CN101473369A - 超声波传感器，尤其是汽车超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声波传感器(2)，尤其是汽车超声波传感器，其包括一个外壳(4)、一个装在外壳(4)部段(12)之内或之上的隔膜(6)以及一个去耦元件(10)，该去耦元件至少部分在隔膜(6)与外壳段(12)之间延伸，其中，去耦元件(10)和外壳段(12)有互锁装置(14)，去耦元件(10)和外壳段(12)借助该互锁装置(14)互相连接。

Description

超声波传感器，尤其是汽车超声波传感器
本发明涉及一种超声波传感器，尤其是汽车超声波传感器，其包括一个外壳，一个装在外壳部段之内或之上的隔膜以及一个去耦元件，该去耦元件至少部分在隔膜与外壳段之间延伸。
这种超声波传感器的隔膜或薄膜通常有一个隔膜底部，它可以借助压电元件置于振动之中，从而可以在超声波传感器周围发射超声波信号。从障碍物反射的超声波信号可以由超声波传感器重新接收并处理。
为了达到隔膜或隔膜底部确定的振动，隔膜不直接与超声波传感器的外壳连接，而是被一种去耦材料包围，该去耦材料沿径向向外与超声波传感器外壳的一个环形外壳段邻接。
由之前的应用已知一种超声波传感器，它的环形外壳段有一些注射孔，它们用于将一个装入环形外壳段内的隔膜用一种去耦材料压力注塑包封。若后续的工序，例如将压电元件固定在隔膜底部，不能无缺陷地实施时，则后果是必须将已制好或几乎制造完工的超声波传感器作为废品清除。
由此出发，本发明的目的是，提供一种造价尽可能低廉的超声波传感器。
按本发明为达到此目的采取的措施是，所述去耦元件和外壳段有互锁装置，去耦元件和外壳段借助它们互相连接。
按本发明的超声波传感器可以非常灵活并因而便宜地制造。所述去耦元件可以单独制备并因而在装配过程中可以简单地连接。若在后续的工序中，例如在将压电元件粘合在隔膜中时出现失误，则已经形成的组件可以重新拆解，尤其是去耦元件和外壳可以再利用。此外，去耦元件的单独制备提供可能性，即在超声波传感器装配前就已经上色，例如涂漆。
单独制备去耦元件的另一个优点在于，它遭受较少的结构技术方面的束缚，因为去耦元件不是通过对邻接的构件压力注塑包封形成的，而是可以在单独的压铸工序中制造。
为了在隔膜与外壳之间有效去耦，有利的是将外壳段和去耦元件设计为环形。因此隔膜就能在一个垂直于超声波传感器发射方向的平面内在振动技术上与外壳去耦。
本发明的一种有利的实施形式规定，互锁装置具有一对卡锁元件，亦即锁体和锁槽，其中一个卡锁元件设在去耦元件上，另一个卡锁元件则设在外壳段上。当然，也可以将上述可选方案互相组合，因而在去耦元件上和在外壳段上分别设锁体和锁槽，它们与其所属的锁槽和锁体配合作用。在本发明的框架内，互锁装置指这样一种装置，即，将去耦元件从外壳段拆卸要克服一个至少较小的阻力，从而使去耦元件能可靠地固定在外壳段内。
为了将去耦元件尽可能可靠地固定在外壳段内，建议沿外壳段和去耦元件的圆周设多个互锁装置，它们尤其沿外壳段和去耦元件的圆周均匀分布。
按本发明的一种特别优选的实施形式规定，去耦元件可沿一个装配方向装入外壳段内，该装配方向与超声波传感器的发射方向相反。这样做的优点是，可以使超声波传感器的外壳构造得比较细长，因为去耦元件只须插装在超声波传感器外壳的上述外壳段内。因此不需要将去耦元件从后侧通过外壳导引。以此方式可以在外壳背对所述外壳段的区域内为其他构件，例如印刷电路板或电连接件提供空间。
本发明另一种有利的实施形式规定，去耦元件和/或外壳段有至少一个相对于装配方向缩小的导入段。借助所述导入段，使去耦元件与外壳段的拼接更加容易，因为去耦元件和外壳段在拼接过程中可以借助导入段彼此相对定向。
本发明的一项进一步发展规定，在去耦元件上设计至少一个止挡元件，它与设计在外壳或外壳段上的止挡面配合作用。以此方式，在压力作用到去耦元件上时可以简单地防止将它向里压入超声波传感器的外壳中。
此外有利的是，在去耦元件上设计至少一个侧凹区，隔膜可卡锁地插入其中。因为如前面早已说明的那样，去耦元件可通过单独的压铸过程制造，所以可以利用由此得到的结构技术方面的自由度，使去耦元件采用一些在通过压力注塑包封其他构件制造去耦元件时不可能实现的几何形状。因为去耦元件通常由弹性材料构成，所以无需使用滑阀工具也能制造侧凹区。隔膜可以卡锁地插入以此方式制成的侧凹区内，从而将它可靠地固定在去耦元件内部。
为了使去耦元件结构特别紧凑，所述侧凹区至少部分以止挡元件为界。止挡元件同时构成一个用于在去耦元件内部固定隔膜的材料段。
本发明的一项特别有利的进一步发展规定，去耦元件在其面朝隔膜的那一侧有至少一个材料凹隙。这种材料凹隙可例如设计为袋状，并在装配隔膜时在去耦元件内部创造一个空腔，它防止从隔膜经由去耦元件向外壳的外壳段传递振动，并阻止沿反方向朝隔膜回传振动。
若材料凹隙沿径向与隔膜的边缘段对齐，所述边缘段沿径向加厚隔膜，则在这种情况下可以达到特别有利的去耦效果。在此区域内，振动技术方面的去耦显著改善了超声波传感器的测量特性。
此外建议，去耦元件有伸入超声波传感器外壳内的咬边元件，它们被一种充填外壳内腔的浇注材料包围。因此，可以按已知的方式用浇注材料充填一个几乎已完全装配好的超声波传感器，由此去耦元件在加入浇注材料后相对于外壳防丢失地被固定。
液化硅酮橡胶(LSR)被证明特别适合用作去耦元件的材料。这种材料具有超出一个大温度范围的极其恒定的机械性能，并因而也有极其恒定的振动特性。
此外，本发明还涉及一种装配超声波传感器的方法，它的特征在于下列步骤：首先通过将一个压电元件固定在隔膜的隔膜底部上，构成第一组件。此第一组件尤其卡锁地插入去耦元件中，从而构成第二组件。为了构成第三组件，再将第二组件卡锁地插入超声波传感器外壳的外壳段中。以此方式可以使相对关键的装配过程，例如将压电元件固定在隔膜底部，限于较小的组件。通过超声波传感器各构件的互锁装配，还可以使超声波传感器的生产特别易于自动化。
去耦元件在这里按特别有利的方式沿一装配方向插入外壳段中，这一装配方向与超声波传感器的发射方向相反。因此，去耦元件不必穿过超声波传感器的整个外壳，而是可以经过一个短的和更有利的拼接距离与所述外壳段连接。
下面参见附图对特别优选的实施例的详细说明，以此给出本发明的其他优点、特征和详情。在这里，附图中示出的并在权利要求书及说明书中提及的各个特征分别本身单独对于本发明很重要，同时它们的任意组合也属于本发明的主要内容。附图中：
图1表示按本发明带有去耦元件的超声波传感器的侧视图；
图2表示按图1的超声波传感器的剖切侧视图；
图3表示按图1和2的超声波传感器去耦元件的透视图；
图4表示另一种去耦元件的透视图；以及
图5表示按本发明的超声波传感器另一种实施形式的剖切侧视图。
图1中超声波传感器总体用附图标记2表示。它有一个大体罐状的外壳4(也可参见图2)。在外壳4上安装有一个设计为基本上圆柱缸形的隔膜6，它有一个盘状隔膜底部8。隔膜6沿径向在外面被一个环形的去耦元件10包围，它在振动技术方面使隔膜6与外壳4去耦。去耦元件10在外壳侧装在一个环形的外壳段12上，外壳段12沿径向在外面围绕去耦元件10面朝外壳4的部分。
去耦元件10和外壳段12借助互锁装置14互相连接，互锁装置14沿外壳段12或图1和2中表示的去耦元件10下部的圆周分布。互锁装置14包括锁体16和锁槽18，按图示的实施例，锁体16设在去耦元件10上，而锁槽18由外壳段12内的孔构成。
参见图2，隔膜6在隔膜底部8的下侧有一个压电元件20，后者可以置隔膜底部8于振动之中，所以隔膜底部可以产生沿用22表示的发射方向的超声波信号。沿一个与该发射方向相反的装配方向24可以在去耦元件10中插入一个由隔膜6和压电元件20构成的组件。去耦元件10由液化硅酮橡胶(LSR，Liquid Silicone Rubber)构成。因此去耦元件10是弹性的，从而在按装配方向24将隔膜6插入去耦元件10中时会产生变形，并在结束装配过程后可以可靠地固定隔膜6。
以如此方式构成的由隔膜6和去耦元件10组成的组件，可以沿装配方向24再与超声波传感器2的外壳4拼接。此时，去耦元件10的锁体16卡锁在外壳段12的锁槽18中。
去耦元件10在其面朝外壳4的那一侧有沿去耦元件10圆周分布的止挡元件26。这些止挡元件26与设计在外壳4内的止挡面28配合作用，从而使去耦元件10在外壳4或外壳段12内部的装配位置不仅通过互锁装置14，而且也通过止挡元件26与止挡面28之间的接触确定。
所述止挡元件26与去耦元件10的一与止挡元件连接的环形壁段30共同构成一些侧凹区32，在这些侧凹区32内容纳有沿径向加厚隔膜6的边缘段34。以此方式使隔膜6可靠地固定在去耦元件10内部。
此外，去耦元件10还有面朝外壳4的咬边元件36，它们可设计为例如接片或耳环。当外壳4的内腔37为了超声波传感器2及其电气构件的防水和防污而用浇注材料充填时，浇注材料便包围这些咬边元件36，从而将去耦元件10可靠地相对固定在外壳4上。
在图3中也示出了所述去耦元件10，其中将视角方向选择为，使止挡元件26处于图3的上部。去耦元件10在与止挡元件26邻接处有一个朝止挡元件26的方向收缩的导入段38，它使去耦元件10更容易导入外壳4的外壳段12内。
此外，去耦元件10还有一些沿去耦元件10圆周分布的袋状材料凹隙40。这些材料凹隙用于使去耦元件10在振动技术方面与隔膜6去耦，从而使振动不能从隔膜6经由去耦元件10传入外壳段12并因而传递到外壳4上。
图4中表示的另一个去耦元件10′有袋状材料凹隙40′，它们按图4向前方以及在装入超声波传感器2′(见图5)时在与隔膜底部8相邻处以一环段42为界。各材料凹隙40′沿周向以材料接片43为界。此外，材料凹隙40′还以一个与边段42对置的边段44为界。
材料凹隙40′的位置也可以由图5所示的剖视图中看出，此时去耦元件10′已装配在超声波传感器2′内。去耦元件10′除材料凹隙40′外还有另一些材料凹隙46和48。材料凹隙46相对于隔膜6向径向从外部缩进。材料凹隙48使隔膜6与外壳4沿轴向去耦。

Claims (17)

1.一种超声波传感器(2)，尤其是汽车超声波传感器，其包括一个外壳(4)、一个装在外壳(4)的一个部段(12)之内或之上的隔膜(6)以及一个去耦元件(10)，该去耦元件至少部分在隔膜(6)与外壳段(12)之间延伸，其特征为：所述去耦元件(10)和外壳段(12)有互锁装置(14)，所述去耦元件(10)和外壳段(12)借助互锁装置(14)互相连接。
2.按照权利要求1所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述外壳段(12)和去耦元件(10)设计为环形。
3.按照权利要求1或2所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述互锁装置(14)包括一对卡锁元件，亦即锁体(16)和锁槽(18)，其中一个卡锁元件设在去耦元件(10)上以及另一个卡锁元件设在外壳段(12)上。
4.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，沿所述外壳段(12)和去耦元件(10)的圆周设有多个互锁装置(14)。
5.按照权利要求4所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述互锁装置(14)沿外壳段(12)和去耦元件(10)的圆周均匀分布。
6.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述去耦元件(10)可沿一个装配方向(24)装入外壳段(12)内，这一方向与超声波传感器(2)的发射方向(22)相反。
7.按照权利要求6所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述去耦元件(10)和/或所述外壳段(12)有至少一个相对于装配方向(24)缩小的导入段(38)。
8.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，在所述去耦元件(10)上设计有至少一个止挡元件(26)，该止挡元件(26)与设计在外壳(4)或外壳段(12)上的止挡面(28)配合作用。
9.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，在所述去耦元件(10)上设计至少一个侧凹区(32)，隔膜(6)可卡锁地插入其中。
10.按照权利要求9所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述侧凹区(32)至少部分以止挡元件(26)为界。
11.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述去耦元件(10)在其面朝隔膜(6)的那一侧有至少一个材料凹隙(40、40′、46、48)。
12.按照权利要求10所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述材料凹隙(40、40′、46、48)沿径向与隔膜(6)的边缘段(34)对齐，所述边缘段沿径向加厚所述隔膜(6)。
13.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述去耦元件(10)有伸入超声波传感器(2)外壳(4)内的咬边元件(36)，该咬边元件(36)被一种充填外壳(4)内腔(37)的浇注材料包围。
14.按照前列诸权利要求中至少一项所述的超声波传感器(2)，其特征为，所述去耦元件(10)由液化硅酮橡胶(LSR)构成。
15.一种装配超声波传感器(2)，尤其是装配按照前列诸权利要求中至少一项所述超声波传感器(2)的方法，其特征在于下列步骤：通过将一个压电元件(20)固定在一个隔膜(6)的隔膜底部(8)上，构成第一组件；将这个第一组件插入一个去耦元件(10)中以构成第二组件；将这个第二组件卡锁地插入超声波传感器(2)外壳(4)的外壳段(12)中以构成第三组件。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征为，所述第一组件卡锁地插入所述去耦元件(10)中。
17.按照权利要求15或16所述的方法，其特征为，所述去耦元件(10)沿一个装配方向(24)插入外壳段(12)中，这一装配方向与超声波传感器(2)的发射方向(22)相反。
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