DE102011077558A1

DE102011077558A1 - Device for transmitting and / or receiving sound signals

Info

Publication number: DE102011077558A1
Application number: DE102011077558A
Authority: DE
Inventors: Michael Helmle; Andre Gerlach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-12-20
Also published as: WO2012171823A3; WO2012171823A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfassend eine elektromechanische Folie (3), die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode (7) und mindestens einer Rückseitenelektrode (11) verbunden ist, wobei die elektromechanische Folie (3) wärmeleitend mit einem Träger verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Verwendung der Vorrichtung als Ultraschallsensor zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfelds eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a device for sending and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, comprising an electromechanical film (3) which is connected to at least one front electrode (7) and at least one rear electrode (11), the electromechanical film (3) is thermally connected to a carrier. The invention also relates to a use of the device as an ultrasonic sensor for detecting the surroundings, in particular for detecting the surroundings of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfassend eine elektromechanische Folie, die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode und mindestens einer Rückseitenelektrode verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device for transmitting and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, comprising an electromechanical foil which is connected to at least one front-side electrode and at least one rear-side electrode. Furthermore, the invention also relates to a use of the device.

Stand der TechnikState of the art

Vorrichtungen zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, werden zum Beispiel als Ultraschallsensoren zur Umfelderfassung eingesetzt. Hierzu wird von einem Sender ein Signal gesendet, das von einem Objekt im Erfassungsbereich des Sensors reflektiert wird. Das reflektierte Echo wird von einem Empfänger empfangen und aus der Laufzeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt. Hierbei ist es möglich, als Sender und Empfänger getrennte Bauteile einzusetzen oder einen Sensor, der zunächst einen Schallimpuls sendet und nach Ausschwingen das Echo empfängt. Derartige Sensoren werden auch als Transceiver bezeichnet. Devices for transmitting and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, are used, for example, as ultrasonic sensors for detecting the surroundings. For this purpose, a signal is sent by a transmitter, which is reflected by an object in the detection range of the sensor. The reflected echo is received by a receiver and the runtime determines the distance to the object. Here it is possible to use separate components as transmitter and receiver or a sensor which first sends a sound pulse and receives the echo after swinging. Such sensors are also referred to as transceivers.

Einsatz finden solche Ultraschallsensoren zum Beispiel zur Umfeldüberwachung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise für automatische Einparksysteme oder auch für eine Tote-Winkel-Überwachung. Neben dem Einsatz in Kraftfahrzeugen können derartige Sensoren auch in Robotern, beispielsweise in fahrerlosen Transportsystemen, automatischen Rasenmähern oder Staubsaugern oder ähnlichem eingesetzt werden. Such ultrasonic sensors are used, for example, to monitor the surroundings of a motor vehicle, for example for automatic parking systems or for blind spot monitoring. In addition to use in motor vehicles, such sensors can also be used in robots, for example in driverless transport systems, automatic lawn mowers or vacuum cleaners or the like.

Üblicherweise werden derzeit Ultraschallsensoren gebaut, die auf piezoelektrischer Basis arbeiten. Alternativ zu diesen ist es jedoch auch bekannt, zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen sogenannte elektromechanische Folien einzusetzen. Der Aufbau und die Herstellung solcher Folien sind zum Beispiel in US 4,654,546 beschrieben.Usually ultrasonic sensors are currently being built which operate on a piezoelectric basis. As an alternative to these, however, it is also known to use so-called electromechanical foils for transmitting and / or receiving sound signals. The construction and production of such films are, for example, in US 4,654,546 described.

Aufgrund der hohen Frequenz eines Ultraschallsignals und der damit verbundenen Bewegung in der elektromechanischen Folie entsteht beim Senden und Empfangen der Signale Wärme. Dies führt zu einer unerwünschten Erwärmung des Sensors. Alternativ kann es auch von außen zu einer Wärmeeinwirkung auf das Sensorelement kommen.Due to the high frequency of an ultrasonic signal and the associated movement in the electromechanical foil, heat is generated when transmitting and receiving the signals. This leads to an undesirable heating of the sensor. Alternatively, it can also come from the outside to a heat on the sensor element.

Um Wärme aus einer Schaltungsanordnung zu entfernen, ist aus DE-A 10 2007 037 543 bekannt, zwischen einzelne Chips jeweils eine Wärmeabfuhreinheit vorzusehen und diese mit einer Wärmeabfuhreinrichtung zu koppeln. Eine solche Einheit kann jedoch in Ultraschallsensoren nicht eingesetzt werden, da bei entsprechenden wärmeableitenden Schichten die Schwingungen des Sensors gedämpft werden. Ein entsprechender Ultraschallsensor würde somit nicht mehr zuverlässig arbeiten. To remove heat from a circuit arrangement is off DE-A 10 2007 037 543 It is known to provide a heat dissipation unit between individual chips and to couple them to a heat dissipation device. However, such a unit can not be used in ultrasonic sensors, since with appropriate heat-dissipating layers, the vibrations of the sensor are damped. A corresponding ultrasonic sensor would thus no longer work reliably.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfasst eine elektromechanische Folie, die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode und mindestens einer Rückseitenelektrode verbunden ist, wobei die elektromechanische Folie wärmeleitend mit einem Träger verbunden ist. A device according to the invention for transmitting and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, comprises an electromechanical film which is connected to at least one front-side electrode and at least one rear-side electrode, wherein the electromechanical film is connected to a carrier in a heat-conducting manner.

Durch die wärmeleitende Verbindung mit einem Träger wird Wärme aus der elektromechanischen Folie abgeführt und so sichergestellt, dass die Folie bei im Wesentlichen gleichbleibender Temperatur und damit zuverlässig arbeitet. Im Fall einer zeitlich begrenzten Wärmeeinwirkung von außen wird diese Wärme schneller abgeführt und die Temperatur des Sensorelementes schneller wieder auf Arbeitstemperatur abgesenkt.Due to the heat-conducting connection with a carrier, heat is removed from the electromechanical foil and thus ensures that the foil works at a substantially constant temperature and thus reliably. In the case of temporary heat input from the outside, this heat is dissipated faster and the temperature of the sensor element is lowered faster to working temperature.

Eine elektromechanische Folie im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Membran aus einem sogenannten Ferroelektret-Material. Als Ferroelektret-Materialien werden insbesondere geschlossenporige Polymerschäume bezeichnet, bei denen an der Grenzfläche der einzelnen Poren positive und negative elektrostatische Ladungen dauerhaft lokalisiert sind. Durch die aufgeprägten elektrostatischen Ladungen, dehnen sich die einzelnen Poren beim Anlegen einer elektrischen Spannung aus oder ziehen sich bei umgekehrter Polarisation zusammen. Hierdurch ist es möglich, durch entsprechende Anregung eine Schwingung zu erzeugen, die als Schallimpuls gesendet werden kann. Entsprechend kann beim Auftreffen von Schallwellen durch die mechanische Veränderung der Größe der Poren eine Spannung erzeugt werden, die abgegriffen werden kann.An electromechanical film according to the present invention comprises a membrane of a so-called ferroelectret material. Ferroelectret materials are in particular termed closed-cell polymer foams in which positive and negative electrostatic charges are permanently localized at the interface of the individual pores. Due to the impressed electrostatic charges, the individual pores expand upon application of an electrical voltage or contract with reverse polarization. This makes it possible, by appropriate excitation to generate a vibration that can be sent as a sound pulse. Accordingly, upon impact of sound waves by the mechanical change in the size of the pores, a voltage can be generated which can be tapped.

Als Polymermaterialien zur Herstellung der Schäume eignen sich insbesondere fluorbasierte Polymere, beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyfluorethylenpropylen und Polyvinylidenfluorid. Weiterhin eignet sich zum Beispiel auch Polyethylenterephthalat. Neben den genannten Polymeren sind auch Copolymere dieser Polymere geeignet. Fluorine-based polymers, for example polytetrafluoroethylene, polyfluoroethylene-propylene and polyvinylidene fluoride, are particularly suitable polymer materials for the production of the foams. Also suitable, for example, polyethylene terephthalate. In addition to the polymers mentioned, copolymers of these polymers are also suitable.

Um die elektromechanische Folie als Sender oder Empfänger für Schallsignale nutzen zu können, ist eine Seite der Folie im Allgemeinen vollflächig metallisiert. Diese Schicht dient als Masseelektrode. Auf der der vollflächig metallisierten Seite gegenüberliegenden Seite sind jeweils an den Positionen, an denen die jeweiligen Sender und/oder Empfänger lokalisiert sein sollen, Elektroden aufgebracht. In order to use the electromechanical film as a transmitter or receiver for sound signals, one side of the film is generally metallized over the entire surface. This layer serves as a ground electrode. On the opposite side of the full metallized side electrodes are applied in each case at the positions at which the respective transmitter and / or receiver are to be located.

Sowohl die vollflächige Masseelektrode als auch die Elektroden an den Positionen, die jeweils als Sender und/oder Empfänger dienen, werden zum Beispiel durch stromlose und/oder galvanische Abscheidung, chemische Abscheideverfahren oder physikalische Abscheideverfahren aufgebracht. Besonders geeignet zum Aufbringen der Metallisierung für die Elektroden sind Verfahren, bei denen das Metall auf die elektromechanische Folie aufgedampft wird, beispielsweise CVD(Chemical Vapour Deposition)-Verfahren oder PVD(Physical Vapour Deposition)-Verfahren. Both the full-surface ground electrode and the electrodes at the positions, which each serve as transmitter and / or receiver, are applied, for example, by electroless and / or galvanic deposition, chemical deposition methods or physical deposition methods. Particularly suitable for applying the metallization for the electrodes are processes in which the metal is vapor-deposited on the electromechanical film, for example CVD (Chemical Vapor Deposition) method or PVD (Physical Vapor Deposition) method.

Alternativ ist es auch möglich, keine der Elektroden vollflächig auszubilden, sondern sowohl Vorderseitenelektrode als auch Rückseitenelektrode jeweils gegenüberliegend zu gestalten. Bevorzugt ist jedoch, entweder die Vorderseitenelektrode oder die Rückseitenelektrode vollflächig zu gestalten. Wenn die Vorderseitenelektrode und/oder die Rückseitenelektrode eine vollflächige Metallschicht ist, kann diese erfindungsgemäß in einer ersten Ausführungsform zur Wärmeableitung mit dem Träger verbunden werden. Alternatively, it is also possible to form none of the electrodes over the entire surface, but to make both the front side electrode and the rear side electrode opposite to each other. However, it is preferred to design either the front-side electrode or the rear-side electrode over the entire surface. If the front-side electrode and / or the rear-side electrode is a full-surface metal layer, according to the invention it can be connected to the carrier in a first embodiment for heat dissipation.

Hierzu ist zum Beispiel möglich, die vollflächig ausgebildete Elektrode an einem gut wärmeleitenden Abschnitt des Trägers aufzubringen. Alternativ ist es auch möglich, die vollflächige Elektrode in einer größeren Dicke zu gestalten, vorzugsweise in einer Dicke von mindestens 100 µm, um die Wärme über seitlich angebrachte Wärmebrücken, mit denen die wärmeleitende Schicht mit dem Träger verbunden ist, abführen zu können.For this purpose, it is possible, for example, to apply the electrode formed over the entire area to a portion of the carrier which conducts heat well. Alternatively, it is also possible to make the full-surface electrode in a greater thickness, preferably in a thickness of at least 100 .mu.m, in order to dissipate the heat via laterally mounted thermal bridges, with which the heat-conducting layer is connected to the carrier.

In einer alternativen Ausführungsform ist auf die elektromechanische Folie und die mindestens eine Vorderseitenelektrode oder die mindestens eine Rückseitenelektrode eine Isolierschicht aufgebracht und auf der Isolierschicht eine gut wärmeleitende Schicht zur Wärmeabfuhr. Die aufgebrachte Isolierschicht dient insbesondere als elektrische Isolierung. Als Material für die Isolierschicht eignen sich beliebige dielektrische Materialien, insbesondere Polymere. Geeignete Polymere sind zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, oder Polyurethane.In an alternative embodiment, an insulating layer is applied to the electromechanical foil and the at least one front-side electrode or the at least one rear-side electrode, and a heat-conductive layer on the insulating layer for heat removal. The applied insulating layer serves in particular as electrical insulation. Suitable materials for the insulating layer are any dielectric materials, in particular polymers. Suitable polymers are, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyamide, polyester, or polyurethanes.

Als „gut wärmeleitend“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit verstanden, die so groß ist, dass beim Betrieb eines auf der elektromechanischen Folie ausgebildeten Sensorelements entstehende Wärme abgeführt werden kann, ohne dass sich das Sensorelement auf Temperaturen oberhalb der Arbeitstemperatur erwärmt und das Sensorelement so bei im Wesentlichen gleichbleibender Temperatur betrieben werden kann.In the context of the present invention, a "good heat-conducting" is understood as meaning a material having a heat conductivity that is sufficient to remove heat during operation of a sensor element formed on the electromechanical foil, without the sensor element being heated to temperatures above the working temperature and the sensor element can thus be operated at a substantially constant temperature.

Die auf die Isolierschicht aufgebrachte gut wärmeleitende Schicht ist vorzugsweise eine metallische Schicht. Die gut wärmeleitende Schicht kann dabei ebenso wie die Elektroden durch stromlose und/oder galvanische Abscheidung oder durch chemische oder physikalische Abscheideverfahren, beispielsweise Aufdampfen, aufgebracht werden. Beim Betrieb des Sensors entstehende Wärme wird durch Wärmeleitung durch die Isolierschicht zur gut wärmeleitenden Schicht transportiert und von dieser an den Träger abgeführt. Hierzu ist die gut wärmeleitende Schicht wärmeleitend mit dem Träger verbunden. The good heat-conducting layer applied to the insulating layer is preferably a metallic layer. The good heat-conducting layer can be applied as well as the electrodes by electroless and / or galvanic deposition or by chemical or physical deposition, such as vapor deposition. Heat generated during operation of the sensor is transported by heat conduction through the insulating layer to the good heat-conducting layer and dissipated by this to the carrier. For this purpose, the good heat-conducting layer is thermally conductively connected to the carrier.

Als Material für die gut wärmeleitende Schicht eignen sich zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Silber, Messing oder Stahl.As a material for the good heat-conducting layer are, for example, copper, aluminum, silver, brass or steel.

Als Material für die Elektroden, insbesondere wenn diese als wärmeleitende Schicht genutzt werden, eignen sich zum Beispiel Kupfer, Silber, Gold oder Aluminium.As a material for the electrodes, in particular if they are used as a heat-conducting layer, are suitable, for example, copper, silver, gold or aluminum.

Um die Wärme von der elektromechanischen Folie an den Träger leiten zu können, ist es bevorzugt, wenn der Träger ein gut wärmeleitendes Material enthält. Die Wärme von der elektromechanischen Folie wird dann durch wärmeleitende Verbindung über die gut wärmeleitende Schicht an das gut wärmeleitende Material des Trägers geleitet. Hierbei ist es sowohl möglich, dass der gesamte Träger aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist oder nur Teile des Trägers aus einem gut wärmeleitenden Material und die Basis des Trägers aus einem schlecht wärmeleitenden Material. Die elektromechanische Folie ist dann mit dem gut wärmeleitenden Abschnitten des Trägers verbunden. In order to be able to conduct the heat from the electromechanical film to the carrier, it is preferred for the carrier to contain a material which conducts heat well. The heat from the electromechanical film is then passed through the heat-conductive connection via the good heat-conducting layer to the good heat-conducting material of the carrier. In this case, it is possible for the entire carrier to be made of a good heat-conducting material or only parts of the carrier made of a good heat-conducting material and the base of the carrier made of a poorly thermally conductive material. The electromechanical foil is then connected to the good heat-conducting sections of the carrier.

Unter „schlecht wärmeleitend“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Wärmeleitfähigkeit verstanden, die so klein ist, dass die beim Betrieb eines Sensorelements entstehende Wärme nicht abgeleitet werden kann und sich das Sensorelement deshalb aufheizt.In the context of the present invention, "poorly heat-conducting" is understood as meaning a heat conductivity which is so small that the heat produced during operation of a sensor element can not be dissipated and the sensor element therefore heats up.

Als Basis für den Träger eignen sich dann zum Beispiel Kunststoffe, wobei diese auch einen niedrigen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen dürfen. Als gut wärmeleitende Abschnitte können zum Beispiel metallische Abschnitte genutzt werden. As a basis for the carrier are then, for example, plastics, which may also have a low heat transfer coefficient. As well heat-conducting sections, for example, metallic sections can be used.

Alternativ ist es auch möglich, den Träger zum Beispiel aus einem Material mit einer guten Wärmespeicherfähigkeit zu gestalten. In diesem Fall wird bei Erwärmung der Sensoren Wärme von den Sensoren an das wärmespeichernde Material abgegeben und bei einer Abkühlung der Sensoren Wärme vom wärmespeichernde Material zurück an den Sensor. Dies erlaubt es, den Sensor bei im Wesentlichen konstanter Temperatur betreiben zu könnenAlternatively, it is also possible to make the carrier for example of a material with a good heat storage capacity. In this case, heat is transferred from the sensors to the heat-storing material when the sensors are heated, and heat is transferred from the heat-storing material back to the sensor as the sensors cool. This makes it possible to operate the sensor at a substantially constant temperature

Um zu vermeiden, dass beim Anlegen einer Spannung an die elektromechanische Folie Strom in den Träger fließt, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Träger und der Elektrode der elektromechanischen Folie eine Isolierschicht aufgenommen ist. Für die Isolierschicht eignet sich dabei jedes beliebige elektrisch isolierende Material, insbesondere eignen sich Kunststoffmaterialien. In order to avoid current flowing into the carrier when a voltage is applied to the electromechanical foil, it is advantageous if an insulating layer is accommodated between the carrier and the electrode of the electromechanical foil. Any electrically insulating material is suitable for the insulating layer, in particular plastic materials are suitable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen eignet sich zum Beispiel zur Umfelderfassung für Fahrassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen. Weiterhin kann die Vorrichtung auch eingesetzt werden, um in sich autonom bewegenden Systemen die Umgebung zu erfassen. Derartige sich autonom bewegende Systeme sind zum Beispiel Roboter, beispielsweise führerlose Rasenmäher oder Staubsauger oder auch führerlose Transportsysteme, wie sie in der Industrie eingesetzt werden. The device according to the invention for transmitting and / or receiving sound signals is suitable, for example, for detecting the surroundings of driver assistance systems in motor vehicles. Furthermore, the device can also be used to detect the environment in autonomously moving systems. Such autonomously moving systems are, for example, robots, for example, driverless lawnmowers or vacuum cleaners, or even driverless transport systems, such as those used in industry.

Wenn die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignal in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ist es besonders bevorzugt, wenn der Träger ein Stoßfänger des Kraftfahrzeugs ist. Die elektromechanische Folie wird in diesem Fall mit dem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs derart verbunden, dass jeweils an den Positionen, an denen sich Ultraschallsensoren befinden sollen, eine Elektrode oder ein Array ausgebildet ist. Alternativ ist es auch möglich, jeweils Folienabschnitte an den Positionen aufzubringen, an denen Sensoren lokalisiert sein sollen. Diese Positionen haben eine gute Verbindung zum Luftschallfeld, müssen sich aber nicht im Stoßfänger befinden.When the device is used for transmitting and / or receiving sound signal in a motor vehicle, it is particularly preferred if the carrier is a bumper of the motor vehicle. In this case, the electromechanical foil is connected to the bumper of the motor vehicle in such a way that an electrode or an array is formed in each case at the positions where ultrasound sensors are to be located. Alternatively, it is also possible to apply each foil sections at the positions at which sensors are to be located. These positions have a good connection to the airborne sound field, but need not be in the bumper.

Um die Wärme aus der elektromechanischen Folie abführen zu können, wird entweder eine vollflächige Elektrode der Vorrichtung wärmeleitend mit dem Träger verbunden oder aber die separate vorgesehene wärmeableitende Schicht. In order to dissipate the heat from the electromechanical film, either a full-surface electrode of the device is thermally conductively connected to the carrier or the separate provided heat-dissipating layer.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen von Schallsignalen in einer ersten Ausführungsform, 1 A device according to the invention for transmitting and / or receiving sound signals in a first embodiment,

2 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen von Schallsignalen in einer zweiten Ausführungsform. 2 A device according to the invention for transmitting and / or receiving sound signals in a second embodiment.

Ausführungsvariantenvariants

Eine Vorrichtung 1 zum Senden und / oder Empfangen von Schallsignalen umfasst eine elektromechanische Folie 3, die einseitig mit einer metallischen Beschichtung 5 versehen ist. Die metallische Beschichtung 5 wirkt dabei als Masseelektrode 7. Die metallische Beschichtung 5 kann dabei, wie in 1 dargestellt, vollflächig auf der elektromechanischen Folie 3 aufgebracht sein oder jeweils an den Stellen, an denen einzelne Schallwandler 9 auf der elektromechanischen Folie 3 ausgebildet werden sollen. Jeder Schallwandler 9 umfasst weiterhin eine Wandlerelektrode 11. Die Wandlerelektrode 11 gibt dabei die Form und Größe des Schallwandlers 9 wieder. Wenn nicht die gesamte Oberfläche der elektromechanischen Folie 3 mit einer metallischen Beschichtung 5 zur Bildung der Massenelektrode 7 beschichtet ist, sondern jeweils nur die den Wandlerelektroden 11 gegenüberliegenden Stellen, ist es bevorzugt, wenn die Masseelektrode die gleiche Form aufweist wie die Wandlerelektrode 11. Alternativ ist es auch möglich, die Masseelektrode etwas größer vorzusehen als die Wandlerelektrode 11.A device 1 for transmitting and / or receiving sound signals comprises an electromechanical film 3 , one-sided with a metallic coating 5 is provided. The metallic coating 5 acts as a ground electrode 7 , The metallic coating 5 can, as in 1 shown, all over the electromechanical film 3 be applied or in each case at the places where individual sound transducer 9 on the electromechanical foil 3 to be trained. Every sound transducer 9 further comprises a transducer electrode 11 , The transducer electrode 11 gives it the shape and size of the transducer 9 again. If not the entire surface of the electromechanical film 3 with a metallic coating 5 for the formation of the ground electrode 7 is coated, but only the respective the transducer electrodes 11 opposite locations, it is preferred if the ground electrode has the same shape as the transducer electrode 11 , Alternatively, it is also possible to provide the ground electrode slightly larger than the transducer electrode 11 ,

In der in 1 dargestellten Ausführungsform sind die Wandlerelektroden 11 auf einer Leiterplatte 13 ausgebildet. Die Leiterplatte 13 kann dabei aus jedem beliebigen, dem Fachmann bekannten Material für Leiterplatten gefertigt sein. Bevorzugt ist es dabei, die Leiterplatte 13 aus einem flexiblen Material zu formen.In the in 1 illustrated embodiment, the transducer electrodes 11 on a circuit board 13 educated. The circuit board 13 can be made of any, known to the expert material for printed circuit boards. It is preferred, the circuit board 13 from a flexible material to form.

Auf die Wandlerelektroden 11, die auf der Leiterplatte 13 ausgebildet sind, wird eine Klebstoffschicht 15 aufgebracht. Mit der Klebstoffschicht 15 wird die elektromechanische Folie 3 an der Leiterplatte 13 und den Wandlerelektroden 11 befestigt. Als Klebstoff für die Klebstoffschicht 15 eignet sich jeder beliebige Klebstoff, mit dem die elektromechanische Folie 3 auf der Leiterplatte 13 befestigt werden kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass ein Klebstoff verwendet wird, der die elektromechanische Folie 3 nicht schädigt.On the transducer electrodes 11 on the circuit board 13 are formed, an adhesive layer 15 applied. With the adhesive layer 15 becomes the electromechanical foil 3 on the circuit board 13 and the transducer electrodes 11 attached. As an adhesive for the adhesive layer 15 Any adhesive with which the electromechanical film is suitable 3 on the circuit board 13 can be attached. It is important to ensure that an adhesive is used, which is the electromechanical foil 3 does not harm.

Auf der Masseelektrode 7 können weitere Schutzschichten 17 aufgebracht sein. Als Schutzschicht 17 eignet sich zum Beispiel eine Polymerschicht, mit der die Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen gegen mechanische Einwirkungen geschützt wird. Zusätzlich kann die gesamte Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen von einer weiteren Schutzschicht 19 umschlossen sein. Die weitere Schutzschicht 19 dient ebenso wie die Schutzschicht 17 zum Schutz der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen gegen äußere Einflüsse, zum Beispiel gegen Witterungseinflüsse oder mechanische Einflüsse.On the earth electrode 7 can add more protective layers 17 be upset. As a protective layer 17 For example, a polymer layer with which the device is suitable is suitable 1 to transmit and / or receive sound signals is protected against mechanical effects. In addition, the entire device 1 for transmitting and / or receiving sound signals from another protective layer 19 be enclosed. The further protective layer 19 serves as well as the protective layer 17 to protect the device 1 for transmitting and / or receiving sound signals against external influences, for example against weather influences or mechanical influences.

Um beim Betrieb der Vorrichtung 1 entstehende Wärme abführen zu können, ist die Vorrichtung 1 erfindungsgemäß mit einem wärmeableitenden Träger 21 verbunden. Der wärmeableitende Träger 21 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt, das gut wärmeleitend ist. Um die Wärme aus dem wärmeableitenden Träger 21 abführen zu können, ist dieser zum Beispiel bei Einsatz der Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen als Abstandssensor in einem Kraftfahrzeug mit weiteren Karosserieteilen des Fahrzeugs verbunden. Hierbei ist der wärmeableitende Träger 21 vorzugsweise thermisch an die Karosserie angebunden. Dies kann zum Beispiel durch eine Schweißverbindung erfolgen. In order to operate the device 1 Being able to dissipate the resulting heat is the device 1 according to the invention with a heat-dissipating carrier 21 connected. The heat-dissipating carrier 21 is preferably made of a metallic material, which is good heat conducting. To remove the heat from the heat-dissipating carrier 21 To be able to dissipate this, for example, when using the device for transmitting and / or receiving sound signals as a distance sensor in a motor vehicle connected to other body parts of the vehicle. Here is the heat-dissipating carrier 21 preferably thermally connected to the body. This can be done for example by a welded joint.

Der wärmeableitende Träger 21 ist vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl, Aluminium, Messing oder Kupfer gefertigt. Gleichzeitig kann der wärmeableitende Träger 21, sofern dieser aus einem Metall geformt ist und damit ebenfalls gut einen elektrischen Strom leiten kann, als Masseelektrode für eine elektrische Schirmung der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen dienen.The heat-dissipating carrier 21 is preferably made of a metal, for example steel, aluminum, brass or copper. At the same time, the heat-dissipating carrier 21 if it is formed from a metal and thus also can easily conduct an electric current, as a ground electrode for electrical shielding of the device 1 serve for transmitting and / or receiving sound signals.

Der wärmeableitende Träger 21, auf dem die Leiterplatte 13 mit den Schallwandlern 9 befestigt ist, kann zum Beispiel ein Karosseriebauteil sein. Die weitere Schutzschicht 19 kann in diesem Fall beispielsweise eine Fahrzeuglackierung sein, die gleichzeitig auch einen Schutz vor Umwelteinflüssen darstellt. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel auf einem Karosseriebauteil aus einem Kunststoffmaterial eine Metallschicht aufzubringen, die als Wärmeleitschicht und damit als wärmeableitender Träger 21 dient. So ist es zum Beispiel möglich, auf einen Stoßfänger aus einem Kunststoffmaterial eine Metallschicht zur Wärmeleitung aufzubringen und auf diese Metallschicht die Leiterplatte mit der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen. Wenn die Leiterplatte aus einem flexiblen Material gefertigt ist, hat dies den Vorteil, dass die gesamte Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen flexibel ist und so an die Oberfläche, auf der diese aufgebracht wird, angepasst werden kann. Die Befestigung der Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen erfolgt dabei zum Beispiel durch Aufkleben der Leiterplatte auf den wärmeableitenden Träger 21. Neben Aufkleben kann auch jede beliebige andere Befestigungsart gewählt werden. Wesentlich bei der Befestigung ist eine wärmeableitende Befestigung. Wenn die Leiterplatte auf den wärmeableitenden Träger 21 geklebt wird, so ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein wärmeleitender Kleber eingesetzt wird.The heat-dissipating carrier 21 on which the circuit board 13 with the sound transducers 9 attached, for example, may be a body component. The further protective layer 19 may in this case be, for example, a vehicle paint, which also represents a protection against environmental influences. Alternatively, it is also possible to apply for example on a body component made of a plastic material, a metal layer, which serves as a heat conducting layer and thus as a heat dissipating carrier 21 serves. Thus, for example, it is possible to apply a metal layer for heat conduction to a bumper made of a plastic material and to this metal layer the circuit board with the device 1 for transmitting and / or receiving sound signals. When the circuit board is made of a flexible material, this has the advantage that the entire device for transmitting and / or receiving sound signals is flexible and can be adapted to the surface on which it is applied. The attachment of the device for transmitting and / or receiving sound signals is carried out, for example, by sticking the circuit board to the heat-dissipating carrier 21 , In addition to sticking any other type of attachment can be selected. Essential in the attachment is a heat-dissipating attachment. When the circuit board on the heat-dissipating carrier 21 is glued so it is particularly advantageous if a thermally conductive adhesive is used.

In 2 ist eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.In 2 a device for transmitting and / or receiving sound signals is shown in a second embodiment.

Der Aufbau der in 2 dargestellten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 1 dargestellten. Auch in 2 umfasst die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen eine elektromechanische Folie 3, eine als metallische Beschichtung 5 auf der elektromechanischen Folie 3 aufgebrachte Masseelektrode 7, zwei Wandlerelektroden 11, die jeweils einen Schallwandler 9 definieren. Auch in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wandlerelektroden 11 als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 13 ausgebildet. Die elektromechanische Folie mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung 5 wird mit einer Klebstoffschicht 15 auf der Leiterplatte 13 mit den darauf aufgebrachten Wandlerelektroden 11 befestigt. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der wärmeableitende Träger 21 so gestaltet, dass dieser eine Oberfläche aufweist, die in ihren Abmaßen der Größe der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen entspricht. Teile der Leiterplatte 13, auf denen sich keine elektromechanische Folie 3 mehr befindet, werden um den wärmeableitenden Träger 21 gelegt und liegen so an diesem an. Auf diese Weise kann über die gesamte Leiterplatte 13 Wärme an den wärmeableitenden Träger 21 abgegeben werden.The construction of in 2 illustrated embodiment substantially corresponds to in 1 shown. Also in 2 The device for transmitting and / or receiving sound signals comprises an electromechanical foil 3 , one as a metallic coating 5 on the electromechanical foil 3 applied ground electrode 7 , two transducer electrodes 11 , each one a sound transducer 9 define. Also in the in 2 illustrated embodiment, the transducer electrodes 11 as traces on a circuit board 13 educated. The electromechanical foil with the metallic coating applied thereon 5 comes with an adhesive layer 15 on the circuit board 13 with the applied thereon transducer electrodes 11 attached. Unlike the in 1 embodiment shown is in the in 2 illustrated embodiment of the heat-dissipating carrier 21 designed so that it has a surface whose dimensions are the size of the device 1 corresponds to the transmission and / or reception of sound signals. Parts of the circuit board 13 on which there is no electromechanical film 3 is more, are around the heat-dissipating carrier 21 placed and are so on this. In this way can be over the entire circuit board 13 Heat to the heat-dissipating carrier 21 be delivered.

Zum Betrieb des Schallwandlers wird zwischen Wandlerelektrode 11 und Masseelektrode 7 eine Spannung angelegt. Durch das Anlegen der Spannung wird die elektromechanische Folie 3 zu Schwingungen angeregt, indem elektrische Ladungen, die an Poren 23 der elektromechanischen Folie aufgeprägt sind, durch das Anlegen der Spannung zur Abstoßung bzw. Anziehung der gegenüberliegenden Seiten führen. Die so aufgebrachten Schwingungen werden als Schallsignal vom Schallwandler 9 emittiert.For operation of the transducer is between transducer electrode 11 and ground electrode 7 a voltage applied. By applying the voltage becomes the electromechanical film 3 excited to vibrate by electric charges that are attached to pores 23 the electromechanical foil are impressed, by applying the voltage for repulsion or attraction of the opposite sides lead. The vibrations thus applied are used as a sound signal from the sound transducer 9 emitted.

Beim Auftreffen eines Schallsignals auf den Schallwandler 9 beginnt die elektromechanische Folie 3 zu schwingen und aufgrund der Ladungen an den Poren 23 wird eine Spannung erzeugt. Diese kann über die Wandelelektroden 11 abgegriffen werden. Anhand der Schalllaufzeit zwischen ausgesendetem Signal und empfangenem Echo lässt sich der Abstand zu einem Objekt bestimmen.When a sound signal hits the sound transducer 9 begins the electromechanical film 3 to swing and due to the charges on the pores 23 a voltage is generated. This can be done via the conversion electrodes 11 be tapped. Based on the sound propagation time between emitted signal and received echo, the distance to an object can be determined.

Neben den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen mit nur zwei Schallwandlern 9 ist es auch möglich, mehr als zwei Schallwandler an der elektromechanischen Folie 3 vorzusehen, die zum Beispiel als Ultraschallsensoren als Abstandssensoren an Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Auch ist es möglich, nur eine Wandlerelektrode 11 vorzusehen.In addition to those in the 1 and 2 illustrated embodiments with only two transducers 9 It is also possible to have more than two transducers on the electromechanical foil 3 provide, for example, can be used as ultrasonic sensors as distance sensors on motor vehicles. It is also possible only one transducer electrode 11 provided.

Des Weiteren ist es auch möglich, den wärmeableitenden Träger 21 auf der Seite der Masseelektrode vorzusehen. Hierbei kann auch die Masseelektrode wärmeleitend an einem Träger angebunden sein und so dimensioniert werden, dass die Masseelektrode gleichzeitig als wärmeableitender Träger dient. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung des wärmeableitenden Trägers 21 auf der Seite der Wandlerelektroden 11, wie diese in den 1 und 2 dargestellt ist.Furthermore, it is also possible, the heat-dissipating carrier 21 on the side of Provide ground electrode. In this case, the ground electrode can also be connected in a heat-conducting manner to a carrier and dimensioned such that the ground electrode simultaneously serves as a heat-dissipating carrier. However, an arrangement of the heat-dissipating carrier is preferred 21 on the side of the transducer electrodes 11 like these in the 1 and 2 is shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4654546 [0004]
DE 102007037543 A [0006]

Claims

Device for transmitting and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, comprising an electromechanical film ( 3 ) connected to at least one front side electrode ( 7 ) and at least one backside electrode ( 11 ), characterized in that the electromechanical foil ( 3 ) thermally conductive with a carrier ( 21 ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that the front side electrode ( 7 ) and / or the backside electrode ( 11 ) is a full-surface metal layer, which is for heat dissipation with the carrier ( 21 ) connected is.

Device according to claim 1, characterized in that the electromechanical foil ( 3 ) and the at least one front-side electrode ( 7 ) or the at least one backside electrode ( 11 ) An insulating layer is applied and on the insulating layer a good heat-conducting layer for heat dissipation.

Device according to claim 3, characterized in that the insulating layer comprises a layer of a polymer.

Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the good heat-conducting layer is a metal layer, for example copper, aluminum, silver, brass or steel.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier ( 21 ) contains a good heat-conducting material.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier has a base made of a poorly heat-conducting material and a good heat-conducting portion, with which the electromechanical film is thermally conductively connected.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that between the carrier ( 21 ) and the electromechanical foil ( 3 ) An insulating layer is added.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the carrier ( 21 ) is a bumper, a body part or other attached to the outer shell part of a motor vehicle or an autonomously moving system.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the autonomously moving system is a robot.

Use of the device according to one of claims 1 to 9 as an ultrasonic sensor for environment detection, in particular for detecting the environment of a motor vehicle or an autonomously moving system.