能器元件和流体介质之间的阻抗。在这种匹配元件的可能设计方案方面可以参考上面引用的现有技术，例如DE 10 2007 010 500 AU DE 10 2008 055 116. 3 或 DE 10 2008 055126.0。在那里示出的匹配体和/或匹配层和/或匹配元件(其中，在下面对于这种元件统称地使用概念匹配体)也可以在本专利技术的建议的超声波换能器的换能器芯中使用。换能器芯尤其是可以具有柱形造型，例如圆柱体和/或具有多边形横截面的柱体的造型。但是其它设计方案也是可行的。建议的超声波换能器还包括至少一个壳体。例如在此可以是塑料壳体和/或金属壳体。该壳体可以完全地或部分地包围换能器芯。例如，该壳体可以具有柱形形状，具有壳体内部空间，换能器芯接收在该壳体内部空间中。壳体包括向着流体介质的至少一个壳体开口。例如可以具有换能器芯的辐射面，即这样一个面，声学信号可以通过该面从换能器芯向流体介质发射或者从流体介质接收声学信号，该辐射面指向该开口和/或设置在该开口的内部。为了相对于流体介质的不期望的影响、例如温度和/或压力影响和/或介质影响屏蔽超声波换能器的壳体内部空间，所述至少一个壳体开口通过至少一个与换能器芯连接的密封膜至少部分地密封。优选地，该开口完全通过至少一个密封膜封闭。密封膜可以例如这样地与换能器芯连接，使得换能器芯的辐射面大面积地支承在密封膜上。例如，辐射面可以平地构成并且与密封膜接触，例如与密封膜连接，尤其是通过材料锁合的连接例如粘接连接。密封膜此外也可以与壳体的包围壳体开口的边缘连接、例如通过与该边缘形状锁合地连接、尤其是粘接。密封膜在此基本上被理解为任意的膜，该膜相对于流体介质至少部分是密封的。膜通常被理解为柔性或可变形的元件，该元件的横向延伸长度显著超过其厚度， 例如以至少一个因素10、优选以至少一个因素100或甚至至少一个因素1000超过其厚度。 例如，这样的膜可以构造成隔膜状的。相应地，密封膜例如可以如在DE 102008 055 116.3 中描述的那样构成。密封膜的其它设计方案和可能的材料在下面详细地说明。密封膜可以尤其是包括塑料材料。尤其是在此可以使用以下材料中的一种或多种聚醚醚酮(PEEK)； 聚苯硫醚(PPS);聚酰亚胺(尤其是Kapton );液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer, LCP);碳氟化合物，例如特氟龙或聚四氟乙烯(PTFE)或例如全氟乙丙烯共聚物(FEP);聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。但是其它材料基本上也是可使用的，例如耐高温的热塑性的塑料材料。但是变换地或附加地基本上也可以使用其它用于密封膜的材料，例如金属材料如尤其是金属膜。密封膜还可以连带包括粘接剂层。密封膜可以尤其是具有不超过50 μ m、优选不超过25 μ m的厚度。如上所述，在使用膜来密封时的问题在于，热和机械载荷可能导致膨胀载荷，膨胀载荷可能对膜本身或其固定、例如其与换能器芯和/或壳体的粘接施加载荷。为了解决该问题建议，密封膜具有至少一个膨胀变形部，其中，膨胀变形部被配置成能够实现换能器芯和壳体之间的相对运动。由此，该膨胀变形部基本上类似于波纹管起作用或者可以甚至至少部分地构造为这样的波纹管。膨胀变形部可以例如具有一个变形部，该变形部含有密封膜的一个曲率，例如不同于其它基本上平的密封膜设计方案的曲率。膨胀变形部可以基本上理解为密封膜的任意变形部，其能够实现换能器芯和壳体之间的相对运动，尤其是在横向方向上、即平行于密封膜的面的相对运动。尤其地，膨胀变形部可以被构造成不仅接收压力载荷和拉力载荷而且接收平行于密封膜的剪切载荷并且在一定的边界内基于其从密封膜的一般的延伸平面中变形出来而被补偿。例如，膨胀变形部可以包括膨胀褶皱和/或挤压褶皱，即任意的褶皱和/或扭曲，其能够不仅接收压力载荷和拉力载荷而且能够接收剪切载荷。膨胀变形部尤其是可以具有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：R·米勒，G·许夫特尔，M·赫斯特布林克，T·朗，S·拉德万，B·金茨，R·万贾，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：