DE19937195B4

DE19937195B4 - Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE19937195B4
Application number: DE1999137195
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Gotzig; Frank WÖLLECKE; Thorsten Gywinski
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-08-07
Also published as: DE19937195A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Ultraschallwandler mit einem Gehäuse, mit einer Membran, mit einem an der Membran angeordneten Piezoelement, mit einem die Membran in dem Gehäuse haltenden Halteelement und mit einem mit dem Piezoelement verbundenen Leiterbahnenelement. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Halteelement gummiartig ausgebildet ist und dass das Halteelement einen Konus aufweist, wobei die Membran im Bereich des sich verjüngenden Endes des Konus des Halteelements angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit einem Gehäuse, mit einer Membran, mit einem an der Membran angeordneten Piezoelement, mit einem die Membran in dem Gehäuse haltenden Halteelement und mit einem mit dem Piezoelement verbundenen Leiterbahnenelement.
Solche bekannten Ultraschallwandler finden in der modernen Kfz-Technik insbesondere als Bauteil von Einparkhilfen Verwendung. An einen Ultraschallwandler sind dabei verschiedene Anforderungen zu stellen. Zum einen sollte die Membran schwingungsfähig und dicht gelagert sein. Außerdem sollte der Ultraschallwandler aus optischen, aerodynamischen und aeroakustischen Gründen mit der den Ultraschallwandler umgebenden Fahrzeugoberfläche eine einheitliche Ebene bilden.

Aus der DE 198 35 782 A1 ist ein Ultraschallwandler bekannt geworden, der ein Gehäuse, eine Membran und einen Stopfen zwischen dem Gehäuse und der Membran aufweist.

Aus der DE 196 01 570 A1 ist bekannt geworden, einen Schallwandler mittels eines Formteils in einer Öffnung einer Wandung anzuordnen, wobei das Formteil zur Ausfüllung eines Spaltes zwischen dem Schallwandler und der Wandung konusförmig ausgebildet ist.

Ultraschallwandler müssen gegen die Umgebung derart abgedichtet sein, dass weder Staub, Schmutz oder Feuchtigkeit in den Ultraschallwandler eindringen und dadurch nicht die Funktion der in dem Ultraschallwandler angeordneten hochsensiblen Bauteile beeinträchtigt werden kann.

Eine weitere Anforderung an einen solchen Ultraschallwandler ist, dass er einen einfachen Aufbau aufweisen soll und auf einfache und kostengünstige Art und Weise montierbar ist.

Wünschenswert ist auch, dass der Ultraschallwandler positionsgenau in einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung montierbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler vorzuschlagen, der den oben genannten Anforderungen gerecht wird.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ultraschallwandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Die Erfindung weist dabei den Vorteil auf, dass die Membran durch das gummiartige, konisch geformte Halteelement schwingungsfähig gelagert ist. Außerdem wird durch die sich verjüngende Geometrie des Halteelements eine Verminderung des Durchmessers an der in eingebautem Zustand des Ultraschallwandlers sichtbaren Fläche des Ultraschallwandlers erreicht. Gerade dieser verminderte Durchmesser des Ultraschallwandlers führt zu einer gleichmäßigen Oberfläche des mit dem Ultraschallwandler verbauten Fahrzeugteils, was eine Reduzierung unerwünschter aerodynamischer oder aeroakustischer Auswirkungen zur Folge hat.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass aufgrund des sich verjüngenden Konus des Halteelements eine konzentrische Ausrichtung des Ultraschallwandlers in einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung gewährleistet ist. Dies ist insbesondere für eine funktionssichere Anbringung des Ultraschallwandlers erforderlich, der eine exakte Positionierung voraussetzt.

Durch den Konus des Halteelements wird also zum einen die sichtbare und damit vom Fahrtwind angreifbare Fläche des Ultraschallwandlers reduziert und zum anderen zentriert sich der Ultraschallwandler bei der Montage in entsprechend geformten Halterungen selbsttätig.

Dabei dichtet das Halteelement den Zwischenraum zwischen der Membran und dem Halteelement ab. Eine solche Dichtung wird insbesondere aufgrund der gummiartigen Ausbildung des Halteelements erreicht.

Ferner dichtet das Halteelement auch den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Halteelement ab. Aufgrund der gummiartigen Ausbildung des Halteelements ist auch eine solche Dichtung erfindungsgemäß gewährleistet.

Zudem ist vorgesehen, dass das Halteelement außerdem den Zwischenraum zwischen dem Ultraschallwandler und einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung abdichtet. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Halterung einen dem Halteteil entsprechenden Innenkonus aufweist, an welchem das Halteteil aufliegt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Piezoelement eine Piezokeramik. Die Verwendung von Piezokeramik hat sich in Ultraschallwandlern als besonders geeignet herausgestellt.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement mit einem, insbesondere pastösen Klebstoff an der Membran angeklebt oder in die Membran eingeklebt ist. Ein solches Anbringen des Piezoelements an der Membran ist auf einfache und kostengünstige Art und Weise realisierbar.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Leiterbahnenelement flexibel ausgestaltet. Durch eine solche Ausgestaltung reduziert sich insbesondere die Anzahl der einzelnen Litze, welche an dem Piezoelement kontaktiert werden müssen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Halteelement an seiner dem Gehäuse zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund aufweist, der in wenigstens eine an der dem Halteelement zugewandten Seite des Gehäuses vorhandene Rille eingreift. Eine solche Ringbund-Rille-Verbindung ist auf einfache und kostengünstige Weise realisierbar und weist zudem gute Abdichtungseigenschaften auf. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass das Gehäuse den Ringbund und das Halteelement die mit dem Ringbund korrespondierende Rille aufweist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Halteelement an seiner der Membran zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund aufweist, der in wenigstens eine an der dem Halteelement zugewandten Seite der Membran vorhandene Rille eingreift. Eine solche vorteilhafte Ringbund-Rille- Verbindung eignet sich auch zur Verbindung und Abdichtung des Halteelements mit der Membran.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet. Eine solche zweiteilige Ausbildung erlaubt insbesondere eine Montage der in dem Gehäuse befindlichen Bauteile auf einfache Weise.

Nach einer Variante der Erfindung ist das Gehäuse in seinem das Halteelement aufnehmenden Bereich verstärkt. Eine solche Verstärkung gewährleistet eine sichere und stabile Unterbringung des Halteelements an dem Gehäuse.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse in seinem das Halteelement umgebenden Bereich eine konisch ausgestaltete Innenseite aufweist und dass die konisch ausgestaltete Innenseite das konusförmige Halteelement formschlüssig aufnimmt. Bei der Montage des Halteelements wird dieses von der konisch ausgestalteten Innenseite des Gehäuses selbsttätig zentriert. Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse zur Auflage an einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung dient.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse Führungs- und Schnapp- und/oder Rastelemente zur Befestigung an einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung aufweist. Gerade durch solche Schnapp- und/oder Rastelemente kann der Ultraschallwandler auf einfache Weise an der Halterung funktionssicher und positionsgenau befestigt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Ultraschallwandler,
2 den Ultraschallwandler nach 1 im Längsschnitt, und
3 einen Ultraschallwandler in an einem Fahrzeugteil montierten Zustand.
In der 1 ist ein Ultraschallwandler 1 mit einem Gehäuse 2 sowie mit einer Membran 3 dargestellt. Die Membran 3 wird dabei in dem Gehäuse 2 mit einem Halteelement 4 gehalten. Das Halteelement 4 ist gummiartig ausgebildet, um die Membran 3 schwingungsfähig zu lagern. Auf der in 1 nicht zu sehenden Seite der Membran 3 ist ein Piezoelement angeordnet, welches die vom Ultraschallwandler 1 ausgesandten bzw. empfangenen Ultraschallwellen versendet bzw. empfängt. Das Halteelement 4 weist außerdem einen Konus 5 auf, wobei die Membran 3 in dem Bereich des verjüngenden Ende des Konus 5 des Halteelements 4 angeordnet ist. Durch eine solche konische Ausgestaltung des Halteelements 4 wird eine Verminderung des Druckmessers an der im montierten Zustand sichtbaren Fläche des Ultraschallwandlers 1 bei gleichzeitiger konzentrischer Ausrichtung erreicht.
Wie in 1 gut zu erkennen ist, ist das Gehäuse 2 zweiteilig ausgebildet und setzt sich aus den beiden Gehäuseteilen 6 und 7 zusammen. Das Gehäuseteil 7 ist dabei lösbar an dem Gehäuseteil 6 angeordnet.
An dem Gehäuseteil 7 ist ein Rastelement 8 zur Befestigung des Ultraschallwandlers 1 in einer nicht dargestellten Halterung angeordnet. Außerdem ist an dem Gehäuseteil 6 ein Führungselement 9 vorhanden, welches zur positionsgenauen Einführung des Ultraschallwandlers 1 in eine Halterung dient. An dem der Membran 3 abgewandten Seite des Gehäuses 2 weist das Gehäuse 2 einen Ringbund 10 auf. Weiterhin sieht das Gehäuse 2 einen Steckerabschnitt 11 zur Aufnahme eines Steckers vor, der die von dem Ultraschallwandler 1 abgesendeten und empfangenen Signale einer Auswerteeinheit zuführt. Zur funktionssicheren Anbringung eines solchen Steckers sieht der Steckerabschnitt 11 ein Rastelement 12 vor.
In 2, welche einen Längsschnitt durch 1 zeigt, sind die einzelnen Bauteile des Ultraschallwandlers 1 deutlich zu erkennen. Zu sehen ist hierbei ein Piezoelement 13, welches von der Membran 3 in dem Ultraschallwandler 1 gehalten wird. Dabei ist das Piezoelement 13 mittels eines flexiblen Leiterbahnenelements 14 mit einer Leiterplatte 15 verbunden. Durch die Verwendung eines solchen flexiblen Leiterbahnenelements 14 sowie des gummiartigen Halteelements 4 ist eine freie Schwingbarkeit der Membran 3 gewährleistet. Das Piezoelement 13 ist dabei vorzugsweise mit einem pastösen Klebstoff an der Membran 3 angeklebt. Denkbar ist auch, dass das Piezoelement 13 in die Membran 3 eingeklebt ist.
In der 2 ist außerdem deutlich zu sehen, dass das Halteelement 4 den Zwischenraum zwischen der Membran 3 und dem Halteelement 4 abdichtet. Ebenso dichtet das Halteelement 4 den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 2 und dem Halteelement 4 ab.
Weiterhin wird aus 2 deutlich, dass das Halteelement 4 an seiner der Membran 3 zugewandten Seite zwei Ringbunde 16 aufweist, die in zwei an der dem Halteelement 4 zugewandten Seite der Membran 3 vorhandene Rillen eingreifen.
Außerdem weist das Halteelement 4 an seiner dem Gehäuse zugewandten Seite einen weiteren Ringbund 17 auf, der in eine an dem Gehäuse 2 vorhandene Rille eingreift.
Die Art und Weise wie die beiden Gehäuseteile 6 und 7 miteinander verbunden sind ist der 2 zu entnehmen. Nachdem die Leiterplatte 15 in dem Ultraschallwandler 1 montiert ist, wird das Gehäuseteil 7 von der der Membran 3 abgewandten Seite des Ultraschallwandlers 1 entlang einer an dem Gehäuseteil 6 vorhandenen Nut 18 axial auf den Ultraschallwandler 1 aufgeschoben. Zur Befestigung des Gehäuseteils 7 sieht das Gehäuseteil 6 ein Ringnutsegment 19 vor, in welches das Gehäuseteil 7 über eine Anfasung 20 einschnappbar ist. Dadurch ist ein einfaches und sicheres Montieren des Gehäuseteils 7 an dem Gehäuseteil 6 möglich.
In dem Steckerabschnitt 11 des Gehäuses 2 sind verschiedene Steckerelemente angeordnet. Deutlich zu erkennen sind drei Stromschienen 21, welche den Steckerabschnitt 11 mit der Leiterplatte 15 verbinden.
Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallwandler 1 nach 2 wird das Halteteil 4 sowie die Membran 3 vorzugsweise zur Montage axial von der dem Gehäuseteil 7 abgewandten Seite des Ultraschallwandlers 1 in diesen eingeführt. Zur sicheren Verbindung des Halteteils 4 mit dem Gehäuse 2 rastet der Ringbund 17 in die an dem Gehäuse 2 vorhandene Rille ein.
Bei einer etwas anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 2 in seinem das Halteelement 4 umgebenden Bereich eine konisch ausgestaltete Innenseite aufweist, wobei die konisch ausgestaltete Innenseite das konusförmige Halteelement 4 formschlüssig aufnimmt.
Die 3 zeigt den Ultraschallwandler 1 in montiertem Zustand an einem Fahrzeugteil 22. Das Fahrzeugteil 22 sieht dafür einen Durchbruch 23 sowie eine den Durchbruch 23 umgebende Halterung 24 vor. Deutlich zu erkennen ist, wie an der Halterung 24 vorhandene Schnapparme 25 mit dem Rastelement 8, welches in 1 deutlich zu erkennen ist, verschnappt sind. Dadurch wird eine funktionssichere Befestigung des Ultraschallwandlers 1 in der Halterung 24 gewährleistet.
Aus 3 wird auch deutlich, dass das Halteelement 4 den Zwischenraum zwischen dem Ultraschallwandler 1 und der den Ultraschallwandler laufnehmenden Halterung 24 aufgrund der gummiartigen und konusförmigen Ausbildung des Halteelements 4 abdichtet.
Eine solche in 3 dargestellte Ausgestaltung weist insbesondere den Vorteil auf, dass keine lackierfähigen Kunststoffe bzw. Materialien für das Gehäuse 2 notwendig sind.
Außerdem wird die Anzahl der unterschiedlichen Werkstoffe im Sichtbereich des Ultraschallwandlers 1 reduziert. Dabei ist es denkbar, dass die Membran 3 auf herkömmliche Art und Weise entsprechend dem Fahrzeugteil 22 lackiert wird. Außerdem wird durch die konzentrische Ausrichtung des Ultraschallwandlers 1 in der Halterung 24 zwischen der Membran 3 und dem den Durchbruch 23 umgebenden Bereich des Fahrzeugteils 22 ein gleichmäßiger Ringspalt gebildet. Ein solcher gleichmäßiger Ringspalt hat optische, aeroakustische sowie aerodynamische Vorteile. Der Ultraschallwandler 1 ist also optimal in das Fahrzeugteil 22 integriert.

Claims

Ultraschallwandler (1) mit einem Gehäuse (2), mit einer Membran (3), mit einem an der Membran (3) angeordneten Piezoelement (13), mit einem gummiartig ausgebildeten, die Membran (3) in dem Gehäuse (2) haltenden Halteelement (4) und mit einem mit dem Piezoelement (13) verbundenen Leiterbahnenelement (14), wobei das Halteelement (4) einen ersten Abschnitt zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) einen weiteren, sich an den ersten Abschnitt anschließenden und das Gehäuse in axialer Richtung überragenden zweiten Abschnitt mit einem Konus (5) aufweist, wobei der Konus im Bereich seines sich verjüngenden Endes die Membran (3) dichtend aufnimmt und zur dichtenden Anlage gegen eine den Ultraschallwandler (1) aufnehmende Halterung (24) vorgesehen ist und wobei die Membran (3) das Gehäuse (2) und den Konus (5) in axialer Richtung überragt.
Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (13) eine Piezokeramik ist.
Ultraschallwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (13) mit einem, insbesondere pastösen Klebstoff an der Membran (3) angeklebt oder in die Membran (3) eingeklebt ist.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterbahnenelement (14) flexibel ist.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) an seiner dem Gehäuse (2) zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund (17) aufweist, der in wenigstens eine an der dem Halteelement (4) zugewandten Seite des Gehäuses (2) vorhandene Rille eingreift.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (4) an seiner der Membran (3) zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund (16) aufweist, der in wenigstens eine an der dem Halteelement (4) zugewandten Seite der Membran (3) vorhandene Rille eingreift.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zweiteilig ausgebildet ist.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in seinem das Haltelement (4) aufnehmenden Bereich verstärkt ist.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in seinem das Haltelement (4) umgebenden Bereich eine konisch ausgestaltete Innenseite aufweist und dass die konisch ausgestaltete Innenseite das konusförmige Halteelement (4) formschlüssig aufnimmt.
Ultraschallwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) Führungs- (9) und Schnapp- und/oder Rastelemente (8) zur Befestigung an einer den Ultraschallwandler (1) aufnehmenden Halterung (24) aufweist.