声换能器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种声换能器装置，其具有壳体，在该壳体中设置有一个或多个换能 器元件。此外，本发明涉及一种配备有这样的声换能器装置的交通工具以及一种用于制造 这样的声换能器装置的方法。
【背景技术】
[0002] 声换能器在交通工具中应用于驾驶员辅助系统的框架内，以便大致在驻车期间监 控该交通工具的环境。为此，例如4至6个声换能器被集成在交通工具的尾部和/或前部 保险杠中。为了改善这种系统的位置分辨，除了各个已实施的声换能器之外，也应用具有多 个单换能器的声换能器阵列。
[0003] 这种声换能器经受高的环境负荷，如碎石、温度变化或下述天气条件：该天气条件 可能会损害功能性并且在最坏的情况下可能会导致不可修复的损坏。因此，超声波换能器 的换能器元件通常以单独密封件设置在壳体中。为了不影响到振动特性，附加地设有解耦 元件。除了功能方面之外，通过密封件也应不负面地影响到这种超声波换能器表面的光学 特性。对于具有唯一换能器元件的超声波换能器而言已知不同的密封解决方案。
[0004] 由文献W0 2008 025 608 A2已知一种用于容纳膜片罐的壳体，该膜片罐设有填 料，用于膜片罐和解耦构件与壳体间的振动缓冲地且密封形锁合地连接。在此，解耦构件密 封地填充了壳体开口边缘与膜片罐之间的缝隙。
[0005] 文献DE 10 2009 022 187 A1描述了一种在闭合壳体中的超声波换能器，其具有 压电陶瓷，用于在膜片罐中产生超声波振动。在此，整个壳体连同膜片罐被填充有颗粒材料 并且借助于盖被密封关闭。
[0006] 文献DE 101 25 272 A1描述一种具有膜片的超声波传感器，该膜片设置在壳体 中。膜片与壳体之间此外设有密封作用的解耦环。
[0007] 在构成由各个换能器所组成的复合结构的超声波换能器阵列中，在密封方面产生 另外的困难，因为不再所有单换能器都被壳体或其它元件包围。此外，超声波阵列用的密封 方案应满足上述功能和光学要求。因此持续的兴趣在于，提供用于单换能器和超声波换能 器阵列的密封方案，该密封方案具有高程度的密封性并且同时符合功能和光学要求。
[0008] 由于在大批量生产中高程度的参数分散性，常规超声波传感器经常具有高程度的 幅值分散性，而且具有在谐振频率方面高程度的分散性。为了补偿该效应，可以在振动力学 方面有目的地缓冲这种超声波传感器。该缓冲对在发送-接收运行中工作的超声波传感器 的近距离测量能力具有影响，因为超声波传感器的最小测量间距直接与传感器的被激励的 膜片的衰减持续时间相联系，该衰减持续时间又通过机械缓冲来确定。在常规系统中，振动 力学的缓冲例如借助于发泡的2组份弹性体（例如Fermasil，Fa. Sonderhoff)实施，该弹 性体被引入到膜片罐内部。这种工艺大多仅能够被不充分地掌握，因为有目的地缓冲主要 通过在2组份弹性体硬化（泡沫化）时构成微机械气泡来确定。此外，如此制造的已知超 声波传感器具有不足的长期稳定性。在温度负荷（在机动车中运行）的情况下，观测到不 可逆转的幅值变化，由此明显减小测量作用范围。
【发明内容】
[0009] 按照本发明提出一种声换能器装置，其具有壳体，在该壳体中设置有一个或多个 换能器元件，其中，壳体与换能器元件之间的间隙或者在多个换能器元件的情况下前后相 继的换能器元件之间的间隙被充以塑料，该塑料具有小于10牛顿/平方毫米的弹性模量。
[0010] 通过应用具有〈10牛顿/平方毫米的较小弹性模量的塑料能实现声换能器装置的 密封，该密封一方面密封地作用且另一方面最小地影响到系统的振动特性。因此，各个元件 (亦即换能器元件与壳体）之间的耦合很小。附加地，这种塑料导致小的缓冲。因此产生 小的灵敏性变化，该小的灵敏性变化直接影响到可实现的作用范围。按照本发明的声换能 器装置因此能实现：在没有附加的解耦元件的情况下，声换能器装置被耐用且稳定地密封。 此外，这种声换能器装置在制造中简单且成本有利。因此产生另外的优点：如大批量适用性 且高的工艺安全。整个声换能器装置的耐用的稳定的缓冲可以有目的地通过各个换能器元 件之间的弹性体的弹性模量来调节设定。这可以单独地或者与其它缓冲措施组合地实现。 由此可以省去通过泡沫化的弹性体材料的附加缓冲。
[0011] 在此，声换能器装置是一种接收和/或发送声波的装置。为此，声换能器装置包括 至少一个换能器元件，该换能器元件例如可以设计为弯曲振动器（Biegeschwinger)或者 厚度振动器（Dickenschwinger)。优选地，换能器元件适合用于接收和/或发送具有处于 16千赫兹至1兆赫兹的范围内、特别优选处于30千赫兹-150千赫兹的范围内例如50千赫 兹的频率的超声波。
[0012] 如果声换能器装置包括多个换能器元件，那么也称为声换能器阵列。在此，多个换 能器元件设置在壳体中，其中，换能器元件的声敏侧朝向环境定向并且因此形成了声换能 器阵列的声敏侧。此外，各个换能器元件可以设计为弯曲振动器或厚度振动器。而且弯曲 振动器和厚度振动器可以组合在声换能器阵列中。
[0013] 弯曲振动器包括例如膜片，压电元件邻接该膜片，以便将膜片的振动通过压电元 件的机械变形变换为电信号（例如电压）并且相反地将电信号（例如电压）通过压电元件 的机械变形变换为膜片的振动。附加或备选于膜片，弯曲振动器可以包括弯曲换能器元件。 在此，弯曲换能器元件可以构成为U形，该U形具有声效侧和两侧邻接该声效侧的固定侧。 在弯曲换能器元件的这些侧中的一个侧上（优选在内部的、不是朝向声场的侧上）此外可 以设置压电元件，以便将膜片和/或弯曲换能器元件的振动通过压电元件的机械变形变换 为电信号（例如电压），并且反之亦然。厚度振动器例如包括前体和后体，压电元件设置在 其间，以便将振动通过前体以机械变形的形式传递到压电元件上并且变换为电信号（例如 电压），并且反之亦然。
[0014] 在一个优选实施形式中，多个换能器元件设置在壳体中，以便构成声换能器阵列。 在此，相继的换能器元件之间的间隙和/或壳体与紧接的换能器元件之间的间隙可以充以 塑料，该塑料具有〈10牛顿/平方毫米的弹性模量。在这种设置方案中，换能器元件优选完 全被塑料包围，以便将声换能器阵列的各个部件相互解耦。
[0015] 在另一实施形式中，该间隙充以如下塑料，该塑料具有〈10牛顿/平方毫米、优选 〈5牛顿/平方毫米并且特别优选处于0. 25牛顿/平方毫米至2. 5牛顿/平方毫米之间的 弹性模量。通过将壳体与换能器元件之间和/或各个换能器元件之间的间隙充以这种塑 料，在各个部件之间（亦即在壳体和/或换能器元件）之间生成连接片，该连接片不影响功 能性并且同时用于必要的密封。作为塑料可以应用例如聚合物，如环氧树脂、聚酯或者弹性 体，如天然橡胶、基于硅酮的弹性体或者硅酮橡胶以及其混合物。
[0016] 为了提高塑料与换能器元件的密封面和/或与壳体的密封面之间的粘附强度，可 以至少部分地表面处理（特别是粗糙化或激活）壳体表面和/或换能器元件的表面。优选 地，至少将壳体的密封面和/或换能器元件的密封面进行粗糙化。这可以例如通过等离子 处理、酸洗或喷砂实现。
[0017] 在另一实施形式中，塑料如此引入到间隙中，使得构成连接片，该连接片与换能器 元件的声敏侧齐平。由此降低了表面波度，以便改善声换能器装置的光学特性。
[0018] 在另一实施形式中，塑料如此引入到间隙中，使得构成连接片，该连接片在换能器 元件的声敏侧上形成突出部。因此，该连接片以突出部覆盖了换能器元件的声敏表面的一 部分。为了避免功能损坏，连接片的突出部优选占据该换能器元件的声敏表面的不超过 1/6、特别优选不超过1/10的面积。
[0019] 此外，连接片可以在纵向方向上大于换能器元件的部件的厚度，以便简化换能器 元件的调整。例如，连接片的长度可以在弯曲振动器的情况下大于膜片的厚度，以便能够将 邻接于膜片的压电元件轻易调节。
[0020] 在另一实施形式中，壳体和该壳体与紧接的换能器元件之间的连接片一件式或两 件式地设计。因此，壳体可以形成独立的部分，其中，壳体与紧接其后的换能器元件之间的 间隙充以塑料。因此，塑料可以注入或浇铸到间隙中。在该实施形式中，特别是弹性体适合 作为塑料。此外，壳体和连接片可以由塑料（特别是环氧树脂）一件式地构成，用以密封。 在此，连接片和壳体可以通过压塑构成。该实施方案能实现了壳体和连接片在一个工作步 骤中制造。附加地降低了