DE102005002626A1

DE102005002626A1 - Sensor für ein Nahbereichserkennungs- beziehungsweise Einparkhilfesystem eines Fahrzeugs und Kontaktdraht hierfür

Info

Publication number: DE102005002626A1
Application number: DE200510002626
Authority: DE
Inventors: Stefan Triebl; Reinhold Mayr; Gerhard Wittmeier; Wolfgang Katzenberger
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-20
Also published as: WO2006074806A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor für ein Nahbereichserkennungs- bzw. Einparkhilfesystem eines Fahrzeugs, insbesondere Ultraschallsensor, mit einer schwingfähigen Membrane, mit einer an der Membrane angeordneten Piezo-Scheibe, mit einer Sensorelektronik und mit einem Kontaktdraht zur elektrischen Verbindung der Piezo-Scheibe mit der Sensorelektronik, wobei der Kontaktdraht eine Seele und einen aus einem zur Seele unterschiedlichen Material bestehenden Mantel aufweist, wobei die Seele aus einem härteren Material als der Mantel ist und einen höheren elektrischen Widerstand als der Mantel aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor für ein Nahbereichserkennungs- beziehungsweise Einparkhilfesystem für ein Fahrzeug, insbesondere einen Ultraschallsensor, mit einem Gehäuse, mit einer im oder am Gehäuse angeordneten schwenkfähigen Membrane, mit einer an der Membrane angeordneten Piezo-Scheibe, mit einer Sensorelektronik und mit einem Kontaktdraht zur elektrischen Verbindung der Piezo- Scheibe mit der Sensorelektronik. Die Erfindung betrifft außerdem einen Kontaktdraht für einen derartigen Sensor.

Derartige Sensoren sind in vielfältiger Art und Weise bekannt. Mit den Sensoren werden Signale, insbesondere Ultraschallsignale, ausgesendet, die an Objekten im Nahbereich des Fahrzeugs reflektiert werden und von den Sensoren wieder empfangen werden. Aufgrund den unterschiedlichen Laufzeiten und den unterschiedlichen Signalstärken der gesendeten und empfangenen Signale lassen sich Rückschlüsse auf Gegenstände im Nahbereich des Fahrzeugs ziehen.

Derartige Sensoren sind beispielsweise bekannt aus der DE 101 56 259 A1 , der DE 102 21 303 A1 oder der DE 102 01 990 A1 .

Die Sensoren müssen dabei extremen Anforderungen genügen. Sie sollten die Lebensdauer des Fahrzeugs über funktionssicher arbeiten. Insbesondere müssen sie hohen Temperaturschwankungen und aus dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs resultierenden Vibrationen widerstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er eine erhöhte Lebensdauer und eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.

Dies wird durch einen Sensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Kontaktdraht eine Seele mit einem aus einem zur Seele unterschiedlichen Material bestehenden Mantel aufweist, wobei die Seele aus einem härteren Material als der Mantel ist und einen höheren elektrischen Widerstand als der Mantel aufweist.

Bei den bekannten Sensoren hat sich herausgestellt, dass der Kontaktdraht eine Schwachstelle darstellt. Insbesondere bei hohen Temperaturunterschieden und zusätzlichen Vibrationen unterliegen bekannte Kontaktdrähte, die in der Regel von Kupferdrähten gebildet werden, Ausfällen. Durch das Vorsehen eines erfindungsgemäßen Kontaktdrahtes mit einer harten Seele und einem einen geringen elektrischen Widerstand aufweisenden Mantel kann zum einen eine sehr hohe mechanische Festigkeit (aufgrund der Seele) und zum anderen eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit (aufgrund des Mantels) erzielt werden. Insofern wird der erfindungsgemäße Kontaktdraht den an den Sensor gestellten Anforderungen besser gerecht als ein Kontaktdraht, der aus einem einheitlichen Material besteht.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Seele aus einem Stahlmaterial, insbesondere einem Stahldraht, und der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist. Durch das Vorsehen derartiger Materialien hat sich eine besonders hohe Lebensdauer bei durchgeführten Thermoschocktests ergeben. Aufgrund des Kupfermaterials des Mantels lässt sich der erfindungsgemäße Kontaktdraht nach wie vor gut löten; beispielsweise kann er mit der Piezo-Scheibe und/oder der Sensorelektronik verlötet werden.

Insbesondere vorteilhaft ist, wenn der Mantel einen Materialanteil von 85% bis 100% Kupfer aufweist. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Leitfähigkeit. Anstelle von Kupfer können auch andere, eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisende Materialien, wie beispielsweise Silber, Gold oder Legierungen hiervon, Verwendung finden.

Versuche haben ferner gezeigt, dass sich ein besonders vorteilhafter Sensor, beziehungsweise ein besonders vorteilhafter Kontaktdraht, dann ergibt, wenn die Seele des Kontaktdrahts einen Querschnittsflächenanteil von cirka 60% bis 80%, und insbesondere von etwa 70%, einnimmt. Der Querschnittsflächenanteil des Mantels beträgt dann 40% bis 60%, beziehungsweise etwa 30%.

Der Durchmesser des Kontaktdrahtes kann dabei insgesamt 0,05 mm bis 0,3 mm betragen; vorteilhafterweise weist der Durchmesser etwa 0,1 mm auf.

Um eine dauerhafte und funktionssichere Anbindung des Kontaktdrahts an der Piezo-Scheibe zu ermöglichen, kann der Kontaktdraht mit der Piezo-Scheibe verlötet sein. Die Piezo-Scheibe kann dabei auf dem Boden einer topfförmig ausgebildeten Membrane angeordnet sein.

Das der Membrane abgewandte Ende des Kontaktdrahtes kann einen Pin zur Kontaktierung der Sensorelektronik aufweisen.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung nicht nur einen Sensor, sondern auch einen Kontaktdraht für einen erfindungsgemäßen Sensor und/oder einen Kontaktdraht, der in einem erfindungsgemäßen Sensor verbaut ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung lassen sich der nachfolgenden Beschreibung entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
1 einen Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor;
2 den Kontaktdraht und die Piezoscheibe des Sensors gemäß 1; und
3 einen Querschnitt durch den Kontaktdraht gemäß 1 und 2.
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor 10 dargestellt, der insbesondere für ein Nahbereichserkennungsbeziehungsweise Einparkhilfesystem eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Der Sensor umfasst ein Gehäuse 12 sowie eine am Gehäuse angeordnete, topfförmige Membrane 14. Die Membrane 14 umfasst dabei einen schwingungsfähigen Boden 16. Auf der dem Sensorinnern zugewandten Seite des Bodens 16 ist eine Piezo-Keramik-Scheibe 18 am Boden angeordnet. Die Piezo-Scheibe 18 ist über einen Kontaktdraht 20 mit einer Sensorelektronik 22 elektrisch verbunden. Die in der Sensorelektronik 22 erzeugten elektrischen Signale werden über den Kontaktdraht 20 an die Piezoscheibe 18 geleitet, die die Membrane 14 zum Schwingen anregt. Ausgesendete Ultraschallsignale können dabei an im Nahbereich des Sensors vorhandenen Gegenständen reflektiert werden. Reflektierte Signale werden ebenfalls von der Membrane 14 erfasst, die die Piezo-Scheibe 18 zum Schwingen anregt. Dadurch entstehen elektrische Signale, die über den Kontaktdraht 20 der Sensorelektronik 22 zugeleitet werden. Aus den ausgesendeten und empfangenen Signalen lässt sich rückschließen, ob ein Gegenstand im Nahbereich des Sensors vorhanden ist.
Die Sensoren, die insbesondere in Stoßfängern von Fahrzeugen verbaut sein können, müssen hohen Anforderungen genügen. Insbesondere müssen sie hohen Temperaturunterschieden sowie starken Vibrationen beim Fahrbetrieb des Fahrzeugs dauerhaft standhalten.
Dazu ist ein Kontaktdraht 20 vorgesehen, dessen der Piezo-Scheibe 18 zugewandtes Ende 24 mit der Piezo-Scheibe 18 verlötet sein kann. Das der Sensorelektronik zugewandte Ende des Kontaktdrahts 20 kann einen Pin 26 vorsehen, der die Sensorelektronik 22 elektrisch kontaktiert.
Anstelle des Vorsehens eines Pins 26 kann das der Sensorelektronik 22 zugewandte Ende des Kontaktdrahts 20 auch direkt mit der Sensorelektronik 22 verbunden sein.
Der Pin 26 kann dabei beispielsweise mit dem Kontaktdraht 20 dauerhaft verlötet oder verschweißt sein. Über den Pin 26 findet die Kontaktierung des Kontaktdrahts 20 mit der Sensorelektronik 22 statt. Dazu kann der Pin beispielsweise mit einer sensorelektronikseitigen Leiterplatte versteckt oder verpresst sein. Der Pin 26 ist dabei vorteilhafterweise aus einem vergleichsweise harten Material. Der Draht 20 ist insgesamt demgegenüber biegeweich, beziehungsweise flexibel.
Wie aus dem Querschnitt durch den Kontaktdraht 20, der in 3 gezeigt ist, deutlich wird, sieht der einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisende Kontaktdraht 20 eine Seele 28 sowie einen Mantel 30 vor. Die Seele 28 ist dabei aus einem vergleichsweise harten und dauerfesten Material, wobei der Mantel 30 aus einem gut elektrisch leitenden Material ist. Insbesondre kann die Seele von einem Stahldraht gebildet sein. Der Mantel ist vorteilhafterweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Andere, geeignete Materialien sind erfindungsgemäß ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann der Mantel auch aus einer Silber- oder Goldlegierung sein. Die Seele kann aus einem metallischen Material sein, das ähnliche Eigenschaften wie Stahl aufweist.
Vorteilhafterweise beträgt die Querschnittsfläche der Seele cirka 70% der Gesamtquerschnittsfläche. Entsprechend beträgt vorteilhafterweise die Querschnittsfläche des Mantels cirka 30% der Gesamtquerschnittsfläche.
Es hat sich gezeigt, dass der Kontaktdraht vorteilhafterweise einen Durchmesser von cirka 0,1 mm aufweist.
Der erfindungsgemäße Kontaktdraht hat den Vorteil, dass er gute Dauerbelastungseigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen, auch bei Thermoschocks (–40° bis +80°C), aufweist.

Claims

Sensor (10) für ein Nahbereichserkennungs- bzw. Einparkhilfesystem eines Fahrzeugs, insbesondere Ultraschallsensor, mit einer schwingfähigen Membrane (14), mit einer an der Membrane (14) angeordneten Piezo-Scheibe (18), mit einer Sensorelektronik (22) und mit einem Kontaktdraht (20) zur elektrischen Verbindung der Piezo-Scheibe (18) mit der Sensorelektronik (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktdraht (20) eine Seele (28) und einen aus einem zur Seele (28) unterschiedlichen Material bestehenden Mantel (30) aufweist, wobei die Seele (28) aus einem härteren Material als der Mantel (30) ist und einen höheren elektrischen Widerstand als der Mantel (30) aufweist.
Sensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (28) aus einem Stahlmaterial, insbesondere einem Stahldraht, und/oder der Mantel (30) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist.
Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (30) einen Materialanteil von 85% bis 100% Kupfer aufweist.
Sensor (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (28) einen Querschnittsflächenanteil von 60% bis 80% und insbesondere 70% hat und/oder dass der Mantel einen Querschnittsflächenanteil von 40% bis 20% und insbesondere 30% hat.
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Kontaktdrahtes (20) zwischen 0,05 mm und 0,3 mm und insbesondere etwa 0,1 mm beträgt.
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Piezo-Scheibe (18) zugewandte Ende (24) des Kontaktdrahts (20) mit der Piezo-Scheibe (18) verlötet ist.
Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Piezo-Scheibe (18) abgewandte Ende des Kontaktdrahts (20) einen Pin (26) zur Kontaktierung der Sensorelektronik (22) aufweist.
Kontaktdraht (20) für einen Sensor (10) und/oder verbaut in einem Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kontaktdraht (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktdraht (20) eine Seele (28) und einen aus einem zur Seele (28) unterschiedlichen Material bestehenden Mantel (30) aufweist, wobei die Seele (28) aus einem härteren Material als der Mantel (30) ist und einen höheren elektrischen Widerstand als der Mantel (30) aufweist.
Kontaktdraht (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (28) aus einem Stahlmaterial, insbesondere einem Stahldraht, und der Mantel (30) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist.
Sensor (10) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (28) einen Querschnittsflächenanteil von 60% bis 80% und insbesondere 70% hat und/oder dass der Mantel einen Querschnittsflächenanteil von 40% bis 20% und insbesondere 30% hat.