DE102013226685A1 - Ultrasonic sensor device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer Fahrzeugverkleidung (3), die eine Trägerschicht (13) aufweist, an deren, der Sichtseite (1) abgewandten rückseitigen Grundfläche (17) eine Vertiefung (19) unter Aufrechterhaltung einer Restmaterialstärke (r) ausgebildet ist, welche Vertiefung (19) bodenseitig eine Koppelfläche (27) aufweist, die in Anlage mit einer Sensorfläche (25) eines Ultraschallsensors (21) bringbar ist, und an einer Randkante (35) in die Grundfläche (17) übergeht. Erfindungsgemäß weist die Vertiefung (19) zwischen der Koppelfläche (27) und der Grundfläche (17) einen Übergangsabschnitt (31) auf, mit dem der Querschnitt der Vertiefung (19) quer zur Dickenrichtung der Trägerschicht (13) um einen Querversatz (∆l) bis zur Randkante (35) ausweitbar ist.The invention relates to an ultrasonic sensor device for a vehicle, having a vehicle trim (3) which has a carrier layer (13) on whose rear side surface (17) facing away from the visible side (1) has a recess (19) while maintaining a residual material thickness (r). is formed, which recess (19) on the bottom side a coupling surface (27) which is engageable with a sensor surface (25) of an ultrasonic sensor (21), and at a peripheral edge (35) merges into the base surface (17). According to the invention, the depression (19) has a transition section (31) between the coupling surface (27) and the base surface (17), with which the cross section of the depression (19) transversely to the thickness direction of the carrier layer (13) is offset by a transverse offset (Δl). can be widened to the marginal edge (35).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Fahrzeugverkleidungsteil für eine solche Ultraschallsensorvorrichtung nach dem Patentanspruch 13 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugverkleidungsteiles nach dem Patentanspruch 14. The invention relates to an ultrasonic sensor device for a vehicle according to the preamble of
Die Ultraschallsensoren einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung sind in gängiger Praxis im Frontbereich und im Heckbereich des Fahrzeuges speziell an Stoßfängern angeordnet und in Signalverbindung mit einer Fahrerassistenzeinrichtung. Mit ihrer Hilfe können Informationen über die Fahrzeugumgebung erfasst und zur Fahrerassistenzeinrichtung weitergeleitet werden, etwa einem Parkassistenzsystem. The ultrasonic sensors of such an ultrasonic sensor device are in common practice in the front and rear of the vehicle specifically arranged on bumpers and in signal communication with a driver assistance device. With their help, information about the vehicle environment can be detected and forwarded to the driver assistance device, such as a parking assistance system.
Aus der
Die aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ultraschallsensorvorrichtung bereitzustellen, bei der die am Verkleidungsteil ausgebildete Kontaktfläche für die Ultraschallsensoren fertigungstechnisch günstig herstellbar ist. The object of the invention is to provide an ultrasonic sensor device in which the contact surface formed on the covering part for the ultrasonic sensors can be manufactured in a favorable manner.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 13 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. The object is solved by the features of
Die Erfindung beruht auf der Problematik, dass die aus dem Stand der Technik bekannte hohlzylindrische Sackloch-Vertiefung für den Ultraschallsensor speziell bei einem im Spritzgießverfahren hergestellten Verkleidungsteil nicht prozesstechnisch sicher im Hinblick auf eine Großserienproduktion ohne Abzeichnungen fertigbar ist. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Vertiefung zwischen ihrer bodenseitigen Koppelfläche und der Grundfläche einen Übergangsbereich auf, mit dem der Querschnitt der Vertiefung in der dicken Richtung der Trägerschicht nicht mehr konstant ist (wie bei einer hohlzylindrischen Sackloch-Vertiefung), sondern vielmehr quer zur Dickenrichtung sich von der bodenseitigen Koppelfläche bis zur Randkante um einen Querversatz ausweitet. The invention is based on the problem that the well-known from the prior art hollow cylindrical blind hole for the ultrasonic sensor, especially in a trim part produced by injection molding is not process engineering safe in view of mass production without cancellations manufacturable. Against this background, according to the characterizing part of
Eine solche spezielle Geometrie der Vertiefung ist insbesondere bei einer Herstellung des Verkleidungsteiles mitsamt der Vertiefung im Spritzgießverfahren von Vorteil, und zwar aus folgendem Grunde: Im Stand der Technik wirkt die, die hohlzylindrische Sacklochbohrung nachbildende Formfläche des Spritzgießwerkzeuges beim Füllvorgang als Störkontur, die eine homogene Verteilung der plastischen Ausgangskomponente des Kunststoffes behindert. Im Gegensatz dazu weist die, die erfindungsgemäße Vertiefung nachbildende Formfläche des Spritzgießwerkzeuges eine Übergangskontur auf, die im Hinblick auf einen einwandfreien Füllvorgang ausgelegt ist. Such a special geometry of the recess is particularly advantageous in a production of the trim part together with the recess in the injection molding, and for the following reason: In the prior art acts, the hollow cylindrical blind hole replicating mold surface of the injection mold during the filling process as a disturbing contour, the homogeneous distribution impeded the plastic output component of the plastic. In contrast, the molding surface of the injection molding tool simulating the depression according to the invention has a transitional contour which is designed with regard to a perfect filling process.
Unabhängig von dem obigen fertigungstechnischen Vorteil ergibt die erfindungsgemäße Geometrie der Vertiefung jedoch auch den folgenden Vorteil im Hinblick auf eine bauraumreduzierte Anordnung der Ultraschallsensorvorrichtung: So wird zwischen der Ebene die rückseitige Grundfläche der Trägerschicht und dem Übergangsabschnitt ein zusätzlicher Freiraum aufgespannt, in dem zumindest Komponenten des Ultraschallsensors angeordnet werden können. Bevorzugt kann unmittelbar auf den Übergangsabschnitt ein Element zur Schwingungsentkopplung des Sensors von den daran angrenzenden Bereichen der Fahrzeugverkleidung angeordnet sein. Regardless of the above manufacturing advantage, the geometry of the recess according to the invention, however, also gives the following advantage with respect to a space-reduced arrangement of the ultrasonic sensor device: Thus, between the plane, the rear base of the carrier layer and the transition section spans an additional space in which at least components of the ultrasonic sensor can be arranged. Preferably, an element for vibration decoupling of the sensor from the adjacent areas of the vehicle trim can be arranged directly on the transition section.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Übergangsabschnitt eine schräggestellte Fläche aufweisen, die sich durchgängig von der bodenseitigen Sensorfläche der Vertiefung bis zur Randkante der Vertiefung erstreckt. Die schräggestellte Fläche des Übergangsabschnittes kann in einer ersten Variante an einer, an die Koppelfläche grenzenden Übergangskante anschließen. Alternativ dazu kann für einen besonders glatten Übergang der Übergangsabschnitt auch ohne Übergangskante in einem stetigen Verlauf an die Koppelfläche anschließen. In a preferred embodiment, the transition section may have an inclined surface which extends continuously from the bottom-side sensor surface of the recess to the peripheral edge of the recess. The inclined surface of the transition section can connect in a first variant to a, adjacent to the coupling surface transition edge. Alternatively, for connect a particularly smooth transition of the transition section without transitional edge in a steady course to the coupling surface.
Die schräggestellte Fläche des Übergangsabschnittes kann sich dabei mit einer konstanten Steigung linear erstrecken. Alternativ dazu kann die schräggestellte Fläche auch eine sich quer zur Dickenrichtung kontinuierlich ändernde Steigung aufweisen. The inclined surface of the transition section can extend linearly with a constant pitch. Alternatively, the inclined surface may also have a continuously changing transversely to the thickness direction slope.
Demgegenüber kann die Koppelfläche zur Anbindung des Ultraschallsensors planar, das heißt flächenparallel zur Grundfläche ausgeführt sein oder ebenfalls in Richtung auf die Sichtseite der Fahrzeugverkleidung sphärisch ausgebaucht sein. Speziell im Hinblick auf eine Verbesserung von Fließeigenschaften im Spritzgießverfahren ist es von Vorteil, wenn sowohl die Koppelfläche als auch der daran anschließende Übergangsabschnitt sphärisch ausgewölbt sind oder alternativ zumindest die Koppelfläche sphärisch ausgewölbt ist und der daran anschließende Übergangsabschnitt sich mit konstanter Steigung zur Randkante der Vertiefung erstreckt. In contrast, the coupling surface for connection of the ultrasonic sensor can be planar, that is to say executed parallel to the surface, or can also be bulged spherically in the direction of the visible side of the vehicle trim. Especially with regard to an improvement of flow properties in the injection molding process, it is advantageous if both the coupling surface and the adjoining transition section are bulged spherically or alternatively at least the coupling surface is bulged spherically and the adjoining transition section extends with constant slope to the peripheral edge of the recess ,
Die mit der Sensorfläche des Ultraschallsensors zusammenwirkende Koppelfläche der Vertiefung kann in einer Ausführungsvariante eine Kreisfläche sein, die vom daran anschließenden Übergangsabschnitt umfangsseitig geschlossen begrenzt ist. Die Randkante zwischen dem Übergangsabschnitt und der ebenen Grundfläche des Fahrzeugverkleidungsteiles kann ebenfalls konzentrisch zur Koppelfläche kreisbogenförmig verlaufen. The co-operating with the sensor surface of the ultrasonic sensor coupling surface of the recess may be in one embodiment, a circular surface which is bounded by the adjoining transition portion circumferentially closed. The peripheral edge between the transition portion and the planar base of the vehicle trim part can also extend concentrically to the coupling surface circular arc.
Das oben erwähnte Schwingungsentkoppelungselement kann bevorzugt eine Ringscheibe sein, deren Innenumfang die Koppelfläche der Vertiefung umgrenzt, während der Außenumfang gegebenenfalls in etwa auf Höhe der Randkante der Vertiefung liegt. The above-mentioned vibration decoupling element may preferably be an annular disk whose inner circumference delimits the coupling surface of the depression, while the outer circumference optionally lies approximately at the level of the peripheral edge of the depression.
In einer weiteren geometrischen Realisierung kann die Koppelfläche an der Übergangskante nicht unmittelbar an den Übergangsabschnitt anschließen, sondern kann die Koppelfläche um einen Höhenversatz gegenüber der Übergangskante abgesenkt sein. In diesem Fall weist die Koppelfläche eine randseitig hochgezogene Zylinderwand auf, die im weiteren Verlauf an der Übergangskante in die schräggestellte Fläche des Übergangsabschnittes übergeht. Speziell diese Geometrie kann jedoch im Hinblick auf sichtseitige Abzeichnungen kritisch sein. In a further geometric realization, the coupling surface at the transition edge can not connect directly to the transition section, but the coupling surface can be lowered by a height offset relative to the transition edge. In this case, the coupling surface on a peripheral raised cylinder wall, which merges in the further course at the transition edge in the inclined surface of the transition section. However, this geometry in particular can be critical with regard to visible marks.
Bevorzugt ist die Trägerschicht des Fahrzeugverkleidungsteiles in der Dickenrichtung materialeinheitlich und einschichtig aufgebaut. An der Sichtseite kann die Trägerschicht mit zum Beispiel einer Lackbeschichtung überzogen sein. Die Trägerschicht weist zumindest im Nahbereich des Umfangssensors eine konstante Materialstärke auf, die lediglich durch die Vertiefung reduziert wird. Preferably, the carrier layer of the vehicle trim part in the thickness direction is of the same material and constructed in a single layer. On the visible side, the carrier layer may be coated with, for example, a lacquer coating. At least in the vicinity of the circumferential sensor, the carrier layer has a constant material thickness, which is only reduced by the depression.
Wie oben erwähnt, wird das Fahrzeugverkleidungsteil fertigungstechnisch bevorzugt in einem Spritzgießprozess hergestellt. In diesem Fall sind die folgenden vier Einflussgrößen von großer Bedeutung:
Erstens ist die Restmaterialstärke im Bereich der bodenseitigen Koppelfläche hervorzuheben. Die volumetrische Schwindung der meisten thermoplastischen Kunststoffe hängt nämlich unter anderem von der Wandstärke ab. Dies hat zur Folge, das bei unterschiedlichen Wandstärken Schwindungsunterschiede dazu führen, dass der ausgedünnte Bereich am Boden der Vertiefung und die umgebenden Bauteilflächen mit Nominalwandstärke sich unterschiedlich verhalten, was zu unerwünschten sichtbaren Abzeichnungen auf der Oberfläche führt. Die Restmaterialstärke darf daher nur um einen bestimmten Prozentsatz von der Nominalwandstärke (das heißt die Wandstärke im Bereich der Grundfläche des Verkleidungsteils) unterschiedlich sein. As mentioned above, the vehicle trim part is preferably manufactured in an injection molding process. In this case, the following four factors are of great importance:
First, the residual material thickness in the area of the bottom-side coupling surface is to be emphasized. The volumetric shrinkage of most thermoplastics depends, inter alia, on the wall thickness. As a result, differences in shrinkage at different wall thicknesses cause the thinned area at the bottom of the depression and the surrounding component surfaces of nominal wall thickness to behave differently, resulting in undesirable visible marks on the surface. The residual material thickness may therefore differ only by a certain percentage from the nominal wall thickness (that is to say the wall thickness in the area of the base area of the trim part).
Ein zweiter wesentlicher Faktor liegt in der der Geometrie der Koppelfläche: Bei Verkleidungsteilen, die im Bereich der Koppelfläche nicht planar sind, ist es vorteilhaft, die Koppelfläche auf der Innenseite nicht planar, sondern als dreidimensional gekrümmte Fläche (zum Beispiel offsetierte Freiformfläche, sphärische Fläche, kegelförmige Fläche) auszuführen. So wird eine gute Anpassung der Koppelfläche auf der Innenseite an die übrige Bauteilfläche auf der Innenseite möglich. Um an allen Positionen standardisierte Ultraschallsensoren verbauen zu können, ist insbesondere eine sphärische Fläche mit standardisiertem Radius vorzuziehen. Dadurch ergeben sich jedoch innerhalb der Koppelfläche lokal unterschiedliche Restwandstärken. Die Krümmung der Koppelfläche muss innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Das heißt, sie muss derart ausgelegt sein, dass die Restwandstärke im Bereich der Koppelfläche einen Mindestwert nicht unterschreitet. Zudem soll eine Wandstärkenänderung nicht einen vorgegebenen Grenzwert (Kontrollfaktor) überschreiten. Für diesen Kontrollfaktor gilt:
(s1–s2): ∆l ≤ 0,02
wobei s1, s2 die Wandstärken am jeweiligen Ort sind, und
∆l die Längserstreckung der Wandstärken-Änderungen quer zur Dickenrichtung ist. A second important factor lies in the geometry of the coupling surface: in the case of trim parts which are not planar in the region of the coupling surface, it is advantageous for the coupling surface not to be planar on the inside, but instead to be a three-dimensionally curved surface (for example offset freeform surface, spherical surface, tapered surface). Thus, a good adaptation of the coupling surface on the inside of the remaining component surface on the inside is possible. In order to be able to install standardized ultrasonic sensors at all positions, in particular a spherical surface with a standardized radius is to be preferred. However, this results within the coupling surface locally different residual wall thicknesses. The curvature of the coupling surface must be within certain limits. That is, it must be designed so that the residual wall thickness in the region of the coupling surface does not fall below a minimum value. In addition, a wall thickness change should not exceed a predetermined limit (control factor). For this control factor:
(s 1 -s 2 ): Δl ≤ 0.02
where s 1 , s 2 are the wall thicknesses at the respective location, and
Δl is the longitudinal extent of the wall thickness changes across the thickness direction.
Als drittes Kriterium ist die Geometrie der Koppelfläche zu nennen: Die Flächengeometrie ist vorzugsweise kreisflächig, wobei jedoch auch andere Flächengeometrien denkbar sind. Jedoch sollte der Abstand vom Mittelpunkt der Koppelfläche zu jedem Punkt der die Koppelfäche begrenzenden Umfangskante nicht um mehr als 20% vom durchschnittlichen Abstand vom Mittelpunkt zur Übergangskante abweichen. The third criterion is the geometry of the coupling surface: The surface geometry is preferably circular, but other surface geometries are also conceivable. However, the distance from the center of the coupling surface to each point of the peripheral edge bounding the coupling surface should not be more than 20% of the average Distance from the center to the transition edge.
Als viertes Kriterium ist die Wandstärkenänderung in der schräggestellten Fläche des Übergangsabschnittes zu nennen: Die schräggestellte Übergangsfläche bildet sich zwischen der Koppelfläche und der Grundfläche des Verkleidungsteils. Die Wandstärkenänderung darf nicht abrupt erfolgen. Vielmehr liegt die Steigung der schräggestellten Fläche je nach verwendetem Kunststoff bei weniger als 10/100 und mehr als 2/100. Die Flächen sind bevorzugt tagentenseitig zu den Umgebungsflächen anzuschließen. Dies kann auch durch eine Verrundung an den Randkanten oder Übergangskanten erfolgen. The fourth criterion is the wall thickness change in the inclined surface of the transition section: The inclined transition surface forms between the coupling surface and the base surface of the trim part. The wall thickness change must not be abrupt. Rather, the slope of the inclined surface depending on the plastic used is less than 10/100 and more than 2/100. The surfaces should preferably be connected to the surrounding areas on the dage side. This can also be done by a rounding at the edges or transition edges.
Gegebenenfalls kann das Verkleidungsteil innerhalb der schräggestellten Übergangsfläche Knickstellen aufweisen. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Übergangsfläche an der Knickstelle auf der Bauteilinnenseite enden zu lassen. Optionally, the trim part may have kinks within the inclined transition surface. In this case, it makes sense to let the transition surface end at the kink on the inside of the component.
Eine ringförmige Begrenzung der Koppelfläche und der schräggestellten Übergangsfläche ist vorteilhaft, da im Spritzgießprozess die Fließfrontgeschwindigkeit beim Füllvorgang sich nur geringfügig ändert. Bindenähte und Lufteinschlüsse können so vermieden werden. Geringfügige Abweichungen von dieser Idealgeometrie sind grundsätzlich möglich. An annular boundary of the coupling surface and the inclined transition surface is advantageous because the flow front velocity during the filling process changes only slightly in the injection molding process. Tie lines and air pockets can be avoided. Minor deviations from this ideal geometry are possible in principle.
Mit der Erfindung kann die gewünschte Geometrie des Fahrzeugverkleidungsteils im Spritzgießverfahren hergestellt werden, ohne dass es zu erkennbaren Abzeichnungen an der Sichtseite kommt. Gegenüber einem nachträglichen Einbringen der gewünschten Vertiefungskontur in das Verkleidungsteil durch Bohren/Fräsen lassen sich somit wesentliche Kosteneinsparungen erzielen. With the invention, the desired geometry of the vehicle trim part can be produced by injection molding, without causing any visible marks on the visible side. Compared with a subsequent introduction of the desired recess contour in the trim part by drilling / milling can thus achieve significant cost savings.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination zur Anwendung kommen. The advantageous embodiments and / or developments of the invention explained above and / or reproduced in the subclaims can be used individually or else in any desired combination-except, for example, in the case of clear dependencies or incompatible alternatives.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. The invention and its advantageous embodiments and further developments and advantages thereof are explained in more detail below with reference to drawings.
Es zeigen: Show it:
In der
Die Stoßfängerverkleidung
In dem in der
Das Ultraschall-Sensorelement
In der
Die Nominalwandstärke n der Trägerschicht
In der
In den folgenden
In der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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