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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der
Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts eines Sensors, insbesondere
eines Ultraschallsensors, ein entsprechendes Gehäuse, und eine entsprechende
Vorrichtung.
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Derartige
Ultraschallsensoren werden zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen als
Einparkhilfe eingesetzt und weisen jeweils ein Gehäuse auf,
das als fließgepressten
Aluminiumtopf ausgebildet ist bzw. aus einer Aluminiumlegierung
besteht. Das Gehäuse weist
einen Schwingungsabschnitt bzw. eine Membran auf, welcher für Ultraschallschwingungen
geeignet ist. Das Gehäuse
wird auch als so genannter Membrantopf bezeichnet. Dieser wird bei
Betrieb des Ultraschallsensors auf seiner Resonanzfrequenz bei Aussendung
bzw. Empfang eines Signals angeregt. Die Anregung des Schwingungsabschnitts
zum Schwingen wird durch ein Wandlerelement erzeugt, das zum Beispiel
ein Piezowandlerelement ist, welches auf dem inneren Boden des Membrantopfs
aufgeklebt ist. Der gesamte Membrantopf einschließlich Piezoelement
ist aus Dämpfungsgründen zum
Beispiel mit einem geeigneten Material vergossen. Der Ultraschallsensor
wird an Fahrzeugen beispielsweise in den Stoßfängern so eingebaut, dass die
Außenseite
des Bodens des Gehäuses,
also der Schwingungsabschnitt, freiliegt, wodurch Abstandsmessungen
zu Objekten vor und hinter dem Fahrzeug und auch zum Teil zur Seite
hin ermöglicht
sind.
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Für eine korrekte
Funktion eines solchen Ultraschallsensors ist es entscheidend, dass
das Gehäuse
bzw. der Membrantopf auf seiner Eigenresonanz bzw. seiner Resonanzfrequenz betrieben
wird. Diese liegt in einem definierten Bereich, typischerweise im
Bereich von 48 kHz für
den fertigen Sensor, mit einer bestimmten zulässigen Toleranz von beispielsweise
+2 kHz und –1,5
kHz. Da der Einbauort des Ultraschallsensors an einem Fahrzeug im
Sichtbereich und Außenbereich
liegt, gibt es einerseits kundenseitig Forderungen nach einer optischen
Angleichung an den Einbauort und andererseits Forderungen nach einem
bestimmten Korrosionsschutz. Diesen Anforderungen wird üblicherweise
durch eine entsprechende Beschichtung der Außenseite des Ultraschallsensors
nachgekommen. In Abhängigkeit von
dieser Beschichtung wird jedoch die Resonanzfrequenz des Membrantopfs
so verändert,
dass zum Beispiel eine galvanische Beschichtung von ca. 80 μm die Resonanzfrequenz
des Membrantopfs um ca. 6...7 kHz erhöht, wobei ein zulässiger Toleranzbereich
von zum Beispiel 48 + 2 kHz um 4 bis 5 kHz überschritten wird. Hierbei
ist die Schwingungsfrequenz proportional zur Gesamtschichtdicke
des Schwingungsabschnitts und der aufgebrachten Schicht(en). Solche
Beschichtungen sind beispielsweise aus Kupfer, Halbglanznickel,
Glanznickel und Chrom. Deshalb beeinflusst jede Schichtdickenschwankung
während
der Beschichtung die resultierende Resonanzfrequenz des Membrantopfs.
Beschichtete Membrantöpfe,
die außerhalb
der zulässigen
Toleranz der Resonanzfrequenz liegen, müssen verworfen werden.
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Die
DE 101 39 341 A1 zeigt
ein Beispiel eines Ultraschallsensors, dessen Membrandicke so eingestellt
ist, dass eine Änderung
der Vibrationscharakteristik wirksam beschränkt wird, auch wenn auf der
Sensormembran Wassertropfen haften bleiben. Dieses wird durch ein
bestimmtes Verhältnis
von unterschiedlich dicken Bereichen der Membran erreicht. Ein Hinweis
auf beschichtete Membrantöpfe wird
nicht gegeben.
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Offenbarung
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts
eines Sensors, insbesondere eines Ultraschallsensors, weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass beschichtete Membrantöpfe mit einer Resonanzfrequenz
außerhalb
der zulässigen
Toleranz nachträglich
so bearbeitet werden, dass der bisherige Ausschuss reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese Bearbeitung auch
für unbeschichtete
Membrantöpfe
möglich
ist und somit besonders wirtschaftlich ist.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass die Dicke des Schwingungsabschnitts
des Membrantopfs nach der Beschichtung verändert wird. Hierbei kommen
jedoch nur die Bereiche in Frage, die außerhalb des Befestigungsbereiches
des Wandlerelementes liegen. In diesen Bereichen ist die Auslenkung
des Schwingungsabschnitts jedoch nur gering. Durch eine Modifikation
der Dicke der Membran an diesen Stellen war deshalb mit keiner großen Beeinflussung
der Resonanzfrequenz zu rechnen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass
sich durch eine Ausnehmung des Membrantopfs an diesen Stellen die
Resonanzfrequenz signifikant ändert,
indem sie sich verringert.
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Gemäß der Erfindung
weist ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts
eines Gehäuses
eines Sensors, insbesondere eines Ultraschallsensors, folgende Verfahrensschritte
auf:
- (VS1) Messen der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts
mit einer Messeinrichtung;
- (VS2) Vergleichen der gemessenen Resonanzfrequenz mit einem
vorher festgelegten Schwellwert einer Soll-Resonanzfrequenz; und
- (VS3) Herstellen eines Werkstoffabtrags oder -auftrags an dem
Schwingungsabschnitt anhand des Vergleichens zum Einstellen der
Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts.
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Bei
einer zu hohen gemessen Resonanzfrequenz wird an geeigneter Stelle
an dem Schwingungsabschnitt ein Werkstoffabtrag vorgenommen, wodurch
die Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts erniedrigt wird.
Bei einer zu niedrigen gemessenen Resonanzfrequenz kann diese durch
Auftrag eines geeigneten Werkstoffs erhöht werden. Durch das Messen
und Vergleichen mit einem Sollwert lässt sich eine genaue Einstellung
der Resonanzfrequenz bei Membrantöpfen erreichen, die außerhalb
der zulässigen
Toleranz liegen.
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Insbesondere
ist es von Vorteil, wenn eine Bearbeitung des Schwingungsabschnitts
innerhalb des Gehäuses
vorgenommen wird, da in diesem Fall an der Außenseite des Gehäuses keine
Bearbeitungsmerkmale zu sehen sind, denn die Außenseite des Gehäuses ist
häufig
ein Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie, deren optischer Eindruck
beibehalten werden soll.
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Dieses
ist vorteilhaft ebenfalls möglich,
wenn der Schwingungsabschnitt des Gehäuses des Sensors an der Außenseite
eine Beschichtung aufweist. Dadurch wird ein großer Einsatzbereich geschaffen.
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Es
ist bevorzugt, dass das Messen der Resonanzfrequenz mit einem mit
einem Sender und einem Empfänger
einer an dem Schwingungsabschnitt angebrachten Messeinrichtung erfolgt.
Durch diese Anordnung und Anbringung wird vorteilhaft erreicht, dass
ein Messfehler gering gehalten wird. Weiterhin ist nur ein geringer
Aufwand erforderlich.
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Alternativ
ist vorgesehen, dass das Messen der Resonanzfrequenz mit einem Wandlerelement als
Sender, das auf dem Schwingungsabschnitt vorübergehend aufgebracht oder
auf dem Schwingungsabschnitt befestigt ist, und einem Empfänger einer
an dem Schwingungsabschnitt vorübergehend angebrachten
Messeinrichtung erfolgt. Hierbei ist es vorteilhaft, dass einerseits
ein Wandlerelement an der Stelle angebracht werden kann, an welcher
sich später
beim fertigen Sensor sein eigenes Wandlerelement befindet und sich
dadurch ein Messfehler reduziert, und dass andererseits das eigene
Wandlerelement des Sensors bereits vorhanden ist und als Sender
benutzt wird, wodurch sich ein Messfehler und Bauteileaufwand verringern.
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Dabei
ist vorgesehen, dass das Herstellen des Werkstoffabtrags oder -auftrags
außerhalb
eines Befestigungsbereichs eines Wandlerelementes erfolgt. Hieraus
ergibt sich der besondere Vorteil, dass eine nachträgliche Bearbeitung
auch bei schon befestigtem Wandlerelement erfolgen kann. So wird eine
Resonanzfrequenz gemessen, die der Wirklichkeit mit eingebautem
Wandlerelement exakt entspricht, wodurch sich eine Ausschusszahl
weiter verringert.
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In
einer Ausführung
ist vorgesehen, dass das Herstellen des Werkstoffabtrags oder -auftrags
mit einem Werkzeug erfolgt, welches eine Verstellbewegung parallel
zur Ebene des Schwingungsabschnitts in einer in Abhängigkeit
von dem Vergleich zwischen Ist- und
Soll-Resonanzfrequenz festlegbaren Form ausführt. Damit lässt sich
mit nur einer Zustellung des Werkzeugs eine vorher festlegbare flächenförmige Ausnehmung
bzw. Auftragung erreichen.
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Der
Werkstoffabtrag kann durch Fräsen,
Laserätzen,
und/oder Plasmaätzen
ausgeführt
werden. Ein Werkstoffabtrag durch Fräsen ist vorteilhaft, da dieser
besonders einfach mit einem Fräswerkzeug ohne
großen
Aufwand durchführbar
ist.
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Für eine besonders
hohe Genauigkeit ist das Laserätzen
oder Plasmaätzen
von Vorteil. Diese Verfahren sind bereits aus der Halbleitertechnik
bekannt.
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Bei
Untersuchungen ist festgestellt worden, dass eine nahezu lineare
Abhängigkeit
der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts von dem Zustellweg
des Werkzeugs existiert. Daher ist es besonders vorteilhaft, dass
das jeweilige Werkzeug in Abhängigkeit
von dem Vergleich zwischen Ist- und Soll-Resonanzfrequenz in einer
Richtung zugestellt wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebene
des Schwingungsabschnitts liegt. Eine Ausnehmungstiefe kann dabei
bis zu einem bestimmten Wert erfolgen, ohne dass eine Verbiegung
des Schwingungsabschnitts durch diesen Abtragungsvorgang erfolgt, und
ohne dass dieses von außen
an der Membrane sichtbar ist. Eine solche maximale Tiefe liegt beispielsweise
bei 0,25 mm.
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In
einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dass das Verfahren durch Wiederholen der Verfahrensschritte
(VS1 bis VS3) in mehreren Stufen durchgeführt wird, wodurch sich die
Genauigkeit des Einstellens der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts
erhöht.
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Ein
Gehäuse,
insbesondere Membrantopf, für
einen Ultraschallsensor weist eine mittels des oben beschriebenen
Verfahrens eingestellte Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts
auf.
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Das
oben beschriebene Verfahren lässt
sich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
automatisch durchführen,
wobei es sich vorteilhaft in eine Fertigungslinie von Sensoren integrieren,
aber auch separat davon ausführen
lässt.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Einstellung der Resonanzfrequenz eines Schwingungsabschnitts
eines Sensors, insbesondere eines Ultraschallsensors, weist Folgendes
auf:
- – eine
Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung des Schwingungsabschnitts;
- – eine
Messeinrichtung zur Messung der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts;
und
- – eine
Regelungseinrichtung zur Regelung der Bearbeitungseinrichtung zur
Einstellung der Resonanzfrequenz des Schwingungsabschnitts.
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Durch
die Regelungseinrichtung ist eine vorteilhaft automatische Durchführung des
Verfahrens mit einer hohen Genauigkeit möglich.
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Dabei
ist vorgesehen, dass die Bearbeitungseinrichtung eine Einrichtung
zur Abtragung von Werkstoff von dem Schwingungsabschnitt und/oder eine
Einrichtung zur Auftragung eines Zusatzwerkstoffs auf den Schwingungsabschnitt
aufweist. Dieses ist es vorteilhaft, da so eine direkte Zustellung
der entsprechenden Werkzeuge ausführbar ist.
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Ein
auf dem Schwingungsabschnitt befestigtes Wandlerelement ist ein
Bestandteil der Messeinrichtung und reduziert somit den Geräteaufwand.
Die Anbringung reduziert vorteilhaft Messfehler. Dabei ist es besonders
vorteilhaft, wenn das Wandlerelement das eigentliche Wandlerelement
des Sensors ist.
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Es
ist bevorzugt, dass die Regelungseinrichtung Folgendes aufweist:
- – eine
Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Werten;
- – eine
Vergleichseinrichtung zum Vergleich von gemessenen Werten der Resonanzfrequenz
mit Werten einer Soll-Resonanzfrequenz;
- – eine
Speichereinrichtung für
Sollwerte und vorgebbare Tabellenwerte; und
- – eine
erste Schnittstelle zur Verbindung mit der Bearbeitungseinrichtung.
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In
der Speichereinrichtung können
außer den
Sollwerten auch Tabellenwerte und Programme eingeschrieben sein,
welche zur Steuerung der Form der Ausnehmung bzw. Auftragung abrufbar
sind.
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Diese
Ausführung
der Regelungseinrichtung ist vorteilhaft, da so eine kompakte und
einfache Einrichtung für
die Regelungsaufgabe geschaffen ist, wobei sie durch die erste Schnittstelle
an verschiedene Bearbeitungseinrichtungen anpassbar ist.
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Zur
vorteilhaften Einbindung der Vorrichtung in eine Fertigungslinie
oder übergeordnete
Steuerung ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass die
Regelungseinrichtung eine zweite Schnittstelle zur Integration der
Vorrichtung in eine Fertigungslinie für Ultraschallsensoren aufweist.
Damit wird erreicht, dass die Regelungseinrichtung in Verbindung
mit der Bearbeitungs- und Messeinrichtung an verschiedene Fertigungsparameter
anpassbar ist, wodurch ein größerer Einsatzbereich
entsteht.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung und den
Zeichnungen entnehmbar.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung
angegebenen Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt dabei:
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1 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Ultraschallsensors;
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2 eine
vergrößerte schematische Schnittdarstellung
eines Schwingungsabschnitts;
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3 eine
Draufsicht auf den Ultraschallsensor nach 2;
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4 eine
grafische Darstellung des Zusammenhangs von Resonanzfrequenz und
Tiefe einer Ausnehmung in einem Schwingungsabschnitt; und
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5 eine
schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Gleiche
oder ähnliche
Bauteile mit gleichen oder ähnlichen
Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein Sensor 1 in Ausführung
eines Ultraschallsensors mit einem Wandlerelement 4 in
einem Gehäuse 2 in
einem Längsschnitt
zum Teil dargestellt. Das Gehäuse 2 ist
topfförmig
ausgebildet und ist nach oben offen, wobei der obere Teil nicht gezeigt
ist. Das untere Ende des Gehäuses 2 ist
mit einem Boden verschlossen, welcher einen Schwingungsabschnitt 3 aufweist.
Der Schwingungsabschnitt 3 ist der Teil des Bodens, welcher
von der Wandung des Gehäuses 2 umgrenzt
ist, nämlich
sein freier Bereich innerhalb des Gehäuses und die diesem freien
Bereich gegenüber
liegende Außenseite. Auf
diesem freien Bereich des Schwingungsabschnitts 3 innerhalb
des Gehäuses 2 ist
das Wandlerelement 4 fest aufgebracht, beispielsweise mittels
eines geeigneten Klebers. Die Außenseite ist die aktive Fläche bei
Einbau in beispielsweise einen Stoßfänger eines Fahrzeugs. Der Schwingungsabschnitt 3 wird
auch als Membran bezeichnet. Das Wandlerelement 4 besitzt
Anschlussleitungen 5 für
Beaufschlagung mit elektrischer Energie zur Schallerzeugung im Sendebetrieb
und zur Ableitung elektrischer Energie, die im Wandlerelement 4 durch
mechanische Anregung durch den von Echosignalen im Empfangsbetrieb
angeregten Schwingungsabschnitt 3 erzeugt wird. Das Gehäuse 2,
das als Membrantopf bezeichnet wird, ist in diesem Beispiel vorzugsweise
ein fließgepresster
Aluminiumtopf.
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2 zeigt
eine vergrößerte detailliertere Darstellung
des unteren Bereichs des Gehäuses 2 in einem
Teilschnitt, der oben abgebrochen ist. Das Gehäuse 2 weist außen eine
Beschichtung 7 auf, welche beispielsweise einen Korrosionsschutz
und/oder eine optische Anpassung an den Einbauort des Sensors 1 bildet.
Diese Beschichtung 7 kann z.B. Kupfer, Halbglanznickel,
Glanznickel und/oder Chrom aufweisen.
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Der
Schwingungsabschnitt 3 weist auf seiner Außenseite
ebenfalls die Beschichtung 7 auf. Auf seiner Innenfläche 10 ist
mittig das Wandlerelement 4 mittels einer Verbindung, vorzugsweise
Klebverbindung, auf einem Befestigungsbereich 9 befestigt.
Auf beiden Seiten des Befestigungsbereichs 9 ist eine Ausnehmung 8 mit
einer Tiefe s angeordnet. Die Ausnehmung 8 ist um den Befestigungsbereich 9 herum in
einer bestimmten geometrischen Form ausgebildet, die in der 3 in
einer Draufsicht von oben in einer beispielhaften Kontur gezeigt
ist, die sich aus zwei Kreisabschnitten und sechs länglichen
Abschnitten zusammensetzt. Es sind selbstverständlich andere Formen möglich, wie
beispielsweise Rechtecke, Vielecke oder mit Schlangenlinien geformte
Bereiche, die den Befestigungsbereich 9 vollständig umschließen oder
separat angeordnet sind. Die länglichen
Abschnitte der Ausnehmung 8 umschließen einen ersten Ausnehmungsbereich 11,
der beispielsweise eine unterschiedliche Tiefe zur Ausnehmung 8 aufweisen
kann. In dem ersten Ausnehmungsbereich 11 sind zwei gegenüberliegende
zweite Ausnehmungsbereiche 12 in Kreisabschnittsform eingebracht.
Dieses dient als ein Beispiel zur Darstellung von unterschiedlichen
Ausnehmungen 8, 11, 12, die entweder
zusammen oder auch einzeln in die Innenfläche 10 des Schwingungsabschnitts 3 eingebracht sein
können.
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Das
Gehäuse 2 besitzt
durch geeignete Dimensionierung und Ausgestaltung eine Resonanzfrequenz
fR, welche im Ultraschallbereich liegt,
beispielsweise 48 kHz. Durch das Wandlerelement 4, das
mit dem Schwingungsabschnitt 3 verbunden ist, wird der
Schwingungsabschnitt 3 zum Schwingen mit der Resonanzfrequenz
fR angeregt. Bei Resonanz ist die dabei
zugeführte
Energie am geringsten gedämpft
und die abgestrahlte Energie am größten. Daher ist es notwendig
die Resonanzfrequenz fR des Schwingungsabschnitts 3 optimal
einzustellen. Durch die Beschichtung 7 ist die Resonanzfrequenz fR jedoch im Vergleich zum Zustand ohne Beschichtung 7 verändert. Zum
Beispiel erhöht
eine galvanische Beschichtung 7 mit einer Dicke von ca.
80 μm die
Resonanzfrequenz fR um ca. 6...7 kHz. Die
Resonanzfrequenz fR ist proportional zur
Gesamtdicke des Schwingungsabschnitts 3 und der aufgebrachten
Beschichtung 7.
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Dementsprechend
wird zum Absenken der Resonanzfrequenz fR des
Schwingungsabschnitts 3 Werkstoffabtrag, der beispielsweise
die Form einer der Ausnehmungen 8, 11 oder 12 aufweisen
kann, und zur Erhöhung
der Resonanzfrequenz fR beispielsweise ein
Werkstoffauftrag vorgenommen.
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Den
Zusammenhang zwischen Resonanzfrequenz fR und
Tiefe s einer Ausnehmung, zum Beispiel der Ausnehmung 8,
stellt 4 beispielhaft bei einem Gehäuse 2 im Anlieferzustand
mit einer bestimmten Beschichtung dar. Die Resonanzfrequenz fR ist auf der Ordinate und die Tiefe s auf
der Abszisse aufgetragen. Es sind drei verschiedene Kurven g1...3 aus
verschiedenen Versuchen gezeigt, welche relativ linear verlaufen.
Der Bereich der gemessenen Frequenzen liegt zwischen 52 kHz und
54 kHz. Je tiefer die Ausnehmung 8 ist, je niedriger ist
die Resonanzfrequenz fR. Ein fertig hergestellter
Sensor weist zum Beispiel eine Resonanzfrequenz von 48 kHz +2 kHz/–1,5 kHz
auf. Die Messdaten in 4 betreffen einen noch nicht
fertig hergestellten Sensor. Anhand von 4 ist leicht
vorstellbar, dass nach Fertigstellung die Kurven g1, g2 und g3 zu
niedrigeren Frequenzen hin parallel verschoben sind, so dass der Toleranzbereich
des fertig hergestellten Sensors eingehalten wird. Aus diesem Zusammenhang
kann eine korrespondierende Tiefe s einer Ausnehmung ermittelt werden,
die dann als Zustellweg zs eines Bearbeitungswerkzeugs zur Erstellung
der Ausnehmung 8 betrachtet dient. So lassen sich Bearbeitungsvorschriften
für beschichtete
und auch unbeschichtete Gehäuse 2 ableiten
und anhand der verwendeten Werkstoffe zum Beispiel in Tabellen aufstellen,
welche für
ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz fR von
Schwingungsabschnitten 3 in einer Vorrichtung 20 verwendet
werden können, die
in 5 gezeigt ist.
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Die
Vorrichtung 20 weist eine Bearbeitungseinrichtung 13 mit
einem Werkzeug 14, beispielsweise ein Fräser, für das Gehäuse auf,
welches in einer nicht dargestellten Haltevorrichtung bei der Bearbeitung
gehalten wird. Das Werkzeug 14 ist in den Innenraum des
Gehäuses 2 zur
Bearbeitung der Innenfläche 10 des
Schwingungsabschnitts 3 eingeführt. Es kann Bewegungen in
der Ebene des Schwingungsabschnitts 3 und senkrecht dazu
in der Zustellrichtung zs ausführen.
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Anstelle
einer Fräsbearbeitung
kann auch eine Bearbeitung mit einem Laser mittels eines Laserätzverfahrens
erfolgen, wobei das Werkzeug 14 ein Träger für eine Laseroptik ist, deren
Laserquelle sich zum Beispiel in der Bearbeitungseinrichtung 13 befindet.
Zur Bildung einer Tiefe s einer Ausnehmung wird ein Bearbeitungslaserstrahl
zum Beispiel entsprechend fokussiert und in der Intensität eingestellt. Mit
dem Laserätzverfahren
sind hohe Genauigkeiten erzielbar. Dieses lässt sich beispielsweise auch
mit einem Plasmaätzverfahren
erreichen, wobei der Aufwand jedoch höher ist. Dabei ist anstelle
des Werkzeugs 14 eine entsprechende Verbindung der Bearbeitungseinrichtung 13 mit
dem zu bearbeitenden Gehäuse 2 eingesetzt,
wobei zusätzliche
verfahrensbedingte Maßnahmen
getroffen werden müssen,
auf die hier nicht eingegangen wird.
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Die
Bearbeitungseinrichtung 13 ist mit einer Regelungseinrichtung 16 verbunden,
an welche eine Messeinrichtung 15 zur Messung der Resonanzfrequenz
fRI des zu bearbeitenden Gehäuses 2 angeschlossen
ist. Die Messeinrichtung 15 weist zum Beispiel einen Sender
und einen Empfänger
auf und ist an den Schwingungsabschnitt 3 des Gehäuses 2 vorübergehend
anbringbar. In einer anderen Ausführung weist die Messeinrichtung 15 einen
Empfänger, und
ein im Gehäuse 2 vorübergehend
anbringbares oder das schon im Gehäuse 2 angebrachte
Wandlerelement 4 als Sender auf, welches über eine
Leitung 23 anschließbar
ist, was durch die gestrichelte Verbindungslinie angedeutet ist.
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Es
gibt mehrere Möglichkeiten,
die Resonanzfrequenz fRI des zu bearbeitenden
Gehäuses 2 zu
messen. Der Schwingungsabschnitt 3 wird von dem auf ihm
aufgebrachten Wandlerelement 4 angeregt. Die dabei entstehende
Schwingung des Schwingungsabschnitts 3 wird von der außen angeordneten
Messeinrichtung 15 empfangen. Dabei kann das Wandlerelement 4 ein
schon bereits auf dem Schwingungsabschnitt 3 aufgebrachtes
und auf diesem verbleibendes oder ein nur für den Mess- und Bearbeitungsvorgang
aufbringbares Wandlerelement 4 sein.
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Es
ist auch möglich,
dass nur die Messeinrichtung 15 von außen oder innerhalb des Gehäuses 2 auf
den Schwingungsabschnitt 3 vorübergehend aufbringbar ist,
wobei sie mit einem eigenen Wandlerelement den Schwingungsabschnitt 3 anregt
und mit einem weiteren, eigenen Wandlerelement die dabei entstehende
Schwingung misst.
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Das
Aufbringen der vorübergehend
aufbringbaren Elemente kann beispielsweise durch eine mechanische
Klemmung erfolgen.
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Die
Regelungseinrichtung 16 besitzt eine Eingabeeinrichtung 17 zur
Eingabe von beispielsweise Sollwerten für eine Soll-Resonanzfrequenz
fRS. Weiterhin weist die Regelungseinrichtung 16 eine Vergleichseinrichtung
zum Vergleich der gemessenen Resonanzfrequenz fRI mit
der Soll-Resonanzfrequenz fRS. Die Sollwerte
für verschiedene
Bedingungen, das heißt
zum Beispiel für
unterschiedliche Beschichtungen, sind vorgebbar in einer Speichereinrichtung 19 zum
entsprechenden Abruf gespeichert.
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Gemäß den Vergleichswerten
aus der Vergleichseinrichtung 18 und weiterer Werte aus
der Speichereinrichtung 19 erfolgt eine Übergabe
von Steuerwerten an die Bearbeitungseinrichtung 13 über eine
erste Schnittstelle 21. Die Regelungseinrichtung 16 besitzt
außerdem
eine nicht dargestellte Rechen- und Steuereinheit, welche so ausgebildet ist,
dass eine geregelte Einstellung der Resonanzfrequenz fR des
Schwingungsabschnitts 3 durch die Bearbeitungseinheit 13 vorgenommen
wird. Zur Einbindung der Vorrichtung 20 in eine Fertigungslinie
einer Serienproduktion von Sensoren 1 dient eine zweite Schnittstelle 22 in
der Regelungseinrichtung 16. Hiermit ist es möglich, die
Regelungseinrichtung 16 mit einer Steuereinheit dieser
Fertigungslinie so zu verbinden, dass zum Beispiel eine gegenseitige
Anpassung der Fertigungslinie und der Vorrichtung 20 hinsichtlich
eines Fördertakts
erfolgt, wobei zum Beispiel auch Pufferstationen in Förderrichtung
vor oder hinter der Vorrichtung 20 beeinflussbar sein können.
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Der
Ablauf der Bearbeitung des Gehäuses 2 kann
in einem Durchgang ausgeführt
werden, indem zuerst die Resonanzfrequenz fRI des
Schwingungsabschnitts 3 gemessen wird, wonach ein Vergleich mit
der Soll-Resonanzfrequenz fRS erfolgt, der
entsprechende Bearbeitungswerte generiert. Diese Bearbeitungswerte
können
zum Beispiel Tabellenwerte sein, die in der Speichereinrichtung 19 gespeichert sind
und für
bestimmte Vergleichswerte entsprechende Werte für den Zustellweg zs für das Werkzeug 14 der
Bearbeitungseinrichtung 13 bilden. Nach der Bearbeitung
kann eine erneute Messung zur Überprüfung der
neuen Resonanzfrequenz fRI erfolgen. Daran
kann sich bei noch nicht ausreichender Resonanzfrequenz fRI ein neuer Durchgang anschließen.
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Weiterhin
ist aber auch eine Bearbeitung möglich,
bei welcher die oben genannten Schritte in mehreren Durchläufen, beispielsweise
mit kleineren Zustellwegen, ausgeführt werden, wodurch sich die Genauigkeit
der erzielten Resonanzfrequenz fR erhöht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern auf vielfältige
Art und Weise modifizierbar.
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Auch
eine Abhängigkeit
einer Änderung
der Resonanzfrequenz von der Fläche
bzw. Flächenform des
Werkstoffabtrags ist denkbar. Der Zusammenhang kann durch geeignete
Messungen ermittelt werden und in entsprechende Bearbeitungsvorschriften umgesetzt
werden.
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So
ist es beispielsweise denkbar, dass Schwingungsabschnitte 2 ohne
aufgebrachtes Wandlerelement 4 bearbeitet werden können, wobei auch
der Befestigungsbereich 9 flächig abgetragen werden kann.
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Auch
ein Auftragen von Zusatzwerkstoff auf die Innenfläche 10 des
Schwingungsabschnitts 3 ist möglich. Dazu ist zum Beispiel
ein bestimmtes selbst härtendes
Kunststoffharz oder ähnliches
verwendbar, welches mit einem geeigneten Werkzeug 14 in Gestalt
eines Auftragswerkzeugs aufgebracht wird. In diesem Fall werden
die Bearbeitungswerte, die zum Zustellen des Werkzeugs 14 vorgesehen
sind, durch die Regelungseinrichtung 16 in einer Form erzeugt,
die Einstellwerten für
eine Auftragsmenge des aufzutragenden Materials entsprechen, und
an die Bearbeitungsvorrichtung 13 geleitet, die hierbei
eine Bearbeitungsvorrichtung zum Werkstoffauftrag ist.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass die Messeinrichtung 15 mit der Bearbeitungseinrichtung 13 gekoppelt
ist, wobei auch das Werkzeug 14 zur Einleitung von Schwingungen
verwendet werden kann.
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Es
ist auch denkbar, dass das Bearbeitungswerkzeug 14 nur
in Richtung des Zustellwegs zs verfahrbar ist, wobei mehrere Bearbeitungswerkzeuge 14 nur
einen Bohrvorgang ausführen.
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Das
Bearbeitungswerkzeug 14 kann auch ein Laser sein.
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Das
Beschichten ist auch nach dem Bearbeitungsvorgang möglich.