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Dokumentenidentifikation DE102006028212A1 20.12.2007
Titel Ultraschallsensor
Anmelder Valeo Schalter und Sensoren GmbH, 74321 Bietigheim-Bissingen, DE
Erfinder Wehling, Hans-Wilhelm, 74074 Heilbronn, DE;
Kupfernagel, Uwe, 71665 Vaihingen, DE;
Petzold, Manuel, 74321 Bietigheim-Bissingen, DE;
Grüdl, Dietmar, 71706 Markgröningen, DE;
Jung, Thomas, 74199 Untergruppenbach, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 14.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028212
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse H04R 17/00(2006.01)A, F, I, 20060614, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B06B 1/06(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   B60R 19/48(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   G01S 15/93(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor (2), insbesondere einen Kraftfahrzeug-Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse (4), mit einer in oder an einem ringförmigen Abschnitt (12) des Gehäuses (4) gelagerten Membran (6) und mit einem Entkopplungselement (10), das sich zumindest abschnittsweise zwischen der Membran (6) und dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (12) erstreckt, wobei in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (12) mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20), in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen, mindestens 10% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts (12) einnimmt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse, mit einer in oder an einem ringförmigen Abschnitt des Gehäuses gelagerten Membran, und mit einem Entkopplungselement, das sich zumindest abschnittsweise zwischen der Membran und dem ringförmigen Gehäuseabschnitt erstreckt, wobei in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt mindestens eine Materialaussparung vorgesehen ist.

Die Membran eines solchen Ultraschallsensors weist üblicherweise einen Membranboden auf, der mit Hilfe eines Piezo-Elements in Schwingungen versetzt werden kann, so dass in die Umgebung des Ultraschallsensors Ultraschallsignale abgestrahlt werden können. Von Hindernissen reflektierte Ultraschallsignale können von dem Ultraschallsensor wieder empfangen und verarbeitet werden.

Um ein definiertes Schwingen der Membran beziehungsweise des Membranbodens zu erreichen, ist die Membran nicht unmittelbar mit dem Gehäuse des Ultraschallsensors verbunden, sondern von einem Entkopplungsmaterial umgeben, das nach radial außen an einen ringförmigen Gehäuseabschnitt des Ultraschallsensorgehäuses grenzt.

Aus Vorbenutzungen sind Ultraschallsensoren bekannt, deren ringförmiger Gehäuseabschnitt kleine Öffnungen zum Austritt von Wasser aus dem Gehäuseinneren nach außen erlaubt. Ferner sind aus Vorbenutzungen Ultraschallsensoren bekannt, die in ihrem ringförmigen Gehäuseabschnitt Anspritzöffnungen aufweisen, die genutzt werden können, um eine in den ringförmigen Gehäuseabschnitt eingelegte Membran mit Entkopplungsmaterial zu umspritzen.

Mit Hilfe des Entkopplungselement kann die Membran weitestgehend schwingungstechnisch von dem Gehäuse des Ultraschallsensors entkoppelt werden. Dennoch besteht Bedarf, das Schwingungsverhalten des eingangs genannten Ultraschallsensors weiter zu verbessern.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor mit einem optimalen Schwingungsverhalten bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mindestens eine Materialaussparung in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts gesehen mindestens 10% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts einnimmt. Dies bedeutet, dass eine einzelne Materialaussparung oder alle Materialaussparungen zusammengenommen mindestens 10% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts ausmachen können.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt angeordnete Materialaussparungen genutzt werden können, um den Schwingungs-Übertragungsweg von der Membran über das Entkopplungsmaterial hin zu dem Gehäuseabschnitt zu unterbrechen. Dies ist mit den eingangs beschriebenen Wasserdurchtrittsöffnungen beziehungsweise Anspritzöffnungen nicht möglich, da diese zu klein sind, um einen nachweisbaren schwingungstechnischen Effekt zu bewirken. Durch die erfindungsgemäßen Materialaussparungen können Schwingungen in einer zur Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors radialen Richtung unterbrochen werden. Dies hat zur Folge, dass Fehlmessungen verhindert oder zumindest reduziert werden können. (Fehlmessungen haben zur Folge, dass in der Umgebung des Ultraschallsensors Hindernisse angezeigt werden, die nicht existieren, also Scheinhindernisse sind.)

Die erfindungsgemäßen Materialaussparungen haben weiterhin zur Folge, dass die Materialstärke des Entkopplungselements bis auf ein minimales Maß reduziert werden kann. Hierdurch wiederum ist es möglich, besonders kleine Ultraschallsensoren herstellen zu können.

Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Materialaussparung einerseits eine Materialausnehmung verstanden, die den ringförmigen Gehäuseabschnitt in radialer Richtung nicht vollständig durchsetzt. Unter einer Materialaussparung wird aber andererseits auch eine in dem Gehäuseabschnitt vorhandene Lücke oder Öffnung verstanden, die den Gehäuseabschnitt in radialer Richtung vollständig durchsetzt. Diese Materialaussparungen eignen sich besonders gut zur schwingungstechnischen Entkopplung von Membran und Gehäuse.

Sowohl für die den Gehäuseabschnitt nicht vollständig durchdringenden Ausnehmungen als auch für die den Gehäuseabschnitt vollständig durchsetzenden Materialaussparungen ist es vorteilhaft, wenn diese umfangsseitig geschlossen sind. Dies trägt dazu bei, dass der ringförmige Gehäuseabschnitt eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität aufweist, dabei jedoch in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts gesehen große Materialaussparungen gebildet werden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Materialaussparung mit einem komplementär geformten Abschnitt des Entkopplungselements ausgefüllt ist. Auf diese Weise kann das Entkopplungsmaterial mechanisch stabil in dem Gehäuseabschnitt verankert werden. Außerdem kann der komplementär geformte Abschnitt des Entkopplungselements bündig mit einer Außenfläche des Gehäuseabschnitts abschließen, so dass eine durchgängige, bspw. im Wesentlichen zylindrische Umfangsfläche gebildet werden kann. Eine solche Umfangsfläche ist verschmutzungsunempfindlich. Zudem lässt sich eine solche Umfangsfläche ohne Vorzugsrichtung ergreifen, was für automatisierte Handhabungsprozesse in der Fertigung vorteilhaft ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung fluchtet die Materialaussparung mit einem in radialer Richtung verstärkten Randabschnitt der Membran. Auf diese Weise kann die Schwingungsentkopplung genau in den Bereichen erfolgen, in denen eine Übertragung einer Schwingungsbewegung der Membran auf das Gehäuse besonders kritisch ist und zu den oben beschriebenen Fehlmessungen führt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass mehrere Materialaussparungen über den Umfang des ringförmigen Gehäuseabschnitts verteilt sind. Auf diese Weise lassen sich Schwingungen in einer zur Hauptabstrahlrichtung des Ultraschallsensors im Wesentlichen senkrechten Ebene unterbinden. Dies gilt insbesondere, wenn die Materialaussparungen gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Gehäuseabschnitts verteilt sind.

Es hat sich herausgestellt, dass die Entkopplungswirkung weiter verbessert werden kann, wenn die mindestens eine Materialaussparung in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts gesehen mindestens 30% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts einnimmt. Dies bedeutet, dass eine einzelne Materialaussparung oder alle Materialaussparungen zusammengenommen mindestens 30% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts ausmachen können. Eine weitere Verbesserung der Entkopplungswirkung wird bei einem Anteil von mindestens 50%, weiter vorzugsweise von mindestens 70% erreicht.

Um einen guten Kompromiss aus Entkopplungswirkung und möglichst kompakten Abmessungen des Ultraschallsensors zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Materialaussparung in zu dem Gehäuseabschnitt axialer Richtung ein kleineres Maß aufweist als das in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts gebildete Maß. Auf diese Weise kann der Gehäuseabschnitt vergleichsweise flach bauen und dennoch eine gute Entkopplung zwischen der Membran und dem Gehäuse des Ultraschallsensors erreicht werden.

Die Materialaussparungen können insbesondere rechteckförmig sein. Solche Aussparungen lassen sich im Kunststoffspritzgussverfahren beispielsweise mit Hilfe von Schieber-Werkzeugen darstellen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zueinander benachbarte Materialaussparungen in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts gesehen von stegförmigen Materialabschnitten begrenzt sind. Dies bedeutet, dass die zueinander benachbarten Materialaussparungen den Großteil der Umfangsfläche des Gehäuseabschnitts einnehmen und lediglich von den genannten stegförmigen Materialabschnitten unterbrochen sind. Auf diese Weise lässt sich die Entkopplungswirkung maximieren.

Eine optimale Entkopplungswirkung wird erreicht, wenn die mindestens eine Materialaussparung in axialer Richtung durch einen Randabschnitt begrenzt ist, dessen Höhe in der zu dem Gehäuseabschnitt axialen Richtung zumindest annähernd dessen Materialstärke in radialer Richtung entspricht. Mit anderen Worten: Der Randabschnitt weist ein Profil auf, das so ausgebildet ist, dass es in zueinander senkrechten Richtungen in etwa gleiche Materialstärken hat.

Ein Optimum bezüglich guter Entkopplungswirkung und hoher mechanischer Stabilität des ringförmigen Gehäuseabschnitts kann erreicht werden, wenn die stegförmigen Materialabschnitte in radialer Richtung eine höhere Materialstärke aufweisen als der Randabschnitt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung gezeigten sowie in den Ansprüchen sowie in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors; und

2 eine geschnittene Seitenansicht des Ultraschallsensors gemäß 1.

In 1 ist ein Ultraschallsensor insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieses weist ein in etwa topfförmiges Gehäuse 4 auf (vgl. auch 2). An dem Gehäuse 4 ist eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Membran 6 gelagert, die einen scheibenförmigen Membranboden 8 aufweist. Die Membran 6 ist radial außen von einem ringförmigen Entkopplungselement 10 umgeben, das die Membran 6 schwingungstechnisch von dem Gehäuse 4 entkoppelt. Das Entkopplungselement 10 ist gehäuseseitig an einem ringförmigen Gehäuseabschnitt 12 gelagert, das einen dem Gehäuse 4 zugewandten Teil des Entkopplungselement 10 radial außen umgibt.

In dem ringförmigen Gehäuseabschnitt 12 sind eine Vielzahl von in etwa rechteckförmigen Materialaussparungen 14, 16, 18 und 20 sowie weitere, in der gewählten Perspektive nicht sichtbare Materialaussparungen über den Umfang des Gehäuseabschnitts 12 verteilt.

Die Materialaussparungen 14 bis 20 erstrecken sich einerseits in einer in 2 markierten axialen Richtung 22 sowie in Umfangsrichtung entlang des Gehäuseabschnitts 12. In einer zur axialen Richtung senkrechten radialen Richtung 24 sind die Materialaussparungen 14 bis 20 so gestaltet, dass sie den Gehäuseabschnitt 12 vollständig durchsetzen. Die Materialaussparungen 14 bis 20 sind mit komplementär geformten Abschnitten 26 des Entkopplungselements 10 ausgefüllt.

Die Materialaussparungen 14 bis 20 fluchten in radialer Richtung 24 mit einem Randabschnitt 28 der Membran 6, wobei dieser Randabschnitt die Membran 6 in radialer Richtung verstärkt.

Zueinander benachbarte Materialaussparungen, beispielsweise die Materialaussparungen 16 und 18, sind über einen in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt 12 ausgebildeten stegförmigen Materialabschnitt 30 voneinander getrennt. In zu der axialen Richtung 22 paralleler Richtung sind die Materialaussparungen 14 bis 20 durch einen Randabschnitt 32 begrenzt, dessen Höhe 34 in axialer Richtung 22 einer Materialstärke 36 in radialer Richtung 24 entspricht.

Aus 1 ist ersichtlich, dass die stegförmigen Materialabschnitte 30 in radialer Richtung eine höhere Materialstärke 38 aufweisen als die Materialstärke 36 des Randabschnitts 32.

Die Materialaussparungen 14 bis 20 bewirken, dass die Membran 6 einerseits und der Gehäuseabschnitt 12 und somit das Gehäuse 4 andererseits schwingungstechnisch voneinander entkoppelt werden können.


Anspruch[de]
Ultraschallsensor (2), insbesondere Kraftfahrzeug-Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse (4), mit einer in oder an einem ringförmigen Abschnitt (12) des Gehäuses (4) gelagerten Membran (6), und mit einem Entkopplungselement (10), das sich zumindest abschnittsweise zwischen der Membran (6) und dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (12) erstreckt, wobei in dem ringförmigen Gehäuseabschnitt (12) mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen mindestens 10% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts (12) einnimmt. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) den Gehäuseabschnitt (12) in radialer Richtung (24) vollständig durchsetzt. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) umfangsseitig geschlossen ist. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) mit einem komplementär geformten Abschnitt (26) des Entkopplungselements (10) ausgefüllt ist. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) mit einem in radialer Richtung (24) verstärkten Randabschnitt (28) der Membran (6) fluchtet. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialaussparungen (14 bis 20) über den Umfang des ringförmigen Gehäuseabschnitts (12) verteilt sind. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparungen (14 bis 20) gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Gehäuseabschnitts (12) verteilt sind. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen mindestens 30% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts (12) einnimmt. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen mindestens 50% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts (12) einnimmt. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen mindestens 70% des gesamten Umfangs des Gehäuseabschnitts (12) einnimmt. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) in zu dem Gehäuseabschnitt (12) axialer Richtung (22) ein kleineres Maß aufweist als das in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gebildete Maß. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialaussparung (14 bis 20) rechteckförmig ist. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zueinander benachbarte Materialaussparungen (16, 18) in Umfangsrichtung des Gehäuseabschnitts (12) gesehen von stegförmigen Materialabschnitten (30) begrenzt sind. Ultraschallsensor (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Materialaussparung (14 bis 20) in axialer Richtung (22) durch einen Randabschnitt (32) begrenzt ist, dessen Höhe (34) in der zu dem Gehäuseabschnitt (12) axialen Richtung (22) zumindest annähernd dessen Materialstärke (36) in radialer Richtung (24) entspricht. Ultraschallsensor (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stegförmigen Materialabschnitte (30) in radialer Richtung (24) eine höhere Materialstärke (38) aufweisen als der Randabschnitt (32).






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