DE102009022187A1

DE102009022187A1 - Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse und ein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102009022187A1
Application number: DE102009022187A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jung; Hans-Wilhelm Wehling; Christian Frischmann; Daniel Kuhnle; Uwe Kupfernagel
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-11-25

Abstract

Es wird ein Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse (1) mit einer Piezokeramik (3) zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen in einem Membrantopf (2) vorgeschlagen, bei dem das gesamte Gehäuse (1) und der Membrantopf (2) mit einem Granulat (5) ausgefüllt ist. Bevorzugt ist das Gehäuse (1) unter Einschluss einer Leiterplatte (6) mit elektronischen Bauteilen (7), dem Membrantopf (2) und elektrischen Verbindungsleitungen (8, 9) von der Leiterplatte zu der Piezokeramik (3) und zu einem Steckerteil (10) unter Verschluss eines aufsetzbaren Deckels (11) mit dem Granulat (5) insgesamt vollständig ausgefüllt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor und/oder einen Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Piezokeramik zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen in einem Membrantopf nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
Es werden in der Kraftfahrzeugtechnik ultraschallbasierende, zum Beispiel aus der DE 102 37 721 A1 bekannte Umfelderkennungssysteme mit mindestens einem Ultraschallsensor angewendet, wobei jeder Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal aussendet, welches von einem möglichen Hindernis reflektiert wird und von dem gleichen Ultraschallsensor und oder von weiteren Ultraschallsensoren empfangen werden kann. Hierbei wird das Ultraschallsignal im Ultraschallwandler mittels eines auf der Innenseite einer tiefgezogenen oder gefrästen Aluminiumgeometrie aufgeklebten piezokeramischen Bauelements erzeugt.
Bei den bekannten Ultraschallsensoren wird ein piezokeramisches Bauteil in einen Membrantopf eingebaut und es wird in der Regel zur schwingungstechnisch notwendigen Dämpfung der Membran im Boden des Membrantopfes im Gehäuse ein dämpfendes Material vorgesehen. In aller Regel handelt es sich hierbei um einen Silikonschaum im Bereich des Membranbodens. Der verbleibende Raum im Gehäuse des Ultraschallsensors wird dann eventuell zum Schutz gegen schädliche Umwelteinflüsse mit einem anderen Material vergossen. Ein Nachteil dieser Anordnungen ist, dass hier zwei Prozessschritte bei der Fertigung notwendig sind, um den Ultraschallsensor mit dem Gehäuse herzustellen. Darüber hinaus ist der überwiegend verwendete Silikonschaum auch ein sehr kostenaufwendiges Material.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Piezokeramik zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen in einem Membrantopf aus, bei dem erfindungsgemäß das gesamte Gehäuse mitsamt dem Membrantopf in vorteilhafter Weise mit einem Granulat ausgefüllt ist.
Bevorzugt ist dabei das Gehäuse unter Einschluss einer Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen, dem Membrantopf und elektrischen Verbindungsleitungen der Leiterplatte zu der Piezokeramik und einem Steckerteil unter Verschluss eines aufsetzbaren Deckels mit dem Granulat vollständig ausgefüllt. Auf einfache Weise kann auch noch zwischen dem Deckel und dem innenliegenden Granulat ein Druckelement vorgesehen werden.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann das Granulat aus Sand oder aus Kugeln aus Silikon, Blähglas oder Keramik bestehen. Die Korn- oder Kugelgröße kann dabei beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm liegen. Vergleichbare Materialien mit ähnlichen Eigenschaften sind aber auch anwendbar.
Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Ultraschallsensors und/oder Ultraschallwandlers der zuvor beschriebenen Art wird das Granulat nach einem Einfügen der Piezokeramik mit dem Membrantopf und der Leiterplatte mit den Verbindungsleitungen in das Gehäuse eingefüllt und durch Verrütteln geleichmäßig im Gehäuse verteilt; danach kann dann der Deckel auf das Gehäuse aufgesetzt werden.
Es ist hierbei auch in vorteilhafter Weise möglich, dass das Granulat im Gehäuse derart überfüllt wird, dass nach dem Aufsetzen des Deckels eine mechanische Vorspannung im Gehäuse aufgebaut wird.
Eine vorteilhafte Anwendung eines Verfahrens und/oder des Ultraschallsensors und/oder Ultraschallwandlers der beschriebenen Art ergibt sich, wenn der Ultraschallsensor und/oder der Ultraschallwandler Bestandteil eines Umfelderkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist.
Der erfindungsgemäße Vorteil bei der Herstellung von Ultraschallsensoren und/oder Ultraschallwandlern wird somit auf einfache Weise hinsichtlich einer Dämpfung der Membran und einer Abdichtung durch die Füllung des gesamten Raums des Gehäuses mit dem Granulat erreicht. Das Granulat kann am Ende des Herstellprozesses durch eine einfach auszuführende Befülltechnik in das Gehäuse eingebracht werden. Weitere Prozesse, wie das Aushärten oder eine Voralterung, wie bei den bisherigen Anwendungen zum Beispiel mit Silikonschaum, sind hier nicht mehr notwendig. Um den Ultraschallsensor endgültig zu verschließen und gegen schädliche Umwelteinflüsse zu schützen kann dann auf einfache Weise ein wasserdichter Deckel aufgesetzt werden. Das Granulat bewirkt daher auf einfache Weise sowohl eine Dämpfung als auch einen Feuchtigkeitsschutz.
Der Herstellungsprozess wird dadurch deutlich einfacher und kostengünstiger, die Durchlaufzeit bei der Montage werden wesentlich kleiner und das notwendige Anlageninvest zur Fertigung ist geringer, wobei insbesondere das teure Silikon-Schaum-Material entfällt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch einen Ultraschallsensor in einem verschlossenen, mit einem Granulat gefüllten Gehäuse.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist gezeigt, wie im Inneren eines Gehäuses 1 für einen Ultraschallsensor ein unterer Teil als Membrantopf 2 ausgebildet ist, der eine Piezokeramik 3 aufweist, die die Ultraschallschwingungen am Membranboden 4 des Membrantopfes 2 erzeugt.
Der Membrantopf 2 ist erfindungsgemäß, wie der Rest des Gehäuses 1, mit einem Granulat 5 ausgefüllt, wobei das Granulat 5 durch Verrütteln gleichmäßig im Gehäuse 1 verteilt werden kann. Das Granulat 5 kann aus Sand oder aus Kugeln aus Silikon, Blähglas oder Keramik bestehen, wobei die Korn- oder Kugelgrößen dabei beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm liegen können.
Das Gehäuse 2 beinhaltet weiter eine Leiterplatte 6 mit elektronischen Bauteilen 7 und elektrische Verbindungsleitungen 8 und 9 von der Leiterplatte 6 zu der Piezokeramik 3 und zu einem von außen kontaktierbaren Steckerteil 10.
Der feuchtigkeitsdichte Verschluss des Gehäuses 1 kann mit einem aufgesetzten Deckel 11 erfolgen, wobei auch noch zwischen dem Deckel 11 und dem innenliegenden Granulat 5 ein hier nicht gezeigtes Druckelement vorgesehen werden kann. Es ist hierbei auch möglich, dass das Granulat 5 im Gehäuse 1 derart überfüllt werden kann, dass nach dem Aufsetzen des Deckels 11 eine mechanische Vorspannung im Gehäuse 1 aufgebaut wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10237721 A1 [0002]

Claims

Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler in einem geschlossenen Gehäuse (1) mit einer Piezokeramik (3) zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen in einem Membrantopf (2), dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Gehäuse (1) mit einem Granulat (5) ausgefüllt ist.
Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) unter Einschluss einer Leiterplatte (6) mit elektronischen Bauteilen (7), dem Membrantopf (2) und elektrischen Verbindungsleitungen (8, 9) von der Leiterplatte zu der Piezokeramik (3) und zu einem Steckerteil (10) unter Verschluss eines aufsetzbaren Deckels (11) mit dem Granulat (5) vollständig ausgefüllt ist.
Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (11) und dem innenliegenden Granulat (5) ein Druckelement vorgesehen ist.
Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus Sand besteht.
Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus Kugeln aus Silikon, Blähglas oder Keramik besteht.
Ultraschallsensor und/oder Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) eine Korn- oder Kugelgröße im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors und/oder Ultraschallwandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) nach einem Einfügen der Piezokeramik (3) mit dem Membrantopf (2) und der Leiterplatte (6) mit den Verbindungsleitungen (8, 9) in das Gehäuse (1) eingefüllt wird und durch Verrütteln geleichmäßig im Gehäuse (1) verteilt wird und danach der Deckel (11) auf das Gehäuse (1) aufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) im Gehäuse (1) derart überfüllt wird, dass nach dem Aufsetzen des Deckels (11) eine mechanische Vorspannung im Gehäuse (1) und im Membrantopf (2) aufgebaut wird.
Anwendung eines Verfahrens und/oder des Ultraschallsensors und/oder Ultraschallwandlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsensor und/oder der Ultraschallwandler Bestandteil eines Umfelderkennungssystems in einem Kraftfahrzeug ist.