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Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungseinrichtung für einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, eine Sensorelektronik des Ultraschallsensors mit einem Piezoelement des Ultraschallsensors über eine Lötverbindung elektrisch zu verbinden. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors, einen Ultraschallsensor sowie ein Kraftfahrzeug.
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Ultraschallsensoren bzw. Ultraschallwandler für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielsweise dazu eingesetzt werden, Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Dazu wird von den Ultraschallsensoren ein Ultraschallsignal ausgesendet und das an dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen. Informationen über das erfasste Objekt, beispielsweise ein Abstand des Objekts zu dem Kraftfahrzeug, können dabei einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Parkassistenzsystem, bereitgestellt werden.
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Zur Erzeugung des Ultraschallsignals sowie zur Aufnahme des reflektierten Ultraschallsignals können die Ultraschallwandler einen Resonanzkörper in Form von einer schwingungsfähigen Membran aufweisen. Die Schwingungsenergie zur Erzeugung des Ultraschallsignals kann von einem Wandlerelement bzw. einer Stelleinrichtung, beispielsweise einem Piezoelement, bereitgestellt werden, welches an dem Resonanzkörper des Ultraschallsensors angeordnet sein kann. Das Piezoelement ist dabei üblicherweise mit einer Sensorelektronik des Ultraschallsensors elektrisch verbunden.
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Aus der
DE 10 2005 002 626 A1 ist beispielsweise ein Ultraschallsensor bekannt, bei welchem das Piezoelement über einen Kontaktdraht mit der Sensorelektronik elektrisch verbunden ist. Der Kontaktdraht weist dabei eine Seele und einen aus einem zu der Seele unterschiedlichen Material bestehenden Mantel auf, wobei die Seele aus einem härteren Material als der Mantel ausgebildet ist und einen höheren elektrischen Widerstand als der Mantel aufweist. Der Kontaktdraht kann beispielsweise mit dem Piezoelement und/oder der Sensorelektronik verlötet werden. Durch den Kontaktdraht mit der Seele und dem Mantel kann erreicht werden, dass der Kontaktdraht eine sehr hohe mechanische Festigkeit und eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, sodass der Kontaktrat auch bei hohen Temperaturschwankungen und bei aus dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs resultierenden Vibrationen zuverlässig und funktionstüchtig arbeitet.
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Aus der
DE 10 2014 110 179 A1 ist eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche eine Ultraschallmembran, eine Stelleinrichtung sowie eine Steuerelektronik zum Ansteuern der Stelleinrichtung aufweist. Hier ist die Steuerelektronik als integrierte Schaltung ausgebildet und direkt auf der Stelleinrichtung angeordnet. Zum Anordnen der Steuerelektronik auf der Stelleinrichtung kann die Steuerelektronik beispielsweise elektrische Kontaktelemente aufweisen, die durch Löten mit korrespondierenden Anschlusselementen der Stelleinrichtung verbunden sind.
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Ferner ist aus der
EP 1 997 100 B1 ein Ultraschallsensor mit einem Gehäuse bekannt, wobei auf dem Boden des Gehäuses ein Wandlerelement angeordnet ist. Zur Schwingungsdämpfung des Bodens ist in dem Gehäuse ein erstes Dämpfungselement angeordnet. Außerdem weist der Ultraschallsensor einen Deckel zum Verschluss des Gehäuses auf, wobei der Deckel mit einem zweiten Dämpfungselement versehen ist. Dabei weist der Deckel mindestens eine Durchführung für Anschlussleitungen des Wandlerelementes auf. Die Anschlussleitungen können an entsprechende Anschlusspunkte angelötet werden.
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Beim Löten wird üblicherweise ein Verbindungsmaterial bzw. Lot aufgeschmolzen und dadurch eine elektrische Verbindung zwischen zwei metallischen Bauteilen erzeugt. Insbesondere beim Löten mittels eines Lötkolbens kann eine Lotmenge, welche auf ein Kontaktelement des Piezoelementes aufgebracht wird, schwanken, woraus sich der Nachteil einer schwankenden Resonanzfrequenz des Piezoelementes ergibt. Außerdem kann es vorkommen, dass das Lot während des Lötens aus der Lötstelle spritzt. Diese Lötmaterial-Spritzer können im Betrieb des Ultraschallsensors undefiniert mitschwingen und destruktive oder konstruktive Resonanzen erzeugen. Dadurch kann das von dem Ultraschallsensor erfasste Ultraschallsignal verfälscht werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie die eingangs genannten Nachteile beim Erzeugen von Lötverbindungen bei einem Ultraschallsensor vermieden werden können, sodass ein besonders zuverlässiger Ultraschallsensor hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Verbindungseinrichtung, durch ein Verfahren, durch einen Ultraschallsensor sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einer Ausführungsform einer elektrischen Verbindungseinrichtung für einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs ist diese insbesondere dazu ausgelegt, eine Sensorelektronik des Ultraschallsensors mit einem Piezoelement des Ultraschallsensors über eine Lötverbindung elektrisch zu verbinden. Insbesondere weist die elektrische Verbindungseinrichtung ein elektrisches Leitelement sowie zumindest eine an dem Leitelement befestigte Lotkugel auf, wobei die zumindest eine Lotkugel eine vorbestimmte Menge an Lötmaterial aufweist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer elektrischen Verbindungseinrichtung für einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs ist diese dazu ausgelegt, eine Sensorelektronik des Ultraschallsensors mit einem Piezoelement des Ultraschallsensors über eine Lötverbindung elektrisch zu verbinden. Darüber hinaus weist die elektrische Verbindungseinrichtung ein elektrisches Leitelement sowie zumindest eine an dem Leitelement befestigte Lotkugel auf, wobei die zumindest eine Lotkugel eine vorbestimmte Menge an Lötmaterial aufweist.
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Mittels der elektrischen Verbindungseinrichtung kann eine Sensorelektronik des Ultraschallsensors mit dem schwingungsfähigen Piezoelement des Ultraschallsensors über die Lötverbindung elektrisch verbunden werden. Die Sensorelektronik kann beispielsweise eine Leiterplatte bzw. Platine aufweisen, welche mit einer Vielzahl von Komponenten, beispielsweise elektronischen Bauelementen, bestückt ist. Die Komponenten können beispielsweise zur Signalauswertung des Ultraschallsensors, Energieversorgung des Piezoelementes, Signalweiterleitungen an eine Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs, etc. ausgebildet sein.
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Der Ultraschallsensor, welcher die elektrische Verbindungseinrichtung aufweist, weist beispielsweise eine topfförmige Membran auf, welche einen Membranboden und eine Membranmantelwand umfasst. Die topfförmige Membran kann beispielsweise einteilig aus Aluminium ausgebildet sein und als Resonanzkörper dienen. Der Membranboden weist insbesondere eine in eine Senderichtung des Ultraschallsensors weisende Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf. Der Ultraschallsensor ist zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden ausgebildet. Dabei ist das Piezoelement, welches beispielsweise als eine Scheibe ausgebildet ist, üblicherweise an der Rückseite des Membranbodens befestigt. Dazu kann eine Unterseite des Piezoelementes an der Rückseite des Membranbodens angeklebt sein. Die Sensorelektronik kann beispielsweise außerhalb der topfförmigen Membran angeordnet sein. Der Ultraschallsensor weist also in Längsrichtung (entgegen der Senderichtung) einen Aufbau auf, bei welchem die Sensorelektronik beabstandet zu und über dem Piezoelement angeordnet ist. Zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Piezoelement und der Sensorelektronik kann die elektrische Verbindungseinrichtung zwischen der Sensorelektronik und dem Piezoelement angeordnet werden. Die elektrische Verbindungseinrichtung wird somit zumindest bereichsweise innerhalb der topfförmigen Membran angeordnet.
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Die elektrische Verbindungseinrichtung ist dabei insbesondere mehrstückig ausgebildet und weist das elektrische Leitelement sowie die zumindest eine Lotkugel bzw. Lotperle auf. Insbesondere weist die elektrische Verbindungseinrichtung eine einstückig ausgebildete Lotkugel (engl. „solder ball“) auf. Die Lotkugel muss dabei nicht zwangsläufig kugelförmig ausgebildet sein, sondern kann eine beliebig wählbare, geometrische Form aufweisen. Unter der Lotkugel ist somit ein aus Lötmaterial geformtes Element zu verstehen, welches das Lötmaterial in einer vorbestimmten Menge aufweist und welches eine vorbestimmte Form aufweist. Insbesondere ist die zumindest eine Lotkugel kugelförmig, halbkugelförmig, quaderförmig oder pyramidenförmig ausgebildet. Die Lotkugel weist dabei eine vorbestimmte, definierte Menge an Lötmaterial bzw. Lotwerkstoff, beispielsweise Lötzinn, auf. Insbesondere besteht die Lotkugel aus dem Lötmaterial mit der vorbestimmten Menge. Durch diese vorbestimmte Menge an Lötmaterial weist die Lotkugel insbesondere eine vorbestimmte Masse auf. Zum Erzeugen der elektrischen Verbindung zwischen dem Piezoelement und der Sensorelektronik kann die elektrische Verbindungseinrichtung vor der Erzeugung der Lötverbindung, welche durch Aufschmelzen des Lötmaterials erzeugt wird, zwischen der Sensorelektronik und dem Piezoelement angeordnet werden. Insbesondere befindet sich die zumindest eine Lotkugel im zusammengefügten Zustand der Sensorelektronik, der elektrischen Verbindungseinrichtung und des Piezoelementes an einer Oberseite des Piezoelementes.
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Lotkugeln mit einer vorbestimmten Menge an Lötmaterial, insbesondere mit jeweils der gleichen Menge an Lötmaterial, können dabei in einer hohen Stückzahl hergestellt werden. Beispielsweise können die Lotkugeln durch Formen des Lötmaterials, beispielsweise einer Lötpaste, automatisch in einer hohen Stückzahl hergestellt werden. Beispielsweise kann das Lötmaterial zum Erzeugen der vorbestimmten Form gepresst werden. Mittels der Vielzahl an gleichartigen Lotkugeln kann eine Vielzahl an elektrischen Verbindungseinrichtung hergestellt werden, welche jeweils insbesondere die gleiche Menge an Lötmaterial aufweisen.
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Aus der Bereitstellung der elektrischen Verbindungseinrichtung mit der vorbestimmten Menge an Lötmaterial kann verhindert werden, dass während der Herstellung des Ultraschallsensors weiteres Lötmaterial in einer undefinierbaren, unbekannten Menge auf das Piezoelement aufgebracht wird, durch welche die Resonanzfrequenz des Piezoelementes und damit das Schwingverhalten des Ultraschallsensors in unbekannter Weise beeinflusst werden. Es kann also in vorteilhafter Weise ein Ultraschallsensor hergestellt werden, welcher ein bestimmtes, mit der Masse korrespondierendes Schwingverhalten aufweist. Insbesondere kann durch Bereitstellen der Vielzahl von elektrischen Verbindungseinrichtungen, welche jeweils die gleiche Menge an Lötmaterial aufweisen, eine Vielzahl von Ultraschallsensoren mit einem definierten Schwingverhalten hergestellt werden.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Lotkugel selbstklebend ausgebildet und über eine Klebeverbindung an dem elektrischen Leitelement befestigt. Die zumindest eine Lotkugel kann zum Befestigen an dem elektrischen Leitelement an das elektrische Leitelement angedrückt werden. Dort haftet die zumindest eine Lotkugel aufgrund ihrer selbstklebenden Eigenschaft. Durch das Ausbilden der Lotkugel aus einem selbstklebenden Lötmaterial bzw. Lotwerkstoff kann die elektrische Verbindungseinrichtung auf besonders einfache Weise hergestellt werden. Außerdem sind keine zusätzlichen Materialien zum Befestigen der zumindest einen Lotkugel an dem Leitelemente, welche das Schwingverhalten des Ultraschallsensors verfälschen könnten, nötig.
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Gemäß einer Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung weist das Leitelement einen drahtförmigen Leiter und einen metallischen Träger auf, wobei an einem ersten Ende des drahtförmigen Leiters die zumindest eine Lotkugel befestigt ist und ein zweites Ende des drahtförmigen Leiters mit dem metallischen Träger der elektrischen Verbindungseinrichtung verbunden ist, und wobei die zumindest eine Lotkugel zum Verlöten des ersten Endes mit dem Piezoelement ausgebildet ist und der metallischen Träger zum Verbinden mit der Sensorelektronik ausgebildet ist. Der drahtförmige Leiter ist somit als eine Kontaktlitze ausgebildet, welcher insbesondere flexibel und biegbar ist. An dem ersten Ende wird die zumindest eine Lotkugel befestigt, welche aufgrund ihrer selbstklebende Eigenschaft an dem ersten Ende der Kontaktlitze haftet. Während der Herstellung des Ultraschallsensors wird das erste Ende der Kontaktlitze insbesondere mit einem Kontaktelement bzw. einem Lötpad auf dem Piezoelement verlötet, indem die zumindest eine Lotkugel an dem Kontaktelement auf dem Piezoelement angeordnet wird und dort aufgeschmolzen wird. Das zweite Ende der Kontaktlitze ist mit dem metallischen Träger verbunden, welcher insbesondere starr bzw. unbeweglich ist und welcher an der Leiterplatte der Sensorelektronik befestigt werden kann. Durch die zerstörungsfrei verbiegbare Kontaktlitze ist die elektrische Verbindungseinrichtung insbesondere flexibel ausgebildet und kann im zusammengefügten Zustand des Ultraschallsensors mit dem Piezoelement mitschwingen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der elektrischen Verbindungseinrichtung ist das Leitelement als eine Kontaktfläche ausgebildet, mit welcher das Piezoelement beschichtbar ist, wobei die zumindest eine Lotkugel zum Verlöten der Kontaktfläche mit einem ersten Ende eines drahtförmigen Leiters der Sensorelektronik ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Piezoelement zum Herstellen der elektrischen Verbindungseinrichtung mit der Kontaktfläche, beispielsweise Silber, beschichtet werden und die zumindest eine Lotkugel auf der Kontaktfläche befestigt werden. Beispielsweise kann die zumindest eine Lotkugel, welche aus dem selbstklebenden Lötmaterial besteht, zum Erzeugen einer Klebeverbindung zwischen der zumindest einen Lotkugel und der Kontaktfläche an die Kontaktfläche angedrückt werden. Zum Zusammenfügen des Ultraschallsensors wird dann der drahtförmige Leiter, dessen zweites Ende mit dem metallischen Träger verbunden ist, an der zumindest einen Lotkugel angeordnet. Durch Herstellen der Lötverbindung wird dann die Kontaktfläche auf dem Piezoelement über den Kontaktdraht und den metallischen Träger mit der Sensorelektronik elektrisch und mechanisch verbunden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug durch Bereitstellen einer ersten Komponente in Form von einem Piezoelement, einer zweiten Komponente in Form von einer Sensorelektronik sowie einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinrichtung oder einer vorteilhaften Ausführungsform davon, wobei das Leitelement der elektrischen Verbindungseinrichtung an einer der Komponenten angeordnet wird, die zumindest eine Lotkugel der elektrischen Verbindungseinrichtung an einem Kontaktelement der anderen Komponente angeordnet wird und die zumindest eine Lotkugel zum Erzeugen einer Lötverbindung zwischen dem Leitelement und dem Kontaktelement aufgeschmolzen wird. Gemäß der Ausführungsform, bei welcher das Leitelement den drahtförmigen Leiter sowie den metallischen Träger aufweist, wird der metallische Träger mit der Sensorelektronik verbunden und das erste Ende des drahtförmigen Leiters mit der zumindest einen Lotkugel an dem Kontaktelement bzw. Lötpad angeordnet, welches sich an dem Piezoelement befindet. Das Kontaktelement kann in diesem Fall als die Kontaktfläche in Form von der metallischen Beschichtung des Piezoelementes ausgebildet sein. Gemäß der Ausführungsform, bei welcher das Leitelement als die Kontaktfläche in Form von der Beschichtung des Piezoelementes ausgebildet ist, wird das erste Ende des drahtförmigen Leiters, dessen zweites Ende über den metallischen Träger mit der Sensorelektronik elektrisch und mechanisch kontaktiert ist, an der zumindest einen Lotkugel angeordnet.
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Bei beiden Ausführungsformen werden die Komponenten des Ultraschallsensors über die elektrische Verbindungseinrichtung zusammengefügt, wobei die Verbindung zwischen den Komponenten zunächst insbesondere über die selbstklebende Eigenschaft der zumindest einen Lotkugel hergestellt wird. Zum elektrischen und mechanischen Verbinden der Komponenten des Ultraschallsensors wird die Lötverbindung hergestellt. Dazu wird die zumindest eine Lotkugel aufgeschmolzen, indem zumindest die Lotkugel erhitzt wird. Durch das Herstellen des Ultraschallsensors mit der elektrischen Verbindungseinrichtung, welche die definierte Menge an Lötmaterial aufweist, kann verhindert werden, dass eine Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors während des Herstellungsprozesses des Ultraschallsensors in undefinierter Weise verändert wird, indem beispielsweise undefinierte Mengen an Lötmaterial auf das Piezoelement aufgebracht werden. Durch das Bereitstellen der elektrischen Verbindungseinrichtungen mit der definierten Menge an Lotwerkstoff können also eine Vielzahl von Ultraschallsensoren in reproduzierbarer Weise hergestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens des Ultraschallsensors wird die zumindest eine Lotkugel zum Aufschmelzen der zumindest einen Lotkugel und zum Erzeugen der Lötverbindung mittels eines Lasers erhitzt. Die Lötverbindung wird also durch Laserlöten hergestellt. Beim Laserlöten wird die Lötverbindung berührungslos durch Fokussieren eines Laserstrahls auf der zu lötenden Stelle bzw. Lötstelle erzeugt. Beispielsweise kann der Laserstrahl auf der zumindest einen Lotkugel fokussiert werden und diese dadurch direkt erhitzt werden. Durch das Herstellen der Lötverbindung mittels Laser kann die zumindest eine Lotkugel selektiv bzw. gezielt erhitzt und aufgeschmolzen werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass nur die zu lötenden Bauteile des Ultraschallsensors erhitzt werden, nicht aber umliegende Bauteile des Ultraschallsensors. Somit kann verhindert werden, dass temperaturempfindliche Bauteile des Ultraschallsensors während des Herstellungsverfahrens durch Überhitzung beschädigt werden. Außerdem können Lötverbindungen mittels Laserlöten schnell und einfach hergestellt werden.
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Auch kann vorgesehen sein, dass zum Aufschmelzen der zumindest einen Lotkugel und zum Erzeugen der Lötverbindung die zumindest einen Lotkugel mittels eines Lötkolbens erhitzt wird. Gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise das Leitelement und/oder das Kontaktelement, also beispielsweise der drahtförmiger Leiter oder die Kontaktfläche auf dem Piezoelement erhitzt werden, über welches dann die zumindest eine Lotkugel indirekt erhitzt und aufgeschmolzen wird. Durch das Erhitzen des Kontaktelementes und/oder des Leitelementes kann ebenfalls verhindert werden, dass temperaturempfindliche Bauteile des Ultraschallsensors während des Herstellungsverfahrens beschädigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die zumindest eine Lotkugel zum Aufschmelzen der zumindest einen Lotkugel und zum Erzeugen der Lötverbindung in einem Ofen erhitzt. Dazu können die Komponenten des Ultraschallsensors, also die Sensorelektronik und das Piezoelement, welche über die elektrische Verbindungseinrichtung zusammengefügt sind, in dem Ofen angeordnet und erhitzt werden. Durch das Anordnen der zusammengefügten Komponenten in dem Ofen können die Lötverbindungen bei einer Vielzahl von Ultraschallsensoren gleichzeitig besonders schnell und unaufwendig hergestellt werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, welcher mit einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer vorteilhaften Ausführungsform davon hergestellt ist. Der Ultraschallsensor weist insbesondere eine topfförmige Membran auf, an welcher das Piezoelement angeordnet, beispielsweise angeklebt, ist. Der Ultraschallsensor ist insbesondere dazu ausgebildet einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu überwachen.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Ultraschallsensoren auf, welche verteilt am Kraftfahrzeug angeordnet werden können. Die Ultraschallsensoren können dabei verdeckt hinter einem Verkleidungsteil des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Stoßfänger, oder unverdeckt in dem Verkleidungsteil verbaut werden.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße elektrische Verbindungseinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren, für den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist im vorliegenden Fall als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Fahrerassistenzsystem 2 auf, welches dazu ausgebildet ist, einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Dazu kann das Fahrerassistenzsystem 2 einen Umgebungsbereich 3 des Kraftfahrzeugs 1 überwachen und beispielsweise ein Warnsignal an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 ausgeben, falls eine Kollision mit Objekten in dem Umgebungsbereich 3 des Kraftfahrzeugs 1 droht. Zum Überwachen des Umgebungsbereiches 3, insbesondere zum Erfassen der Objekte sowie deren Lagen relativ zum Kraftfahrzeug 1, weist das Fahrerassistenzsystem 2 hier eine Vielzahl von Ultraschallsensoren 4 auf, welche verteilt am Kraftfahrzeug 1 angeordnet sein können. Hier sind beispielsweise sechs Ultraschallsensoren 4 an einem Frontbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet und dienen dazu, den Umgebungsbereich 3 vor dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen. Außerdem sind hier sechs Ultraschallsensoren 4 an einem Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, welche dazu dienen, den Umgebungsbereich 3 hinter dem Kraftfahrzeug 1 zu überwachen. Außerdem ist hier ein Ultraschallsensor 4 an einem rechten Seitenbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 zum Überwachen des Umgebungsbereiches 3 rechts neben dem Kraftfahrzeug 1 und ein weiterer Ultraschallsensor 4 an einem linken Seitenbereich 8 des Kraftfahrzeugs 1 zum Überwachen des Umgebungsbereiches 3 links neben dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise an einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet werden und dort verdeckt hinter dem Stoßfänger oder unverdeckt verbaut werden.
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Die Ultraschallsensoren 4 im Frontbereich 5 und im Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 können beispielsweise für ein Fahrerassistenzsystem 2 in Form von einem Parkassistenzsystem bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Fahrer während des Einparkens des Kraftfahrzeugs 1 in eine Parklücke vor parklückenbegrenzenden Objekten gewarnt werden, welche sich vor oder hinter dem Kraftfahrzeug 1 befinden. Die in den Seitenbereichen 7, 8 angeordneten Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise zur Totwinkelüberwachung und/oder zum Flankenschutz des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt werden. So kann der Fahrer beispielsweise gewarnt werden, wenn sich ein Hindernis in einem toten Winkel des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Ein solches Hindernis kann beispielsweise ein Fahrradfahrer, in Fußgänger oder ein anderes Kraftfahrzeug sein. Auch kann der Fahrer beispielsweise gewarnt werden, wenn eine Flanke bzw. einer der Seitenbereiche 7, 8 des Kraftfahrzeugs 1 beschädigt werden würde, wenn der Fahrer beispielweise eine zu enge Kurve fährt.
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In 2 ist eine Ausführungsform des Ultraschallsensors 4 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch in einer Längsschnittdarstellung dargestellt. Der Ultraschallsensor 4 weist hier eine topfförmige Membran 9 auf, welche im vorliegenden Fall einteilig ausgebildet ist und eine Membranmantelwand 10 sowie einen Membranboden 11 umfasst. Die topfförmige Membran 9 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen. Der Membranboden 11 ist schwingungsfähig, sodass der Ultraschallsensor 4 dazu ausgelegt ist, über den Membranboden 11 ein Ultraschallsignal auszusenden und das in dem Umgebungsbereich 3 reflektierte Ultraschallsignal wieder zu empfangen.
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Der Membranboden 11 kann beispielsweise eine kreisförmige oder ovale Oberfläche aufweisen. Zur Schwingungsanregung des Membranbodens 11 weist der Ultraschallsensor 9 ein Piezoelement 12 auf, welches an einer Rückseite 13 des Membranbodens 11 angeordnet ist. Das Piezoelement 12 kann beispielsweise an der Rückseite 13 des Membranbodens 11 angeklebt sein. Außerdem weist der Ultraschallsensor 4 eine Sensorelektronik 14 auf, welche hier außerhalb eines Innenraums 15 der topfförmigen Membran 9 angeordnet ist. Die Sensorelektronik 14 weist im vorliegenden Fall eine Leiterplatte 16 auf, welche mit einer Vielzahl von Komponenten 17, beispielsweise elektronischen Bauelementen, bestückt ist. Die Komponenten 17 können beispielsweise zum Anregen des Piezoelementes 12, zur Signalerfassung oder zur Energieversorgung der Sensorelektronik 14 ausgebildet sein.
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Der Ultraschallsensor 4 weist eine elektrische Verbindungseinrichtung 19 auf, von welcher eine Ausführungsform in 3 schematisch dargestellt ist. Die elektrische Verbindungseinrichtung 19 dient dazu, die Sensorelektronik 14 mit dem Piezoelement 12 über eine Lötverbindung elektrisch zu verbinden. Dazu weist die Verbindungseinrichtung 19 hier einen metallischen Träger 18 auf, welcher in 2 mit der Leiterplatte 16 der Sensorelektronik 14 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Der metallische Träger 18 ist beispielsweise starr bzw. unbeweglich ausgebildet. Außerdem weist die elektrische Verbindungseinrichtung 19 hier ein Leitelement 20 auf, an welchem zumindest eine Lotkugel 21 befestigt ist. Die Lotkugel 21 weist dabei eine vorbestimmte Form auf, welche im vorliegenden Fall kugelförmig ist. Außerdem weist die Lotkugel 21 eine vorbestimmte Menge an Lötmaterial bzw. Lotwerkstoff, beispielsweise Lötzinn, auf.
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Das Leitelement 20 weist im vorliegenden Fall einen drahtförmigen Leiter 22 und den metallischen Träger 18 auf. Ein erstes Ende 23 des drahtförmigen Leiters 22 ist mit der zumindest einen Lotkugel 21 verbunden und ein zweites Ende 24 des drahtförmigen Leiters 22 ist mit dem metallischen Träger 18 verbunden. Die zumindest eine Lotkugel 21 kann beispielsweise selbstklebend ausgebildet sein, sodass die zumindest eine Lotkugel 21 durch Andrücken der zumindest einen Lotkugel 21 an das erste Ende 23 des drahtförmigen Leiters 22 an dem drahtförmigen Leiter 22 befestigt werden kann. Zum Herstellen der Lötverbindung zwischen dem drahtförmigen Leiter 22 und dem Piezoelement 12 kann die zumindest eine Lotkugel 21 auf dem Piezoelement 12 angeordnet und dort aufgeschmolzen werden, sodass dadurch das Leitelement 20 sowie das Piezoelement 12 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann die zumindest eine Lotkugel 21 mittels eines Lasers, durch einen Lötkolben oder in einem Ofen aufgeschmolzen werden.
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Auch kann vorgesehen sein, dass das Leitelement 20 der elektrischen Verbindungseinrichtung 19 als eine Kontaktfläche ausgebildet ist, mit welcher einer Oberfläche 25 des Piezoelement 12 beschichtet werden kann. In diesem Fall ist die zumindest eine Lotkugel 21 mit der vordefinierten Menge an Lötmaterial auf der Beschichtung der Oberfläche 25 des Piezoelementes12 befestigt, beispielsweise über eine durch die selbstklebende Eigenschaft der Lotkugel 21 hergestellte Klebeverbindung. Zum Herstellen der Lötverbindung wird dann das Ende 23 des drahtförmigen Leiters 22 an der zumindest einen Lotkugel 21 angeordnet. Dadurch wird die Sensorelektronik 14 mit dem Piezoelement 12 zunächst über eine Klebeverbindung zwischen der selbstklebenden Lotkugel 21 und dem ersten Ende 23 des drahtförmigen Leiters 22 mechanisch verbunden. Zum Herstellen der Lötverbindung wird dann die zumindest eine Lotkugel 21 aufgeschmolzen.
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Dadurch dass die Lotkugel 21 der elektrischen Verbindungseinrichtung 19 eine vorbestimmte Menge an Lötmaterial aufweist, kann ein Ultraschallsensor 4 hergestellt werden, welches ein definiertes Schwingungsverhalten aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005002626 A1 [0004]
- DE 102014110179 A1 [0005]
- EP 1997100 B1 [0006]
