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Title:
SOUND TRANSDUCER, COMPRISING A PIEZOCERAMIC TRANSDUCER ELEMENT WHICH IS INTEGRATED IN A DIAPHRAGM THAT CAN VIBRATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/177945
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention proposes a sound transducer, in particular for an ultrasound sensor. The sound transducer (1) has a functional group (2), wherein the functional group (2) comprises a diaphragm pot (6) and at least one electroacoustic transducer element (3). The sound transducer (1) also has a housing (5). The diaphragm pot (6) comprises a diaphragm (3) that can vibrate and a circumferential wall (7) and also at least one electroacoustic transducer element (3), wherein the transducer element (3) is designed to cause the diaphragm (8) to vibrate and/or to convert vibrations of the diaphragm (8) into electrical signals. The diaphragm pot (6) is formed from a plastics material, wherein, according to the invention, the at least one transducer element (3) is integrated into the diaphragm (8) that can vibrate, in particular without an additional adhesive layer, wherein the transducer element (3) is designed as a piezoceramic element.

Inventors:
HENNEBERG JOHANNES (DE)
GERLACH ANDRE (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/057486
Publication Date:
October 04, 2018
Filing Date:
March 23, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B06B1/06; G10K11/00
Domestic Patent References:
WO2016143469A12016-09-15
Foreign References:
DE3732412A11989-04-13
US4725994A1988-02-16
DE102013211533A12014-12-24
DE102012208059A12013-11-14
DE102015110939A12017-01-12
DE102012201884A12013-08-14
DE102013222076A12015-04-30
CA2052034A11992-03-26
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Claims:
Ansprüche

1. Schallwandler (1), aufweisend eine funktionale Gruppe (2), wobei die funktionale Gruppe (2) einen Membrantopf (6) und mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement (3) umfasst, und ein Gehäuse (5), wobei der Membrantopf (6) eine schwingungsfähige Membran (8) und eine Wandung (7) aufweist, wobei das Wandlerelement (3) ausgebildet ist, die Membran (8) zu Schwingungen anzuregen und/oder

Schwingungen der Membran (8) in elektrische Signale zu wandeln und wobei zumindest der Membrantopf (6) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wandlerelement (3) in die schwingungsfähige Membran (8) integriert ist, wobei das

Wandlerelement (3) als ein piezokeramisches Element ausgebildet ist.

2. Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

mindestens eine Wandlerelement (3) ohne zusätzliche Klebstoffschicht in die schwingungsfähige Membran (8) integriert ist.

3. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dass mindestens ein Wandlerelement (3)

scheibenförmig ausgebildet ist und eine erste Oberfläche (15) und eine der ersten Oberfläche (15) gegenüberliegende zweite Oberfläche (13) aufweist, wobei das Wandlerelement (3) derart in die Membran (8) integriert ist, dass die zweite Oberfläche (13) in Richtung des Inneren (16) des Membrantopfs (6) freiliegt.

4. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass mindestens ein Wandlerelement (3) im

Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und eine erste Oberfläche (15) und eine der ersten Oberfläche (15) gegenüberliegende zweite Oberfläche (13) aufweist, wobei das Wandlerelement (3) derart in die Membran (8) integriert ist, dass die erste Oberfläche (15) in die

Abstrahlrichtung (17) des Membrantopfs (6) freiliegt.

5. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass der Schallwandler (1) elektrische Leiter (18) aufweist, wobei das Wandlerelement (3) ") Elektroden (23, 25) aufweist, die durch die elektrischen Leiter (18) kontaktiert werden.

6. Schallwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode (25) auf einer ersten Oberfläche (15) des

Wandlerelements (3) ausgebildet ist und eine zweite Elektrode (23) auf einer zweiten, der ersten Oberfläche (15) gegenüberliegenden Oberfläche (13) des Wandlerelements (3) ausgebildet ist.

7. Schallwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das

Wandlerelement eine Umkontaktierung (25') aufweist, wobei durch die Umkontaktierung (25') die erste Elektrode (25) über einen Rand (14) des Wandlerelements (3) auf die zweite Oberfläche (13) geführt ist, wo sie eine Kontaktfläche (25") ausbildet.

8. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) und die funktionale Gruppe (2) einteilig ausgebildet sind.

9. Schallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die schwingungsfähige Membran (8) Bereiche (4) mit reduzierter Dicke und/oder Bereiche (4') mit erhöhter Dicke aufweist.

10. Ultraschallsensor mit einem Schallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Verfahren zum Herstellen einer funktionalen Gruppe (2) eines

Schallwandlers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei a) mindestens ein als piezokeramisches Element ausgebildetes Wandlerelement (3) in eine Kavität eines

Kunststoffverarbeitungswerkzeugs eingebracht wird, b) ein Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt wird, wobei das Wandlerelement (3) zumindest teilweise von dem

Kunststoffmaterial umschlossen wird, wodurch ein Membrantopf (6) mit einer schwingungsfähigen Membran (8) und einer Wandung (7) ausgebildet wird, wobei das mindestens eine Wanderelement (3) in die schwingungsfähige Membran (8) integriert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität des Kunststoffverarbeitungswerkzeugs derart ausgebildet ist, dass in Schritt b) die funktionale (2) Gruppe einteilig mit einem Gehäuse (5) des Schallwandlers (1) ausgebildet wird.

Description:
Beschreibung

Titel

SCHALLWANDLER, MIT IN SCHWINGFÄHIGE MEMBRAN INTEGRIERTEM

PIEZOKERAMISCHEM WANDLERELEMENT

Die Erfindung betrifft einen Schallwandler umfassend einen Membrantopf, ein Wandlerelement und ein Gehäuse, wobei der Membrantopf eine Membran und eine Wandung aufweist.

Stand der Technik

Ultraschallsensoren werden unter anderem in Automobil- und

Industrieanwendungen zur Erfassung des Umfelds eingesetzt. Objekte in der Umgebung können erkannt werden, indem durch den Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von einem Objekt reflektierte

Ultraschallecho wieder empfangen wird. Aus der Laufzeit zwischen dem

Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Ultraschallechos sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit kann dann die Entfernung zu dem Objekt berechnet werden.

Die Ultraschallsensoren umfassen typischerweise einen Schallwandler mit einer Membran, einem Wandlerelement und einem Gehäuse. Bei dem

Wandlerelement handelt es sich beispielsweise um ein piezokeramisches

Element, welches nach Anlegen einer elektrischen Spannung die Membran in eine Schwingung versetzt bzw. zum Empfangen von Ultraschallechos die vom Schalldruck vor der Membran angeregten Schwingungen auf der Membran in ein elektrisches Signal umwandelt. Derartige Schallwandler sind im Stand der Technik bekannt, siehe hierzu beispielsweise DE 10 2012 201 884 AI. Die Verbindung zwischen dem piezokeramischen Element und dem

Membranboden erfolgt üblicherweise durch einen Klebeprozess. Dieser ist sowohl im Herstellungsprozess als auch im Betrieb anfällig gegen Ausfall.

Die funktionale Gruppe des Ultraschallsensors und das Gehäuse werden als getrennte Einzelteile gefertigt und anschließend gefügt.

DE 10 2013 222 076 AI beschreibt einen Schallwandler, der einen Resonator mit mindestens einem piezoelektrischen Element aufweist. Der Resonator ist einteilig als Membrantopf mit einer Membran und einer umlaufenden Mantelfläche aus dem gleichen Material ausgebildet. Der Membrantopf ist beispielsweise aus einem Polymermaterial wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder einem

piezokeramischen Material hergestellt. Ein oder mehrere Bereiche der Membran werden polarisiert, so dass piezoelektrisch aktive Bereiche ausgebildet werden. Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen

Schallwandler mit vereinfachtem Herstellungsverfahren und einem vereinfachten Aufbau anzugeben.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird ein Schwallwandler, insbesondere für

Ultraschallsensor vorgeschlagen.

Der Schallwandler weist eine funktionale Gruppe auf, wobei die funktionale Gruppe einen Membrantopf und mindestens ein elektroakustisches

Wandlerelement umfasst. Außerdem weist der Schallwandler ein Gehäuse (5) auf. Der Membrantopf umfasst eine schwingungsfähige Membran und eine umlaufende Wandung sowie mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement, wobei das Wandlerelement ausgebildet ist, die Membran zu Schwingungen anzuregen und/oder Schwingungen der Membran in elektrische Signale zu wandeln. Der Membrantopf ist aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet, wobei erfindungsgemäß das mindestens eine Wandlerelement, insbesondere ohne zusätzliche Klebstoffschicht, in die schwingungsfähige Membran integriert ist, wobei das Wandlerelement als piezokeramisches Element ausgebildet ist. Das Wandlerelement weist an einer oder mehreren Oberflächen Elektroden zur Kontaktierung und Ansteuerung auf. Diese können als elektrisch leitende

Schichten ausgebildet sein.

Unter einem in die schwingungsfähige Membran integrierten Wandlerelement soll dabei verstanden werden, dass das Wandlerelement zunächst als separates Bauteil vorliegt, das beim Ausbilden der schwingungsfähigen Membran, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder ein Resin-Transfer-Molding- Verfahren mit der schwingungsfähigen Membran verbunden wird, derart, dass das Kunststoffmaterial der Membran das Wandlerelement zumindest teilweise umschließt.

Als Kunststoffmaterial des Membrantopfs inklusive der schwingfähigen Membran kann beispielsweise ein Duroplast, oder alternativ ein Thermoplast verwendet werden. Insbesondere geeignet als Kunststoffmaterialien sind Epoxidharze.

Durch die Integration des als piezokeramisches Element ausgebildeten

Wandlerelements in die schwingfähige Membran des Schallwandlers wird die elektro-mechanische Wandlung ermöglicht. Der so ausgebildete Sensor kann sowohl zum Empfang als auch zum Senden von Schall, insbesondere

Ultraschall, eingesetzt werden. Die Gestaltung einer bestimmten gewünschten Schwingungsform und -frequenz kann durch geometrische Gestaltung in der Membran erreicht werden. Hierzu können beispielsweise Bereiche der Membran mit unterschiedlicher Dicke bzw. Materialstärke ausgebildet werden. Übliche Arbeitsfrequenzen liegen im Bereich zwischen 20 und 250 kHz, besonders gut geeignet sind Frequenzen im Bereich von 30 bis 80 kHz. Insbesondere kann die schwingungsfähige Membran Bereiche mit reduzierter Dicke und/oder Bereiche mit erhöhter Dicke aufweisen. Bevorzugt weist die Membran hierbei eine Dicke bzw. Materialstärke im Bereich von 0,15 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 0,2 bis 1 mm.

Durch den Abstand des piezokeramischen Elements zur mechanisch neutralen Faser des Membrantopfs (also zu dem Bereich des Bauteils, in dem keine Zug-, Druck- oder Scherspannungen bei einer Biegebelastung auftreten, auch als „Nulllinie" bezeichnet), tritt eine hohe mechanische Verformung der Piezokeramik auf und es kann somit ein größtmöglicher elektro-mechanische Wandlungseffekt erzielt werden.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schallwandler weist insbesondere den Vorteil auf, dass durch die Reduktion der Anzahl der Bauteile im Vergleich zum

Stand der Technik die Herstellkosten signifikant verringert sind. Weiterhin kann in der Herstellung auf eine fehleranfällige Klebeverbindung zur Ankopplung eines separaten elektroakustischen bzw. elektromechanischen Wandlerelements an die schwingungsfähige Membran verzichtet werden. Dadurch wird der

Aufbauprozess weiter vereinfacht. Ein nachträgliches Polarisieren nur eines bestimmten Bereichs der schwingungsfähigen Membran zur Ausbildung eines Wandlerelements wie aus dem Stand der Technik bekannt wird ebenfalls vermieden. Erfindungsgemäß ausgebildete Schallwandler können so vorteilhaft Anwendung in Sensoren zur Abstandsbestimmung z.B. mittels Luftultraschall finden. Ein Einsatz zur Abstandsbestimmung in Flüssigkeiten ist ebenfalls denkbar. Durch die einteilige Ausbildung und die sich daraus ergebenden Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen sind erfindungsgemäß ausgebildete Schallwandler besonders für den Einsatz im Automobil geeignet.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind das Gehäuse und die funktionale Gruppe des Schallwandlers einteilig bzw. als ein Bauteil ausgebildet.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Schallwandler kann zur elektrischen

Kontaktierung insbesondere einen oder mehrere elektrische Leiter aufweisen, wobei das Wandlerelement oder die mehreren Wandlerelemente durch den oder die elektrischen Leiter kontaktiert wird bzw. werden. Durch Anlegen von elektrischen Signalen an diese Leiter können in bekannter Weise Schwingungen des Wandlerelements angeregt werden, die auf die Membran übertragen werden und zur Abstrahlung von akustischen Signalen, insbesondere Ultraschallsignalen durch den Schallwandler führen (Sendebetrieb des Schallwandlers). Weiterhin können einfallende Schallwellen die Membran zu Schwingungen anregen, wodurch in dem Wandlerelement ein elektrisches Spannungssignal erzeugt wird, welches durch die Leiter abgegriffen wird (Empfangsbetrieb des Schallwandlers). Zur Erzeugung der elektrischen Signale zur Anregung der Membran im

Sendebetrieb und/oder zur Auswertung der durch einfallende Schwallwellen in dem Wandlerelement erzeugten Spannungssignale im Empfangsbetrieb können die Leiter, z.B. mittels einer Steckverbindung mit einem zur Erzeugung und/oder zur Auswertung der Signale ausgebildeten Steuergerät elektrisch verbunden sein.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens ein

Wandlerelement scheibenförmig ausgebildet und weist eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Das Wandlerelement ist derart in die Membran integriert, dass die zweite Oberfläche in Richtung des Inneren des Membrantopfs freiliegt.

Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass durch die nach Innen freiliegende zweite Oberfläche des Wandlerelements, dieses auf einfache Weise elektrisch kontaktiert werden kann. Zumindest ein elektrischer Leiter kann in dieser Ausführung direkt auf der freiliegenden zweiten Oberfläche kontaktiert werden.

Das piezokeramische Element ist in dieser Ausführung bevorzugt derart ausgebildet, dass beide Elektroden von derselben Seite, d.h. derselben

Oberfläche, elektrisch kontaktiert werden können. Dazu weist das

piezokeramische Element insbesondere eine Umkontaktierung auf. Dabei wird die Elektrode auf der mit der Membran verbundenen ersten Oberfläche vollflächig ausgeführt und über den Rand des piezokeramischen Elements auf die zweite Oberfläche geführt, wo sie eine Kontaktfläche ausbildet.

In einer alternativen bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Wandlerelement scheibenförmig ausgebildet und weist eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Das Wandlerelement ist dabei bevorzugt derart in die Membran integriert ist, dass die erste Oberfläche in die Abstrahlrichtung des Membrantopfs freiliegt. Als

Abstrahlrichtung wird dabei diejenige Richtung senkrecht zur Erstreckung der Membran verstanden, in die bei Anregung der Membran zu mechanischen Schwingungen ein Schallsignal bevorzugt abgestrahlt wird. Diese Anordnung des Wandlerelements hat den Vorteil einer direkten Ankopplung des piezoelektrischen Elements an das Umgebungsfluid. Dies stellt einen Vorteil besonders bei Fluiden mit hoher Dichte dar. Die Kontaktierung kann in dieser Ausführung durch Um kontaktierung auf einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche erfolgen.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein mögliches

Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Schallwandler mittels Spritzguss oder Resin-Transfer-Molding angegeben.

Das Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte: a) mindestens ein als piezokeramisches Element ausgebildetes

Wandlerelement wird in eine Kavität eines Kunststoffverarbeitungswerkzeugs eingebracht, b) ein Kunststoffmaterial wird in die Kavität eingespritzt wird, wobei das Wandlerelement zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen wird, wodurch ein Membrantopf mit einer schwingungsfähigen Membran und einer Wandung ausgebildet wird, wobei das mindestens eine Wanderelement in die schwingungsfähigen Membran integriert ist.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte a) und b) müssen dabei nicht zwingend in dieser Reihenfolge ausgeführt werden. So ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass zunächst Kunststoffmaterial in die Kavität eingespritzt wird und zeitlich folgend mindestens ein als piezokeramisches Element ausgebildetes Wandlerelement in eine Kavität eines

Kunststoffverarbeitungswerkzeugs eingebracht wird. Bevorzugt wird jedoch zunächst das piezokeramische Element in die Kavität eingebracht und anschließend wird das Kunststoffmaterial eingespritzt. Die elektrische Kontaktierung des piezokeramischen Elements kann insbesondere vor dem Einbringen in die Kavität des

Kunststoffverarbeitungswerkzeugs erfolgen, z.B. mittels Löten, Bonden oder Thermokompressionsschweißen von Pins, Drähten oder anderen elektrischen Leitern. Die elektrischen Kontakte werden dabei durch geeignete Dichtungsmaßnahmen vor der Benetzung mit Kunststoff geschützt, um nachfolgende elektrische Anschlüsse zu ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht die einfache und wirtschaftliche Herstellung eines Schwallwandlers, z.B. für einen

Ultraschallsensor, auf Grundlage von in die Membran integrierten,

piezokeramischen Elementen als Wandlerelemente. Dadurch kann in der Herstellung auf eine fehleranfällige Klebeverbindung zur Ankopplung eines elektroakustischen bzw. elektro-mechanischen Wandlerelements verzichtet werden, wodurch sich ein vereinfachter Aufbauprozess ergibt. Da das

Kunststoffmaterial im flüssigen Zustand das piezokeramische Element benetzt und anschließend aushärtet, ergibt sich eine zuverlässige Haftung zwischen dem Kunststoffmaterial und dem piezokeramischen Element, dass das

Wandlerelement des so hergestellten Schallwandlers darstellt. Diese zuverlässige Haftung führt zu einer hohen Reproduzierbarkeit der

schwingungsmechanischen Eigenschaften des Schallwandlers. Da außerdem keine z.B. in ihrer Klebeschichtdicke, Hafteigenschaften oder dem Verlauf der Klebeschicht durch das Applizieren eines Klebepartners toleranzbehafteten Klebeschichten nötig sind, wird die Robustheit und Reproduzierbarkeit der schwingungsmechanischen Eigenschaften des Schallwandlers weiter erhöht.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Kavität des

Kunststoffverarbeitungswerkzeugs derart ausgebildet, dass in Schritt b) die funktionale Gruppe einteilig mit einem Gehäuse des Schallwandlers ausgebildet wird. Durch die Einteiligkeit ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass das fertige Bauteil eine erhöhte Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen, wie z. B. dem Eindringen von Feuchte oder Verschmutzungen aufweist, und dass außerdem Anzahl der Bauteile des Schallwandlers und Anzahl der benötigten Arbeitsschritte zum Zusammenbauen des Schallwandlers verringern.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 a) zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer ersten Ausführung der Erfindung. Figur 1 b) zeigt vergrößert die funktionale Gruppe des Schallwandlers gemäß Figur 1 a).

Figur 2 zeigt schematisch eine funktionale Gruppe eines Schallwandlers nach einer zweiten Ausführung der Erfindung.

Figur 3 a) zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer dritten Ausführung der Erfindung.

Figur 3 b) zeigt vergrößert die funktionale Gruppe des Schallwandlers gemäß Figur 3 a).

Figur 4 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer vierten Ausführung der Erfindung.

Die Figuren 5 a)-c) zeigen vergrößert verschiedene Ansichten einer möglichen Ausführung eines Wandlerelements für einen Schallwandler nach einem der in den Figuren 1-4 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Figur 6 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens

Ausführungsbeispiele der Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

In der Figur 1 a) ist schematisch ein Schnitt durch einen Schwallwandler 1 gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung abgebildet. Der Schallwandler weist ein Gehäuse 5 mit einem Steckergehäuse 11 auf. Der Schwallwandler umfasst eine funktionale Gruppe 2, die einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt ist. Die Funktionale Gruppe umfasst einen Membrantopf 6 mit einer

schwingungsfähigen Membran 8 und einer umlaufenden Wandung 7. Die Membran 8 kann beispielsweise kreisförmig oder elliptisch geformt sein. Die Membran weist Bereiche 4 mit einer verringerten Wandstärke auf. Durch die geometrische Gestaltung dieser Bereiche werden das Schwingungsverhalten sowie die Resonanzfrequenz des Schallwandlers bestimmt. Der Membrantopf 6 ist in diesem Beispiel einteilig ausgeführt. Weiterhin geht die umlaufende

Wandung 7 direkt in das Gehäuse 5 über, wobei auch das Steckergehäuse 11 einteilig mit dem Gehäuse 5 ausgeführt ist. Der Schallwandler 1 weist weiterhin ein Wandlerelement 3 auf, das erfindungsgemäß als piezokeramisches Element ausgebildet ist und in die schwingungsfähige Membran 8 integriert ist.

In Figur 1 b) ist die funktionale Gruppe 2 des Schallwandlers 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels vergrößert dargestellt. Das Wandlerelement 3 ist in diesem Beispiel als Scheibe ausgebildet mit einer ersten Oberfläche 15, einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 13 und einer umlaufenden Seitenfläche 14. Das Wandlerelement 3 ist derart in die Membran integriert, dass die zweite Oberfläche 13 in Richtung des Inneren 16 des Membrantopfs 6 freiliegt. Dabei ist das Wandlerelement derart in die Membran 8 integriert, dass sowohl die erste Oberfläche 15 als auch die Seitenfläche 14 des

Wandlerelements 3 vollständig vom Kunststoffmaterial der Membran 8 umschlossen sind, derart, dass die zweite Oberfläche 13 bündig mit der

Membran abschließt. Das als piezokeramisches Element ausgebildete

Wandlerelement 3 ist in dieser Ausführung derart ausgebildet, dass beide Elektroden von derselben Seite, d.h. derselben Oberfläche, elektrisch kontaktiert werden können.

Dies ist in Figur 5 nochmals vergrößert und schematisch dargestellt. Figur 5 a) zeigt das Wandlerelement 3 in Draufsicht auf die erste Oberfläche 15. Figur 5 b) zeigt einen Schnitt durch das Wandlerelement 3. Figur 5 c) zeigt das als piezokeramische Element ausgebildete Wandlerelement 3 in Draufsicht auf die zweite Oberfläche 13.

Die erste Oberfläche 15 des Wandlerelements 3 ist mit einer in diesem Beispiel vollflächig ausgeführten Elektrodenschicht 25 bedeckt. Das Wandlerelement 3 weist eine Umkontaktierung 25' über die Seitenfläche 14 auf mittels derer die erste Elektrode 25 über den Rand des piezokeramischen Elements auf die zweite Oberfläche 13 geführt ist, wo sie eine Kontaktfläche 25" ausbildet.

Elektrisch getrennt von der Kontaktfläche 25" ist auf der zweiten Oberfläche 13 eine zweite Elektrode 23 ausgebildet. Auf der Kontaktfläche 25" und der zweiten Elektrode 23 sind elektrische Leiter 18 zur Ansteuerung des Wandlerelements 3 kontaktiert, beispielsweise durch Löten oder Bonden.

In Figur 2 ist die funktionale Gruppe 2 eines Schallwandlers 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung vergrößert dargestellt. Das

Wandlerelement 3 ist in diesem Beispiel als Scheibe ausgebildet, mit einer ersten Oberfläche 15 und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden, zweiten

Oberfläche 13. Das Wandlerelement 3 ist derart in die Membran integriert, dass die erste Oberfläche 15 in Abstrahlrichtung 17 des Schallwandlers 1 freiliegt. Die Elektroden zur Kontaktierung des Wandlerelements können hierbei in derselben oder einer äquivalenten Weise, wie im Zusammenhang mit Figur 5 dargestellt ist, ausgebildet sein. Die elektrischen Leiter, z.B. Drähte oder Pins (nicht dargestellt) können dazu beispielsweise durch das Kunststoffmaterial der Membran 8 hindurchgeführt sein.

In der Figur 3 a) ist schematisch ein Schnitt durch einen Schwallwandler 1 gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung abgebildet. Der Schallwandler weist wiederum ein Gehäuse 5 mit einem Steckergehäuse 11 auf. Der

Schwallwandler umfasst eine funktionale Gruppe 2, die einteilig mit dem

Gehäuse ausgeführt ist. Die Funktionale Gruppe umfasst einen Membrantopf 6 mit einer schwingungsfähigen Membran 8 und einer umlaufenden Wandung 7. Der Schallwandler 1 weist weiterhin ein Wandlerelement 3 auf, das

erfindungsgemäß als piezokeramisches Element ausgebildet ist und in die schwingungsfähige Membran 8 integriert ist.

In Figur 3 b) ist die funktionale Gruppe 2 des Schallwandlers 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels vergrößert dargestellt. Das Wandlerelement 3 ist auch in diesem Beispiel als Scheibe ausgebildet mit einer ersten Oberfläche 15, einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 13 und einer umlaufenden Seitenfläche 14. Das Wandlerelement 3 ist derart in die Membran integriert, dass die zweite Oberfläche 13 in Richtung des Inneren 16 des

Membrantopfs 6 freiliegt. Dabei ist die Seitenfläche 14 nur teilweise oder gar nicht vom Kunststoff material der Membran 8 umschlossen. Daraus ergeben sich mögliche Vorteile für den Herstellungsprozess. Das zu integrierte

piezokeramische Element ist einfacher in der Kavität zu platzieren und zu fixieren. Des Weiteren ergibt sich durch diese Anordnung ein vergrößerter Abstand des Wandlerelements zur neutralen Faser (Nulllinie)).

In der Figur 4 ist schematisch ein Schnitt durch einen Schwallwandler 1 gemäß einer beispielhaften vierten Ausführung der Erfindung abgebildet. Der Aufbau des Schallwandlers 1 gemäß der vierten Ausführung der Erfindung entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen

Schallwandlers gemäß der dritten Ausführung der Erfindung. Der einzige Unterschied besteht darin, dass gemäß der vierten Ausführung der Erfindung Bereiche 4' der Membran eine erhöhte Dicke (Materialanhäufung) aufweisen. Durch die Ausgestaltung der Bereiche 4' kann die Resonanzfrequenz des Schallwandlers sowie die Richtcharakteristik des Schallwandlers angepasst werden. Die Bereiche 4' können dabei gleichmäßig (symmetrisch) oder ungleichmäßig (asymmetrisch) angeordnet sein.

Figur 6 stellt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine funktionale Gruppe eines erfindungsgemäßen Schallwandlers dar.

In Schritt 100 wird ein Kunststoffverarbeitungswerkzeug mit einer Kavität bereitgestellt, deren Form der gewünschten Form des Schallwandlers angepasst ist.

In Schritt 200 wird ein piezokeramisches Element, das als Wandlerelement vorgesehen ist, in die Kavität eingebracht. Optional können bereits elektrische Leiter vorgesehen werden, die die Elektroden des piezokeramischen Elements kontaktieren.

In Schritt 300 wird ein Kunststoffmaterial, beispielsweise ein Epoxidharz in die Kavität eingespritzt, wodurch zumindest die funktionale Gruppe des

Schallwandlers ausgebildet wird und wodurch das piezokeramische Element zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen wird. Ist die Kavität entsprechend ausgestaltet kann nicht nur die funktionale Gruppe des Schallwandlers, sondern auch das Gehäuse in einem Bauteil ausgebildet werden.

In Schritt 400 wird, gegebenenfalls nach einer Erstarrungsdauer, die funktionale Gruppe bzw. das Bauteil umfassend die funktionale Gruppe und das Gehäuse des Schallwandlers entnommen.