DE102013211619A1

DE102013211619A1 - Environment sensing device with ultrasonic transducer, and motor vehicle with such environment sensing device

Info

Publication number: DE102013211619A1
Application number: DE201310211619
Authority: DE
Inventors: David Bartyllla; Andre Gerlach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24
Also published as: WO2014202331A1; CN105339099A; EP3010652A1; CN105339099B

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Umfeldsensiereinrichtung mit einem Ultraschallwandler, der zumindest ein Wandlerelement und zumindest einen Resonanzkörper aufweist, und einer Membran zur Schallübertragung, wobei die Umfeldsensiereinrichtung eingerichtet ist, um Ultraschallsignale zu senden und/oder zu empfangen. Der Resonanzkörper hat einen Vorderkörper und einen Rückkörper und ist an einer Stirnseite des Vorderkörpers mit der Membran gekoppelt, wobei der Vorderkörper und/oder der Rückkörper des Resonanzkörpers aus zumindest einem Verbundwerkstoff bestehen. Des Weiteren offenbart die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger, Seitenspiegel oder Türabschnitt und zumindest einer derartigen Umfeldsensiereinrichtung, wobei die Membran der Umfeldsensiereinrichtung durch eine Außenhaut des Stoßfängers, des Seitenspiegels oder des Türabschnitts ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler versteckt hinter der Außenhaut angeordnet sind.The present invention discloses an environment sensor device with an ultrasound transducer, which has at least one transducer element and at least one resonance body, and a membrane for sound transmission, the environment sensor device being set up to transmit and / or receive ultrasound signals. The resonance body has a front body and a rear body and is coupled to the membrane on an end face of the front body, the front body and / or the rear body of the resonance body being composed of at least one composite material. Furthermore, the present invention discloses a motor vehicle with a bumper, side mirror or door section and at least one such environment sensor device, the membrane of the environment sensor device being formed by an outer skin of the bumper, the side mirror or the door section and wherein the ultrasound transducer is hidden behind the outer skin.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Umfeldsensiereinrichtung zur ultraschallbasierten Umfeldsensierung unter Einsatz eines Schallwandlers, wie sie unter anderem im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen sowie bewegten oder stehenden Maschinen (beispielsweise Roboter, Landmaschinen oder Baumaschinen) zum Einsatz kommt, so zum Beispiel als Umfelderfassungshilfsmittel für ein entsprechendes Einparkassistenzsystem. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, bei dem zumindest eine derartige Umfeldsensiereinrichtung an einem Stoßfänger, einem Seitenspiegel oder einem Türabschnitt des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. The invention relates to an environment sensing device for ultrasound-based environment sensing using a sound transducer, as used in conjunction with motor vehicles and moving or stationary machinery (such as robots, agricultural machinery or construction machinery), such as Umfeldfassungshilfsmittel for a corresponding parking assistance system. The invention also relates to a motor vehicle in which at least one such surroundings sensing device is arranged on a bumper, a side mirror or a door section of the motor vehicle.

In letzter Zeit werden bei Kraftfahrzeugen auf diesem technischen Gebiet in der Regel Umfeldsensoren auf Ultraschallbasis verwendet, bei denen häufig piezobasierte Schallwandler zum Einsatz kommen. Dabei werden üblicherweise Ultraschallsignale durch ein Medium wie Luft oder Wasser von einem Emitter zu einem Empfänger übermittelt oder von einem Emitter in eine Umgebung übermittelt oder von einem in der Umgebung befindlichen Objekt reflektierte Ultraschallsignale erfasst und die Laufzeit und/oder Laufzeitdifferenzen und/oder weitere Größen wie beispielsweise Amplituden und Phasen der Ultraschallsignale gemessen. Um ausreichende Sendestärken und hohe Empfangsempfindlichkeiten zu erzielen, handelt es sich bei diesen Schallwandlern überwiegend um resonante Schwinger, die aus Festkörpern und einem oder mehreren Piezoelementen bestehen. Als ein generelles Beispiel für einen derartigen resonanten Schwinger sind unter anderem als Dickenschwinger bezeichnete piezobasierte Ultraschallwandler als Stand der Technik bekannt. Ein prinzipieller Aufbau einer bekannten Umfeldsensiereinrichtung ist in 4 gezeigt, wobei der Dickenschwinger 91 der Umfeldsensiereinrichtung 9 an einer Außenhaut 92 eines Kraftfahrzeugstoßfängers (nicht gezeigt) angeordnet ist und ein flaches Piezoelement 912 als Ultraschallwandlerelement aufweist, das in einem Festkörper, einem sogenannten Resonanzkörper eingebettet ist, das heißt zwischen einem Vorderkörper 911 des Resonanzkörpers und einem Rückkörper 913 des Resonanzkörpers angeordnet und mit diesen gekoppelt ist.Recently, motor vehicles in this technical field usually use ultrasound-based environmental sensors, which often use piezobased transducers. In this case, ultrasound signals are usually transmitted through a medium such as air or water from an emitter to a receiver or transmitted from an emitter into an environment or detected by an object located in the surrounding ultrasonic signals and the transit time and / or differences in runtime and / or other variables such For example, measured amplitudes and phases of the ultrasonic signals. In order to achieve sufficient transmission strengths and high reception sensitivities, these sound transducers are predominantly resonant oscillators, which consist of solids and one or more piezo elements. As a general example of such a resonant oscillator, piezobased ultrasonic transducers, which are referred to as thickness vibrators, are known as prior art. A basic structure of a known environment sensing device is in 4 shown, with the thickness oscillator 91 the environment sensing device 9 on an outer skin 92 a motor vehicle bumper (not shown) is arranged and a flat piezoelectric element 912 as an ultrasonic transducer element, which is embedded in a solid, a so-called resonant body, that is, between a front body 911 of the resonator and a rear body 913 is arranged and coupled to the resonance body.

Ein spezifisches Beispiel für einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug kann der DE 10 2007 046 031 A1 entnommen werden. Der darin beschriebene Ultraschallsensor ist mit einer akustischen Abstimmschicht ausgebildet, die an ein Schwingungselement gekoppelt ist. Das Schwingungselement erzeugt Ultraschallwellen, die in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben werden, und die akustische Abstimmschicht wird durch rückgeworfene Ultraschallwellen deformiert, so dass das piezoelektrische Schwingungselement durch die Deformation in Resonanz versetzt wird. Der Ultraschallsensor ist hier auf einer Stoßstange beziehungsweise einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs montiert, so zum Beispiel in einem Loch in dem Stoßfänger, wobei eine Empfangsoberfläche des Ultraschallwandlers zur Umgebung des Kraftfahrzeugs hin freiliegt.A specific example of an ultrasonic sensor for a motor vehicle may be the DE 10 2007 046 031 A1 be removed. The ultrasonic sensor described therein is formed with an acoustic tuning layer which is coupled to a vibration element. The vibration element generates ultrasonic waves which are emitted to the surroundings of the motor vehicle, and the acoustic tuning layer is deformed by reflected ultrasonic waves, so that the piezoelectric vibration element is resonated by the deformation. The ultrasonic sensor is here mounted on a bumper or a bumper of the motor vehicle, for example in a hole in the bumper, wherein a receiving surface of the ultrasonic transducer is exposed to the surroundings of the motor vehicle.

Ein Nachteil des bekannten Stands der Technik auf dem Gebiet der Ultraschallwandler ist darin zu finden, dass diese in der Regel keine oder nur eine aufwendige äußere Dämpfung des Schwingungsverhaltens bieten, was üblicherweise zu erhöhtem Montageaufwand und zusätzlich benötigtem Bauraum führt. Eine derartige Dämpfung ist jedoch überaus vorteilhaft für das Schwingungsverhalten der Ultraschallwandler, um ein für die Umfeldsensierung adäquates Ein- und Ausschwingverhalten zu erreichen, und sollte in jedem Fall vorgesehen werden, jedoch ohne strukturelle oder konstruktive Nachteile mit sich zu bringen.A disadvantage of the known state of the art in the field of ultrasonic transducers can be found in the fact that they usually provide no or only a complex external damping of the vibration behavior, which usually leads to increased installation costs and additionally required space. However, such a damping is extremely advantageous for the vibration behavior of the ultrasonic transducers in order to achieve adequate for the environment sensing on and Ausschwingverhalten, and should be provided in any case, but without bringing structural or constructive disadvantages.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Eine Umfeldsensiereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Lösung für die vorhergehend diskutierten Probleme bietet, hat einen Ultraschallwandler, der zumindest ein Wandlerelement und zumindest einen Resonanzkörper aufweist, und eine Membran zur Schallübertragung, wobei die Umfeldsensiereinrichtung eingerichtet ist, Ultraschallsignale zu senden und/oder zu empfangen. Der Resonanzkörper weist dabei einen Vorderkörper und einen Rückkörper auf und ist an einer Stirnseite des Vorderkörpers, also an einem zur Membran hin zugewandten Abschnitt des Vorderkörpers, mit der Membran gekoppelt, wobei der Vorderkörper und/oder der Rückkörper des Resonanzkörpers aus zumindest einem Verbundwerkstoff, auch Kompositwerkstoff oder Composite-Material genannt, als Dämpfungsmechanismus besteht.An environment sensing device according to the present invention which provides a solution to the problems discussed above has an ultrasonic transducer comprising at least one transducer element and at least one resonator body and a membrane for sound transmission, wherein the environmental sensing device is configured to transmit and / or to transmit ultrasonic signals receive. The resonator body has a front body and a rear body and is coupled to the membrane at an end face of the front body, that is to say at a portion of the front body facing toward the membrane, the front body and / or the rear body of the resonator body also being made of at least one composite material Composite material or composite material called as damping mechanism.

Der Vorderkörper und der Rückkörper des Resonanzkörpers, auch Schwingkörper genannt, können dabei aus unterschiedlichen Kompositwerkstoffen gefertigt sein, so zum Beispiel auf Basis eines Metallwerkstoffs, auf Basis eines Keramikwerkstoffs oder auf Basis eines Kunststoffwerkstoffs, oder einer Kombination aus diesen. Die vom Wandlerelement zur Umfeldsensierung ausgesendete akustische Welle verlässt die Umfeldsensieranordnung bevorzugt in Richtung der Stirnseite des Vorderkörpers, auch als Vordermasse bezeichnet, wobei rückwärtige Strahlung im besten Fall vollständig unterdrückt wird. Dazu dient der Rückkörper, auch als Rückmasse bezeichnet, zur Dämpfung der Schwingung gegenüber dem Bereich, in welchem keine Abstrahlung gewünscht ist.The front body and the rear body of the resonator, also called vibrating body, can be made of different composite materials, such as based on a metal material, based on a ceramic material or based on a plastic material, or a combination of these. The acoustic wave emitted by the transducer element for environment sensing leaves the environment sensing arrangement preferably in the direction of the front side of the front body, also referred to as front mass, wherein rearward radiation is completely suppressed in the best case. This purpose, the back body, also referred to as back mass, for damping the vibration relative to the area in which no radiation is desired.

Der Begriff des Wandlerelements ist weit zu fassen und umfasst beispielsweise elektrischakustische Wandler, welche nach elektrostatischen, magnetostriktiven, piezoelektrischen Effekten oder Kombinationen dieser Effekte arbeiten. Im Rahmen der Erfindung kann das Wandlerelement insbesondere ein piezoelektrisches Element sein und die Umfeldsensiereinrichtung als eine piezoelektrische Umfeldsensiereinrichtung oder als Umfeldsensiereinrichtung auf Piezobasis verstanden werden. The term transducer element is to be understood broadly and includes, for example, electric-acoustic transducers which operate on electrostatic, magnetostrictive, piezoelectric effects or combinations of these effects. In the context of the invention, the transducer element can in particular be a piezoelectric element and the environmental sensing device can be understood as a piezoelectric environment sensing device or as a piezoelectric environment sensing device.

Die sogenannte Membran der Umfeldsensiereinrichtung ist beispielsweise durch eine Außenhaut eines Stoßfängers, Seitenspiegels oder Türbereichs eines Kraftfahrzeugs gebildet, wobei das Wandlerelement oder die Wandlerelemente und der oder die Resonanzkörper versteckt hinter dieser Außenhaut angeordnet sind. Durch die Kopplung mit dem Ultraschallwandler bildet die Membran eine Resonanzmembran der Umfeldsensiereinrichtung. Bevorzugt wird die Membran aus einer dünnen Materialschicht gebildet, die beispielsweise aus einem für die Außenhaut eines Kraftfahrzeugs üblichen Polymermaterial gefertigt ist. Bevorzugt weist die Membran eine Dicke zwischen 0,1mm und 4mm, besonders bevorzugt weniger als 1mm auf. Die Kopplung des Resonanzkörpers an der Stirnseite mit der Membran kann mittelbar oder unmittelbar erfolgen, in jedem Fall aber so, dass eine akustische Kopplung in ausreichendem Maße ermöglicht ist, also dass akustische Strahlungsmuster übertragen werden können. Die unmittelbare Kopplung kann beispielsweise durch einen Presssitz, Klemmsitz, wie etwa durch Einschrauben, oder auch durch eine Klebung bewerkstelligt sein. Eine mittelbare Kopplung kann bedeuten, dass eine weitere Materialschicht zwischen dem Resonanzkörper und der Membran vorgesehen ist, beispielsweise eine Flüssigkeit, wie ein Gel oder ein Öl. Diese weitere Materialschicht kann insbesondere dazu vorgesehen sein, um die akustische Kopplung zwischen dem Ultraschallwandler und der Membran zu optimieren.The so-called membrane of the environmental sensing device is formed, for example, by an outer skin of a bumper, side mirror or door region of a motor vehicle, wherein the transducer element or the transducer elements and the resonance body (s) are arranged hidden behind this outer skin. By coupling with the ultrasonic transducer, the membrane forms a resonance membrane of the environment sensing device. Preferably, the membrane is formed from a thin layer of material, which is made for example from a customary for the outer skin of a motor vehicle polymer material. The membrane preferably has a thickness of between 0.1 mm and 4 mm, particularly preferably less than 1 mm. The coupling of the resonator at the end face with the membrane can be done directly or indirectly, but in any case so that an acoustic coupling is sufficiently possible, so that acoustic radiation patterns can be transmitted. The direct coupling can be accomplished for example by a press fit, press fit, such as by screwing, or by an adhesive. Indirect coupling may mean that another layer of material is provided between the resonator body and the membrane, for example, a liquid such as a gel or an oil. This further material layer can be provided in particular in order to optimize the acoustic coupling between the ultrasound transducer and the membrane.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegeben Einrichtung möglich.By the features cited in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the device specified in the independent claim are possible.

Gemäß der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung wird eine Integration einer Dämpfung in den Resonanzkörper durch Verwenden von sogenannten Kompositwerkstoffen erreicht. Der Resonanzkörper kann dabei mittels verschiedener Herstellungsmethoden zu einem derartigen Kompositwerkstoffkörper oder einem Verbund derartiger Kompositwerkstoffkörper gemacht werden, unter anderem durch folgende Methoden:

– Sintern von Metallen, Keramiken, Kunststoffen, oder anderen geeigneten Materialien, gegebenenfalls unter Zumischung dämpfungssteigender anderer Materialien;
– Fertigung aus Metallschäumen mit luftgefüllten Hohlräumen oder mit Hohlräumen, die mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen gefüllt sind;
– Fertigung unter Vorsehen einer Wabenstruktur, gegebenenfalls mit Auffüllen der Hohlräume mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen;
– Fertigung aus zumindest einem Metallgeflecht in voluminöser Form, gegebenenfalls gefüllt mit Polymermaterial, Epoxidharz oder dergleichen, wobei die Füllung formgebend sein kann;
– Fertigung aus einem Polymermaterial, das mit Metallteilen, Keramikteilen oder dergleichen gefüllt ist; oder
– Fertigung unter Vorsehen von Kanälen oder größeren Hohlräumen, wobei die Kanäle oder Hohlräume mit Polymermaterial, Silikon, insbesondere poriger Silikonschaum, oder dergleichen gefüllt sind.

According to the environmental sensing device according to the invention, an integration of damping in the resonance body is achieved by using so-called composite materials. The resonance body can be made by means of various production methods to such a composite material body or a composite of such composite material bodies, inter alia by the following methods:

- sintering of metals, ceramics, plastics, or other suitable materials, optionally with the addition of other materials which increase damping;
- Manufacture of metal foams with air-filled cavities or cavities filled with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like;
- Manufacturing with provision of a honeycomb structure, optionally with filling the cavities with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like;
- Manufacture of at least one metal mesh in voluminous form, optionally filled with polymer material, epoxy resin or the like, wherein the filling can be shaping;
- Manufacture of a polymer material filled with metal parts, ceramic parts or the like; or
- Manufacture providing channels or larger cavities, wherein the channels or cavities with polymer material, silicone, in particular porous silicone foam, or the like are filled.

Dabei kann nur der Vorderkörper oder nur der Rückkörper durch eine der vorherstehenden Herstellungsmethoden gefertigt sein. Alternativ dazu kann sowohl der Vorderkörper als auch der Rückkörper durch eine der vorherstehenden Herstellungsmethoden gefertigt sein. Ferner können verschiedene Herstellungsmethoden bei Vorderkörper und Rückkörper verwendet werden. Es können aber auch verschiedene Herstellungsmethoden in einem von dem Vorderkörper und dem Rückkörper oder in sowohl in dem Vorderkörper als auch in dem Rückkörper zum Einsatz kommen.In this case, only the front body or only the back body can be made by one of the above manufacturing methods. Alternatively, both the front body and the back body may be manufactured by one of the above manufacturing methods. Furthermore, different methods of preparation of the front body and the rear body can be used. However, various methods of fabrication may be used in one of the front body and the rear body or in both the front body and the rear body.

Bei der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung ist es weiter vorteilhaft, dass diese zusätzlich einen weiteren Dämpfungsmechanismus zum Dämpfen der Schwingung des Resonanzkörpers aufweist. Die ausreichende Dämpfung des mechanischen Resonanzsystems ist erforderlich, um ein für die Umfeldsensierung adäquates Ein- und Ausschwingverhalten zu erreichen, Bauteiltoleranzen auszugleichen und das Zusammenwirken mehrerer Einzelwandler zu gewährleisten. So kann in einer Ausführung der Dämpfungsmechanismus durch Vorsprünge an Vorderkörper und/oder Rückkörper ausgebildet sein, die in einem schwingungsdämpfenden Material gelagert sind, vorzugsweise ein Material auf Silikonbasis, wie zum Beispiel ein Silikonschaum oder dergleichen. Hier kann unter anderem ein poriger Silikonschaum zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel der im Handel erhältliche Silikonschaum Fermasil. Wird nun beispielsweise der Vorderkörper mit Rippen oder anderen hervorstehenden Geometrien, wie zum Beispiel Noppen oder Flügel oder dergleichen, versehen, so wird bei einer eventuell immer noch vorhandenen Schwingung des Ultraschallwandlers und demnach einer Schwingung des Resonanzkörpers das Dämpfungsmaterial gestaucht und die Schwingung des Vorderkörpers durch das schwingungsdämpfende Material weiter gedämpft. Derartige Rippen oder alternative vorstehende Geometrien können auch an dem Rückkörper angebracht werden. Weiter vorzugsweise sind die mit Rippen oder anderen hervorstehenden Geometrien versehenen Teile des Resonanzkörpers mit dem schwingungsdämpfenden Material umgossen.In the environmental sensing device according to the invention, it is further advantageous that it additionally has a further damping mechanism for damping the vibration of the resonance body. The sufficient damping of the mechanical resonance system is required to achieve adequate for the environment sensing on and Ausschwingverhalten to compensate for component tolerances and to ensure the interaction of several individual transducers. Thus, in one embodiment, the damping mechanism may be formed by projections on the front body and / or the rear body which are supported in a vibration damping material, preferably a silicone based material such as a silicone foam or the like. Here, inter alia, a porous silicone foam can be used, such as the commercially available silicone foam Fermasil. If, for example, the front body is provided with ribs or other protruding geometries, such as knobs or wings or the like, then one may always be Still existing vibration of the ultrasonic transducer and thus a vibration of the resonator body, the damping material compressed and the vibration of the front body further damped by the vibration damping material. Such ribs or alternative protruding geometries may also be attached to the rear body. Further preferably, provided with ribs or other protruding geometries parts of the resonator are encapsulated with the vibration damping material.

In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung ist die mit der Membran gekoppelte Stirnseite des Vorderkörpers plattenförmig ausgebildet. Die Plattenform kann eine Ausdehnung in Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als eine Ausdehnung in Höhenrichtung oder der Höhenrichtung entspricht, wobei eine bevorzugte Höhe der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,1mm und 30mm liegt, und eine bevorzugte Breite der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,5mm und 30mm liegt. Ferner kann der Resonanzkörper zwischen seiner plattenförmigen Stirnseite und dem Wandlerelement zumindest teilweise eine Breitendimension auf, die geringer als die Breitendimension der Stirnseite ist. Demnach ist ein Absatz beziehungsweise eine Stufe zwischen der plattenförmigen Stirnseite und dem Rest des Vorderkörpers, also der Vorderkörper ohne die Stirnseite, vorgesehen. Der Begriff „plattenförmige Stirnseite“ bezeichnet hier einen Teil oder Abschnitt des Vorderkörpers, der direkt an dessen der Membran zugewandten Seite angeordnet ist und der in Form einer Platte vorliegt, das heißt dessen Dimension in der Breite, auch Breitendimension genannt, größer als dessen Dimension in der Höhe ist, auch Höhendimension genannt. Vorzugsweise hat der Resonanzkörper dabei einen Doppel-T-förmigen Längsschnitt, auch hantelförmiger Längsschnitt genannt, oder alternativ dazu einen T-förmigen Längsschnitt oder einen Längsschnitt in Form eines Dreiecks, das an seiner stirnseitigen Spitze in die Plattenform übergeht. Dadurch kann erreicht werden, dass die Biegesteifigkeit der Membran, wie zum Beispiel im Falle der Außenhaut eines Kfz-Stoßfängers als erfindungsgemäße Membran, nicht nur durch das Material des Stoßfängers definiert wird, sondern auch durch den Ultraschallwandler beziehungsweise durch dessen konstruktiven Aufbau, das heißt die Plattenform der Stirnseite des Vorderkörpers. Die Plattenform kann eine Ausdehnung in Breitenrichtung aufweisen, die größer ist als eine Ausdehnung in Höhenrichtung oder der Höhenrichtung entspricht, wobei eine bevorzugte Höhe der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,1mm und 30mm liegt, und eine bevorzugte Breite der plattenförmigen Stirnseite zwischen 0,5mm und 30mm liegt. Verändern sich dadurch jedoch die strukturellen Eigenschaften des Stoßfängers, beeinflusst dies auf unerwünschte Weise die Resonanzfrequenz des Aufbaus. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, die Resonanzfrequenzbeeinflussung wie vorhergehend beschrieben konstruktiv zu verringern, wie es beispielsweise durch Ausführung des Vorderkörpers im Bereich des Stoßfängers als Platte erreicht werden kann. Auf diese Weise kann das Schwingverhalten der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung durch die Platte des Resonanzkörpers vorteilhaft beeinflusst werden. Das Maß der Beeinflussung ist dabei von dem Steifigkeitsverhältnis von Außenhaut zu Vorderkörperplatte abhängig. Ist das Verhältnis klein, so ist die Temperaturbeeinflussung durch das Material der Außenhaut gering. Das Dickenverhältnis muss so gewählt werden, dass der Einfluss der Außenhaut ausreichend gering ausfällt. Sofern die Dicke der Außenhaut nicht den vorhergehend beschriebenen, für die akustische Übertragung bevorzugten Dicken entspricht, kann vorgesehen sein, dass der Stoßfänger des Kraftfahrzeugs in dem Bereich, in welchem die Umfeldsensiereinrichtung verbaut werden soll, entsprechend dünner ausgestaltet ist als an anderer Stelle. Derartige lokale Verdünnungen können sowohl durch nachträgliche maschinelle Bearbeitung eingearbeitet werden, beispielsweise durch Ausfräsen, oder schon im Herstellungsprozess, beispielsweise beim Spritzgießen.In a preferred embodiment of the environmental sensing device according to the invention, the front side of the front body coupled to the membrane is plate-shaped. The plate shape may have a widthwise dimension greater than a heightwise direction or the height direction, with a preferred height of the plate-shaped face being between 0.1mm and 30mm, and a preferred width of the plate-shaped face being between 0.5mm and 30mm lies. Furthermore, the resonance body between its plate-shaped end face and the transducer element at least partially a width dimension which is smaller than the width dimension of the end face. Accordingly, a step or a step between the plate-shaped end face and the rest of the front body, so the front body without the front side, is provided. The term "plate-shaped end face" here refers to a part or portion of the front body, which is located directly on its side facing the membrane and which is in the form of a plate, that is called its dimension in width, also called width dimension, larger than its dimension in height, also called height dimension. Preferably, the resonator body has a double-T-shaped longitudinal section, also called a dumbbell-shaped longitudinal section, or alternatively a T-shaped longitudinal section or a longitudinal section in the form of a triangle, which merges at its front-side tip into the plate shape. It can thereby be achieved that the bending stiffness of the membrane, as for example in the case of the outer skin of a motor vehicle bumper as a membrane according to the invention, is defined not only by the material of the bumper, but also by the ultrasonic transducer or by its structural design, that is the Plate shape of the front side of the front body. The plate shape may have a widthwise dimension greater than a heightwise direction or the height direction, with a preferred height of the plate-shaped face being between 0.1mm and 30mm, and a preferred width of the plate-shaped face being between 0.5mm and 30mm lies. However, if this changes the structural characteristics of the bumper, this undesirably affects the resonant frequency of the structure. For this reason, it makes sense to constructively reduce the resonance frequency influence as described above, as can be achieved, for example, by designing the front body in the region of the bumper as a plate. In this way, the oscillation behavior of the environmental sensing device according to the invention can be advantageously influenced by the plate of the resonance body. The degree of influence depends on the stiffness ratio of outer skin to front body plate. If the ratio is small, the temperature influence by the material of the outer skin is low. The thickness ratio must be chosen so that the influence of the outer skin is sufficiently low. Provided that the thickness of the outer skin does not correspond to the previously described, for the acoustic transmission preferred thicknesses, it can be provided that the bumper of the motor vehicle in the area in which the environment sensing device is to be installed, designed correspondingly thinner than elsewhere. Such local dilutions can be incorporated both by subsequent machining, for example by milling, or even in the manufacturing process, for example in injection molding.

Ferner kann die Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung durch die Wahl der Geometrie des Querschnitts der plattenförmigen Stirnseite beeinflusst werden, die im Kontakt mit der Stoßfängeraußenhaut steht. Im Prinzip kann jede Geometrie gewählt werden. Vorzugsweise entspricht der Querschnitt der plattenförmigen Stirnseite des Vorderkörpers einer entsprechend ausgewählten geometrischen Form, so zum Beispiel:

– einer Kreisform, wodurch die plattenförmige Stirnseite des Vorderkörpers generell eine Scheibenform annimmt;
– einer Ellipsenform, insbesondere mit unterschiedlichen Achslängen für unterschiedliche Richtcharakteristiken in horizontaler und/oder vertikaler Richtung;
– einer Rechteckform, insbesondere einer Quadratform oder der Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, insbesondere mit unterschiedlichen Abmessungen für unterschiedliche Richtcharakteristiken in horizontaler und/oder vertikaler Richtung; oder
– einer Kombination aus den vorhergehend genannten geometrischen Formen.

Furthermore, the directional characteristic of the ultrasonic transducer of the environment sensing device according to the invention can be influenced by the choice of the geometry of the cross section of the plate-shaped end face, which is in contact with the bumper outer skin. In principle, any geometry can be chosen. Preferably, the cross section of the plate-shaped end side of the front body corresponds to a correspondingly selected geometric shape, for example:

- A circular shape, whereby the plate-shaped end face of the front body generally assumes a disk shape;
- An elliptical shape, in particular with different axial lengths for different directional characteristics in the horizontal and / or vertical direction;
- A rectangular shape, in particular a square shape or the shape of a rectangle with rounded corners, in particular with different dimensions for different directional characteristics in the horizontal and / or vertical direction; or
- A combination of the previously mentioned geometric shapes.

Die Umfeldsensiereinrichtung der Erfindung kann ferner derart ausgebildet sein, dass das Wandlerelement und der Resonanzkörper durch zumindest ein Spannelement auf Druck vorgespannt angeordnet sind, vorzugsweise in der Reihenfolge Rückkörper, Wandlerelement, Vorderkörper. Ein Spannelement kann dabei eine Schraube oder dergleichen sein. Eine derartige Gestaltung des Ultraschallwandlers wird besonders im Leistungsultraschall verwendet, da dort hohe mechanische Spannungen auf das piezokeramische Wandlerelement wirken können. Da aber besonders Zugspannungen zu Schädigungen der Piezokeramik führen können, ist die Anordnung durch beispielweise eine Schraube auf Druck vorgespannt, so dass der Ultraschallwandler stärker beansprucht werden kann.The environment sensing device of the invention may further be configured such that the transducer element and the resonance body are biased by at least one tensioning element to pressure, preferably in the order rear body, transducer element, front body. A clamping element can be a screw or the like. Such a design of Ultrasonic transducer is used especially in the power ultrasound because there high mechanical stresses can act on the piezoceramic transducer element. However, since especially tensile stresses can lead to damage to the piezoceramic, the arrangement is biased by, for example, a screw on pressure, so that the ultrasonic transducer can be subjected to more stress.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind das Wandlerelement und der Resonanzkörper durch einen Presssitz oder durch eine Klebung miteinander gekoppelt. Die Wahl der Kopplung kann durch das voraussichtliche Einsatzgebiet bestimmt sein, beispielsweise durch Vorgaben der Schüttelfestigkeit der Anordnung. Ferner können zusätzlich an den Verbindungsstellen zwischen der Membran und dem Vorderkörper, dem Vorderkörper und dem Piezoelement, und/oder dem Piezoelement und dem Rückkörper in beispielsweise der Klebung oder dem Klemmkontakt ebenfalls zusätzliche Dämpfungsmechanismen vorgesehen sein.According to a further embodiment, the transducer element and the resonance body are coupled together by a press fit or by gluing. The choice of coupling can be determined by the expected field of application, for example by specifying the shake resistance of the arrangement. Furthermore, in addition to the connection points between the membrane and the front body, the front body and the piezoelectric element, and / or the piezoelectric element and the rear body in example, the adhesion or the clamping contact also additional damping mechanisms can be provided.

Ein derartig hergestellter Resonanzkörper ist besonders geeignet für alle Fahrzeuge oder bewegte Maschinen, die generell eine Umfeldsensierung einsetzen. Die Erfindung kann insbesondere bei solchen Umfeldsensoren eingesetzt werden, welche beispielsweise im vorderen und/oder hinteren Stoßfänger eines Fahrzeugs zum Zwecke der Parkassistenz und/oder Kollisionsvermeidung vorgesehen sind. Typischerweise werden dabei Ultraschallwandler eingesetzt, welche sowohl Ultraschallwellen emittieren können als auch Ultraschallwellen empfangen können. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Ultraschallwandler nur als Empfänger oder nur als Sender einzusetzen. Insbesondere ist dies der Fall bei den fahrzeugtechnikbezogenen Gebieten Antriebselektronik und Betriebselektronik, auch AE-BE genannt, im Bereich der Robotik, insbesondere für Transportroboter in der Fertigung, in Krankenhäusern, in Pflegeheimen, in Logistikbereichen, etc., sowie bei der Herstellung von Land- und Baumaschinen.A resonator manufactured in this way is particularly suitable for all vehicles or moving machines which generally use environmental sensing. The invention can be used in particular in those environmental sensors which are provided, for example, in the front and / or rear bumper of a vehicle for the purpose of parking assistance and / or collision avoidance. Typically, ultrasonic transducers are used which can both emit ultrasonic waves and receive ultrasonic waves. But it can also be provided to use the ultrasonic transducer only as a receiver or only as a transmitter. In particular, this is the case in the vehicle technology-related areas of drive electronics and operating electronics, also known as AE-BE, in the field of robotics, in particular for transport robots in manufacturing, in hospitals, in nursing homes, in logistics areas, etc., as well as in the production of agricultural vehicles. and construction machinery.

Ferner ist gemäß der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger, Seitenspiegel oder Türabschnitt und einer vorhergehend beschriebenen Umfeldsensiereinrichtung vorgesehen, wobei die Membran der Umfeldsensiereinrichtung durch eine Außenhaut des Stoßfängers, des Seitenspiegels oder des Türabschnitts ausgebildet ist und wobei der Ultraschallwandler, also das Wandlerelement und der Resonanzkörper, versteckt hinter der Außenhaut angeordnet sind. Insbesondere kann dabei die Umfeldsensiereinrichtung in einem Ultraschallsystem verbaut sein, welches eine Gruppe von Ultraschallsensiereinrichtungen umfasst, wobei zumindest eine, bevorzugt alle Ultraschallsensiereinrichtungen die vorhergehend beschriebenen Merkmale der Umfeldsensiereinrichtung umfassen. Further, according to the invention, there is provided a motor vehicle having a bumper, side mirror or door section and a surrounding sensing device as described above, wherein the membrane of the surrounding sensing device is formed by an outer skin of the bumper, the side mirror or the door section, and wherein the ultrasonic transducer, that is, the transducer element and the resonance body , hidden behind the outer skin are arranged. In particular, the environment-sensing device can be installed in an ultrasound system which comprises a group of ultrasound-sensing devices, wherein at least one, preferably all ultrasound-sensing devices comprise the previously described features of the surroundings-sensing device.

Das Ultraschallsystem kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Teilumgebung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Beispielsweise können die Ultraschallsensiereinrichtungen im Frontbereich zur Erfassung einer vorderseitigen Fahrzeugumgebung und/oder die Ultraschallsensiereinrichtungen im Seitenbereich zur Erfassung eines Seitenbereichs des Fahrzeugs und/oder die Ultraschallsensiereinrichtungen im Heckbereich zur Erfassung einer rückwärtigen Umgebung des Fahrzeugs jeweils einem derartigen Ultraschallsystem zugeordnet sein. Typischerweise werden hierbei vier bis sechs Ultraschallsensiereinrichtungen in einem Stoßfänger verbaut, wobei nur maximal vier Ultraschallsensiereinrichtungen mit ungefähr derselben Blickrichtung montiert sind. Um insbesondere auch den Bereich neben dem Fahrzeug zu erfassen, werden im vorderen Stoßfänger außerdem Ultraschallsensiereinrichtungen so positioniert, dass sie nach links und nach rechts ihren Erfassungsbereich haben. Zusätzlich oder alternativ können auch im hinteren Stoßfänger Ultraschallsensiereinrichtungen derart positioniert sein, dass diese einen Bereich links und rechts neben dem Kraftfahrzeug erfassen. The ultrasound system can be set up, for example, to detect a sub-environment of the motor vehicle. For example, the front-side ultrasonic sensing devices for detecting a front-side vehicle environment and / or the side-detecting ultrasonic detecting devices for detecting a side region of the vehicle and / or the rear-side ultrasonic sensing devices for detecting a rearward environment of the vehicle may each be associated with such an ultrasonic system. Typically, in this case four to six ultrasonic sensors are installed in a bumper, with only a maximum of four ultrasonic sensors are mounted with approximately the same direction of view. In particular, to detect the area adjacent to the vehicle, ultrasonic sensors are also positioned in the front bumper so that they have their detection area to the left and to the right. Additionally or alternatively, ultrasound sensing devices can also be positioned in the rear bumper in such a way that they detect an area to the left and right of the motor vehicle.

Das Ultraschallsystem weist darüber hinaus auch eine der jeweiligen Gruppe zugeordnete Steuereinrichtung und eine Signalverarbeitungseinrichtung auf. Um den Seitenbereich des Fahrzeugs zu erfassen, können sowohl seitlich im vorderen und hinteren Stoßfänger verbaute Ultraschallsensiereinrichtungen verwendet werden, als auch solche Ultraschallsensiereinrichtungen, die in einem Seitenspiegel oder in einem Türabschnitt verbaut sind.The ultrasound system furthermore has a control device assigned to the respective group and a signal processing device. In order to detect the side region of the vehicle, both ultrasonic sensors used laterally in the front and rear bumper can be used, as can those ultrasonic sensors which are installed in a side mirror or in a door section.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die vorliegende Erfindung, zumindest im Zuge einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung, ermöglicht es weiterhin, eine Schwingungsdämpfung in die Elemente des Resonanzkörpers durch Verwendung von Kompositwerkstoffkörpern zu integrieren. Zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen beziehungsweise separat vorgesehene Dämpfungsbauteile können dabei vermieden werden, wodurch mittels der Integration der Dämpfung in die Bauteile des Resonanzkörpers die Montage der Umfeldsensiereinrichtung vereinfacht werden kann, Einsparungen zusätzlicher schwingungsdämpfender Bauteile erzielt werden, Bauraum für die erfindungsgemäße Umfeldsensiereinrichtung verringert werden kann, und eine unerwünschte Schwingungseinleitung in benachbarte Strukturen verhindert werden kann, da aufgrund der Vermeidung zusätzlicher Dämpfungsmaterialien, die um den Resonanzkörper umgossen sind, keine Verbindung zum Gehäuse herstellt wird.The present invention, at least in the context of a preferred embodiment of the environment sensing device according to the invention, further makes it possible to integrate a vibration damping in the elements of the resonance body by using composite material bodies. Additional damping measures or separately provided damping components can be avoided, whereby the assembly of the environment sensing device can be simplified by means of the integration of the damping in the components of the resonator, savings of additional vibration damping components can be achieved, space for the environment sensing device according to the invention can be reduced, and an undesirable vibration introduction can be prevented in adjacent structures, since due to the avoidance of additional damping materials, which are encapsulated around the resonator body, no connection is made to the housing.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it

1 einen Längsschnitt eines prinzipiellen Aufbaus einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung; 1 a longitudinal section of a basic structure of a first preferred embodiment of the environment sensing device according to the invention;

2 einen Längsschnitt eines prinzipiellen Aufbaus einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung; 2 a longitudinal section of a basic structure of a second preferred embodiment of the environment sensing device according to the invention;

3 einen Längsschnitt eines prinzipiellen Aufbaus einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umfeldsensiereinrichtung; und 3 a longitudinal section of a basic structure of a third preferred embodiment of the environment sensing device according to the invention; and

4 einen Längsschnitt eines prinzipiellen Aufbaus eines Ultraschallwandlers gemäß dem Stand der Technik. 4 a longitudinal section of a basic structure of an ultrasonic transducer according to the prior art.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

1 zeigt eine Umfeldsensiereinrichtung 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Querschnittsansicht in einem nicht aktivierten Zustand. Die Umfeldsensiereinrichtung 1 umfasst einen Ultraschallwandler 11 und eine Membran 12, wobei der Ultraschallwandler 11 aus einer Verbindung aus einem zylinderförmigen Vorderkörper 111, einem zylinderförmigen Wandlerelement 112 und einem zylinderförmigen Rückkörper 113, in dieser Reihenfolge, besteht. Der Vorderkörper 111, das Wandlerelement 112 und der Rückkörper 113 können alternativ auch eine andere Gestalt als eine Zylinderform annehmen, wie beispielsweise die Form eines Quaders oder dergleichen. Der Vorderkörper 111 ist mit einer der Membran 12 zugewandten Stirnseite mit der Membran 12 gekoppelt. Das bedeutet, dass in der dargestellten Ausführungsform die Stirnseite eine Kontaktfläche zur Membran 12 bildet. Die Kopplung zwischen dem Vorderkörper 111 und der Membran 12 kann mittelbar und unmittelbar erfolgen, wobei mit einem mittelbaren Kontakt bezeichnet wird, dass zwischen der Stirnseite und der Membran 12 zumindest eine Schicht eines weiteren Materials angeordnet ist, beispielsweise eine Flüssigkeitsschicht wie etwa Öl oder Gel, um die akustische Kopplung zu verbessern. Zwischen der Stirnseite und der Membran 12 kann alternativ dazu eine mechanische Kopplung vorliegen, beispielsweise durch eine Verschraubung oder eine Verklemmung des Vorderkörpers 111 in der Membran 12, oder der Vorderkörper 111 kann auch an die Membran 12 geklebt sein. Um eine Dämpfung des Ultraschallwandlers 11 zu erreichen, besteht der Resonanzkörper aus Kompositwerkstoff oder einer Vielzahl von Kompositwerkstoffen. So kann beispielsweise der Resonanzkörper 111, 113 bei dieser Ausführungsform aus einem Vorderkörper 111 aus einem polymergefüllten Metallschaum und aus einem vergleichbaren Rückkörper 113 aufgebaut sein. Vorzuziehen sind hierbei Füllungen, die die Eigenschaften des Vorder- oder Rückkörpers positiv beeinflussen. Dazu gehören vor allem steifigkeitserhöhende und dichtereduzierende Maßnahmen. Diese sind beispielsweise durch Faserkunststoffverbunde zu erreichen, bei denen Polymere, wie zum Beispiel Epoxidharz, oder Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, mit Glas- oder Kohlefasern vermengt werden. Außerdem sind Einlagen bzw. Einlagerungen von Hohlkugeln oder anderen Partikeln denkbar. Um die Eigenschaften weiter zu beeinflussen, sind auch andere Füllstoffe und Kombinationen möglich. Eine praxisnahe Ausführungsform zeigt ein glasfasergefülltes Epoxidharz als Material für sowohl den Vorderkörper als auch den Rückkörper. Dadurch können die Eigenschaften des Wandlers, wie Dämpfung, Resonanzfrequenz und die Sensitivität, wie gewünscht gestaltet werden. 1 shows an environment sensing device 1 according to a first preferred embodiment of the invention in lateral cross-sectional view in a non-activated state. The environment sensing device 1 includes an ultrasonic transducer 11 and a membrane 12 , wherein the ultrasonic transducer 11 from a compound of a cylindrical front body 111 a cylindrical transducer element 112 and a cylindrical rear body 113 , in this order, exists. The front body 111 , the transducer element 112 and the back body 113 Alternatively, they may take a different shape than a cylindrical shape, such as the shape of a cuboid or the like. The front body 111 is with one of the membrane 12 facing end face with the membrane 12 coupled. This means that in the illustrated embodiment, the end face a contact surface to the membrane 12 forms. The coupling between the front body 111 and the membrane 12 can be done directly and indirectly, with an indirect contact is called that between the front and the membrane 12 at least one layer of another material is arranged, for example a liquid layer such as oil or gel, to improve the acoustic coupling. Between the front and the membrane 12 Alternatively, there may be a mechanical coupling, for example by screwing or jamming the front body 111 in the membrane 12 , or the front body 111 can also be attached to the membrane 12 be glued. To a damping of the ultrasonic transducer 11 To achieve the resonant body consists of composite material or a variety of composite materials. For example, the sound box 111 . 113 in this embodiment, a front body 111 from a polymer-filled metal foam and from a comparable back body 113 be constructed. Preferred are fillings which positively influence the properties of the front or back body. These include, above all, stiffness-increasing and density-reducing measures. These can be achieved for example by fiber-plastic composites, in which polymers, such as epoxy resin, or metals, such as aluminum, are mixed with glass or carbon fibers. In addition, deposits or inclusions of hollow spheres or other particles are conceivable. To further influence the properties, other fillers and combinations are also possible. A practical embodiment shows a glass fiber filled epoxy as a material for both the front body and the back body. Thereby, the characteristics of the transducer such as attenuation, resonance frequency and sensitivity can be made as desired.

In 2 ist eine Umfeldsensiereinrichtung 2 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Schnittansicht in einem nicht aktivierten Zustand gezeigt. Die Umfeldsensiereinrichtung 2 umfasst einen Ultraschallwandler 21 und eine Membran 22, wobei der Ultraschallwandler 21 aus einer Verbindung aus einem Vorderkörper 211, einem Wandlerelement 212 und einem Rückkörper 213, in dieser Reihenfolge, besteht. Der Vorderkörper 211 ist mit einer der Membran 22 zugewandten Stirnseite 2111, auch Stirnabschnitt 2111 oder Stirnbereich 2111 genannt, mit der Membran 22 gekoppelt. Das bedeutet, dass in der dargestellten Ausführungsform die Stirnseite 2111 eine Kontaktfläche zur Membran 22 bildet. Die Kopplung zwischen dem Vorderkörper 211 und der Membran 22 kann mittelbar und unmittelbar erfolgen, wobei mit einem mittelbaren Kontakt bezeichnet wird, dass zwischen der Stirnseite 2111 und der Membran 22 zumindest eine Schicht eines weiteren Materials angeordnet ist, beispielsweise eine Flüssigkeitsschicht wie etwa Öl oder Gel, um die akustische Kopplung zu verbessern. Zwischen der Stirnseite 2111 und der Membran 22 kann alternativ dazu eine mechanische Kopplung vorliegen, beispielsweise durch eine Verschraubung oder eine Verklemmung des Vorderkörpers 211 in der Membran 22, oder der Vorderkörper 211 kann auch an die Membran 22 geklebt sein. Die Membran 22 ist bei dieser Ausführungsform in einem Kontaktbereich zwischen Stirnseite 2111 und Membran 22 dünner ausgebildet als außerhalb des Kontaktbereichs, so dass der Vorderkörper 211 im Kontaktbereich in einer Aussparung 221 in der Membran 22 zumindest teilweise versenkt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Umfeldsensiereinrichtung 2 einerseits ausreichend empfindlich zur Aufnahme von Ultraschallwellen ausgelegt werden kann beziehungsweise ausreichend starke Ultraschallwellen aussenden kann, und andererseits die Membran 22 außerhalb des Kontaktbereichs ausreichend dick gestaltet werden kann. In 2 is an environment sensing device 2 according to a second preferred embodiment of the invention in side sectional view in a non-activated state shown. The environment sensing device 2 includes an ultrasonic transducer 21 and a membrane 22 , wherein the ultrasonic transducer 21 from a compound of a front body 211 , a transducer element 212 and a back body 213 , in this order, exists. The front body 211 is with one of the membrane 22 facing end face 2111 , also forehead section 2111 or forehead area 2111 called, with the membrane 22 coupled. This means that in the illustrated embodiment, the front side 2111 a contact surface to the membrane 22 forms. The coupling between the front body 211 and the membrane 22 can be done directly and indirectly, with an indirect contact is called that between the front page 2111 and the membrane 22 at least one layer of another material is arranged, for example a liquid layer such as oil or gel, to improve the acoustic coupling. Between the front side 2111 and the membrane 22 Alternatively, there may be a mechanical coupling, for example by screwing or jamming the front body 211 in the membrane 22 , or the front body 211 can also be attached to the membrane 22 be glued. The membrane 22 is in this embodiment in a contact area between the front side 2111 and membrane 22 thinner than outside the contact area, so that the front body 211 in the contact area in a recess 221 in the membrane 22 at least partially sunk. This has the advantage that the environment sensing device 2 on the one hand can be designed sufficiently sensitive to absorb ultrasonic waves or can emit sufficiently strong ultrasonic waves, and on the other hand, the membrane 22 can be made sufficiently thick outside the contact area.

Der Vorderkörper 211 ist bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 2 zu sehen ist, im Schnitt in einer Doppel-T-Form ausgebildet, wobei die Stirnseite 2111 des Vorderkörpers 211 plattenförmig vorliegt, das heißt als Platte beziehungsweise plattenartig ausgebildet ist. Ein Durchmesser des Querschnitts der Stirnseite 2111 ist größer als der Querschnitt eines Mittelteils 2112 des Vorderkörpers 211 und in etwa gleich groß wie der Querschnitt einer Rückseite 2113 des Vorderkörpers 21, wobei jeweils zwischen Stirnseite 2111 und Mittelteil 2112 sowie zwischen Mittelteil 2112 und Rückseite 2113 des Vorderkörpers 211 ein Absatz vorgesehen ist, so dass die Doppel-T-Form des Vorderkörpers 211 zustande kommt. Ferner ist der gesamte Ultraschallwandler 21 in dieser Ausführung rotationssymmetrisch aufgebaut, was bedeutet dass sowohl der Querschnitt des Vorderkörpers 211, der Querschnitt des Wandlerelements 212 als auch der Querschnitt des Rückkörpers 213 eine Kreisform ausbilden. Alternativ dazu kann der Querschnitt eines dieser Bauteile oder aller dieser Bauteile auch eine Ellipsenform, eine Rechteckform, insbesondere einer Quadratform oder der Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken, oder eine Kombination aus den vorhergehend genannten geometrischen Formen aufweisen. Entsprechend weist die Stirnseite 2111 oder Stirnbereich 2111 des Vorderkörpers 211 ebenfalls eine Kreisform auf, wodurch die Stirnseite 2111 des Vorderkörpers 211 bei dieser Ausführungsform die Form einer Scheibe einnimmt. Die Aussparung 221 der Membran 22 entspricht dabei der Querschnittsform der Stirnseite 2111 des Vorderkörpers 211. So kann beispielsweise der Resonanzkörper 211, 213 bei dieser Ausführungsform aus einem Vorderkörper 211 aus einer polymergefüllten Wabenstruktur und aus einem Rückkörper 213 aus einem mit Keramikteilchen gefüllten Polymerwerkstoff aufgebaut sein. Die Wabenstruktur kann beispielsweise aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium, gebildet und mit ein Polymer, wie zum Beispiel Epoxid, gefüllt werden. Da die Schwingungsdämpfung am Übergang vom Metall zum Polymer besonders groß ist, sind solche Anordnungen zu bevorzugen, die bezogen auf das Volumen des Gesamtkörpers eine große Gesamtfläche dieser Übergangsfläche besitzen.The front body 211 is in the second preferred embodiment, as in 2 can be seen, formed on average in a double T-shape, with the front side 2111 of the fore body 211 is plate-shaped, that is formed as a plate or plate-like. A diameter of the cross section of the front side 2111 is larger than the cross section of a middle part 2112 of the fore body 211 and about the same size as the cross section of a back 2113 of the fore body 21 , in each case between front page 2111 and middle part 2112 as well as between middle part 2112 and back 2113 of the fore body 211 a paragraph is provided so that the double T-shape of the front body 211 comes about. Further, the entire ultrasonic transducer 21 constructed rotationally symmetric in this embodiment, which means that both the cross section of the front body 211 , the cross section of the transducer element 212 as well as the cross section of the back body 213 form a circular shape. Alternatively, the cross section of one of these components or all of these components may also have an ellipse shape, a rectangular shape, in particular a square shape or the shape of a rectangle with rounded corners, or a combination of the aforementioned geometric shapes. Accordingly, the front side 2111 or forehead area 2111 of the fore body 211 also a circular shape, whereby the front side 2111 of the fore body 211 in this embodiment takes the form of a disc. The recess 221 the membrane 22 corresponds to the cross-sectional shape of the front side 2111 of the fore body 211 , For example, the sound box 211 . 213 in this embodiment, a front body 211 from a polymer-filled honeycomb structure and from a back body 213 be constructed of a polymer material filled with ceramic particles. For example, the honeycomb structure may be formed of a metal, such as aluminum, and filled with a polymer, such as epoxy. Since the vibration damping at the transition from the metal to the polymer is particularly large, it is preferable to have arrangements which, based on the volume of the total body, have a large total area of this transitional surface.

Schließlich ist in 3 eine Umfeldsensiereinrichtung 3 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Schnittansicht in einem nicht aktivierten Zustand gezeigt. Die Umfeldsensiereinrichtung 3 umfasst einen Ultraschallwandler 31 und eine Membran 32, wobei der Ultraschallwandler 31 aus einer Verbindung aus einem Vorderkörper 311, einem Wandlerelement 312 und einem Rückkörper 313 besteht. Der Vorderkörper 311 ist mit einer der Membran 32 zugewandten Stirnseite 3111 mit der Membran 32 gekoppelt. Die Membran 32 ist wie in den vorhergehenden Ausführungsformen in einem Kontaktbereich zwischen Stirnseite 3111 und Membran 32 dünner ausgebildet als außerhalb des Kontaktbereichs, so dass der Vorderkörper 311 im Kontaktbereich in einer Aussparung 321 in der Membran 32 zumindest teilweise versenkt ist. Der Vorderkörper 311 ist in der dritten bevorzugten Ausführungsform im Schnitt in einer prinzipiellen Doppel-T-Form ausgebildet, wobei die Stirnseite 3111 des Vorderkörpers 311 plattenförmig vorliegt. Der Ultraschallwandler 31 hat dabei prinzipiell denselben Aufbau wie der Ultraschallwandler 21 der zweiten bevorzugten Ausführungsform, wobei der Durchmesser des Querschnitts der Stirnseite 3111 größer als der Querschnitt eines Mittelteils 3112 des Vorderkörpers 311 und in etwa gleich groß wie der Querschnitt einer Rückseite 3113 des Vorderkörpers 31 ist, und wobei jeweils zwischen Stirnseite 3111 und Mittelteil 3112 sowie zwischen Mittelteil 3112 und Rückseite 3113 des Vorderkörpers 311 ein Absatz vorgesehen ist, so dass eine Doppel-T-Form des Vorderkörpers 311 entsteht. Um eine Dämpfung durch Kompositwerkstoffe zu erreichen, ist der Resonanzkörper 311, 313 bei dieser Ausführungsform aus einem Vorderkörper 311 aus Aluminium mit zugemischten dämpfungssteigernden Materialien, wie zum Beispiel gelgefüllten Kugeln, und aus einem Rückkörper 313 aus einem Polypropylen mit eingebetteten Glasfasern aufgebaut. Um die dadurch bereitgestellte Dämpfungseigenschaft der Umfeldsensiereinrichtung 3 noch zu verstärken, sind bei dieser bevorzugten Ausführungsform ferner zwischen der Stirnseite 3111 und der Rückseite 3113 des Vorderkörpers 311, also an dem Mittelteil 3112 Vorsprünge in Form von Rippen 3114 beziehungsweise in Form einer hervorstehenden Rippenstruktur 3114 vorgesehen. Die Rippenstruktur 3114 ist durch einen Dämpfungsmechanismus 4 innerhalb eines Dämpfungsmaterialbehälters 41 von einem Dämpfungsmaterial 42 so umschlossen, dass die Rippen 3114 und damit der gesamte Vorderkörper 311 in dem Dämpfungsmaterial 42 schwingungsdämpfend gelagert ist. Der Dämpfungsmaterialbehälter 41 ist an der Membran 32 befestigt, beispielsweise durch Klebung, so dass die Aussparung 321 der Membran 32 zusammen mit dem Ultraschallwandler 31 vollständig eingeschlossen ist. Wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist die Stirnseite 3111 oder Stirnbereich 3111 des Vorderkörpers 311 eine Kreisform auf, wodurch die Stirnseite 3111 des Vorderkörpers 311 bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Form einer Scheibe einnimmt. Die Aussparung 321 der Membran 32 entspricht dabei der Querschnittsform der Stirnseite 3111 des Vorderkörpers 311. Finally, in 3 an environment sensing device 3 according to a third preferred embodiment of the invention in side sectional view in a non-activated state shown. The environment sensing device 3 includes an ultrasonic transducer 31 and a membrane 32 , wherein the ultrasonic transducer 31 from a compound of a front body 311 , a transducer element 312 and a back body 313 consists. The front body 311 is with one of the membrane 32 facing end face 3111 with the membrane 32 coupled. The membrane 32 is in a contact area between the front side as in the previous embodiments 3111 and membrane 32 thinner than outside the contact area, so that the front body 311 in the contact area in a recess 321 in the membrane 32 at least partially sunk. The front body 311 is formed in the third preferred embodiment in section in a principal double T-shape, wherein the end face 3111 of the fore body 311 plate-shaped present. The ultrasonic transducer 31 has in principle the same structure as the ultrasonic transducer 21 the second preferred embodiment, wherein the diameter of the cross section of the end face 3111 larger than the cross section of a middle section 3112 of the fore body 311 and about the same size as the cross section of a back 3113 of the fore body 31 is, and being between each front page 3111 and middle part 3112 as well as between middle part 3112 and back 3113 of the fore body 311 a paragraph is provided so that a double T-shape of the front body 311 arises. To achieve damping by composite materials, the resonant body 311 . 313 in this embodiment, a front body 311 aluminum with admixed damping enhancing materials, such as gel filled balls, and a back body 313 built from a polypropylene with embedded glass fibers. To the thus provided damping property of environment sensing device 3 To reinforce, are in this preferred embodiment also between the front side 3111 and the back 3113 of the fore body 311 that is, at the middle part 3112 Projections in the form of ribs 3114 or in the form of a protruding rib structure 3114 intended. The rib structure 3114 is by a damping mechanism 4 within a damping material container 41 from a damping material 42 so enclosed that the ribs 3114 and thus the entire front body 311 in the damping material 42 is mounted vibration damping. The damping material container 41 is on the membrane 32 attached, for example, by gluing, leaving the recess 321 the membrane 32 together with the ultrasonic transducer 31 is completely enclosed. As in the second preferred embodiment, the end face 3111 or forehead area 3111 of the fore body 311 a circular shape, whereby the front side 3111 of the fore body 311 in this preferred embodiment takes the form of a disc. The recess 321 the membrane 32 corresponds to the cross-sectional shape of the front side 3111 of the fore body 311 ,

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, it is within the scope of the claims a variety of modifications possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007046031 A1 [0003]

Claims

Environment sensing device ( 1 ; 2 ; 3 ) with an ultrasonic transducer ( 11 ; 21 ; 31 ), the at least one transducer element ( 112 ; 212 ; 312 ) and at least one resonance body ( 111 . 113 ; 211 . 213 ; 311 . 313 ), and a membrane ( 12 ; 22 ; 32 ) for sound transmission, wherein the environmental sensing device ( 1 ; 2 ; 3 ) is adapted to transmit and / or receive ultrasound signals, wherein the resonance body ( 111 . 113 ; 211 . 213 ; 311 . 313 ) a front body ( 111 ; 211 ; 311 ) and a back body ( 113 ; 213 ; 313 ) and at one end face ( 1111 ; 2111 ; 3111 ) of the front body ( 111 ; 211 ; 311 ) with the membrane ( 12 ; 22 ; 32 ), characterized in that the front body ( 111 ; 211 ; 311 ) and / or the rear body ( 113 ; 213 ; 313 ) of the resonance body ( 111 . 113 ; 211 . 213 ; 311 . 313 ) consists of at least one composite material as a damping mechanism.

Environment sensing device ( 1 ; 2 ; 3 ) according to claim 1, wherein the front body ( 111 ; 211 ; 311 ) and / or the rear body ( 113 ; 213 ; 313 ) of the resonance body ( 111 . 113 ; 211 . 213 ; 311 . 313 ) is produced as follows: a) by metal sintering, plastic sintering or ceramic sintering, preferably with the addition of damping-increasing materials; b) metal foam, wherein the cavities of the metal foam are filled with polymer or silicone; c) a honeycomb structure, wherein the cavities of the honeycomb structure are filled with polymer or silicone; d) metal mesh, wherein the cavities of the metal mesh are filled with polymer or epoxy resin; e) of polymer filled with metal particles or ceramic particles; f) of a material in which channels are provided, wherein the channels are filled with polymer or silicone, or g) one or more combinations of a) to f).

Environment sensing device ( 3 ) according to one of the preceding claims, wherein the environmental sensing device ( 3 ) an additional damping mechanism ( 4 ) for further damping the vibration of the resonator ( 311 . 313 ) having.

Environment sensing device ( 3 ) according to claim 3, wherein the damping mechanism ( 4 ) by protrusions on the front body ( 311 ) and / or back body ( 313 ) formed in a vibration damping material ( 42 ), preferably a silicone-based material.

Environment sensing device ( 2 ; 3 ) according to any one of the preceding claims, wherein the with the membrane ( 22 ; 32 ) coupled end face ( 2111 ; 3111 ) of the front body ( 211 ; 311 ) is plate-shaped.

Environment sensing device ( 2 ; 3 ) according to claim 5, wherein the resonance body ( 211 . 213 ; 311 . 313 ) between its plate-shaped end face ( 2111 ; 3111 ) and the transducer element ( 212 ; 312 ) at least partially has a width dimension which is less than the width dimension of the end face ( 2111 ; 3111 ).

Environment sensing device ( 2 ; 3 ) according to claim 5 or 6, wherein the resonance body ( 211 . 213 ; 311 . 313 ) has a double-T-shaped longitudinal section, and / or the cross section of the plate-shaped end face ( 2111 ; 3111 ) of the front body ( 211 ; 311 ) corresponds to a geometric shape, the directional characteristic of the ultrasonic transducer ( 21 ; 31 ), preferably a circular shape, a square shape, an ellipse shape, a rectangular shape, a shape of a rectangle with rounded corners, or a combination of these.

Environment sensing device according to one of the preceding claims, wherein the transducer element and the resonance body are arranged biased by pressure at least one clamping element, preferably in the order rear body, transducer element, front body.

Environment sensing device according to claim 8, wherein the clamping element is a screw.

Motor vehicle with a bumper, side mirror or door section and at least one environmental sensing device ( 1 ; 2 ; 3 ) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane ( 12 ; 22 ; 32 ) of the environment sensing device ( 1 ; 2 ; 3 ) through an outer skin ( 12 ; 22 ; 32 ) of the bumper, the side mirror or the door section is formed and wherein the ultrasonic transducer ( 11 ; 21 ; 31 ) are hidden behind the outer skin.