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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koppelelement für einen Ultraschallsensor. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Koppelelement für einen Ultraschallsensor, das ein verbessertes Messergebnis ermöglicht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Ultraschallsensor, an dem ein derartiges Koppelelement befestigt ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung aus einem Ultraschallsensor und einem Träger, wobei der Ultraschallsensor über ein Koppelelement mit dem Träger verbunden ist.
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Ultraschallsensoren sind im Stand der Technik verbreitet und können in bekannter Weise etwa im Frontbereich und im Heckbereich des Kraftfahrzeugs verbaut werden, nämlich beispielsweise an den Stoßfängern. Die Ultraschallsensoren sind Fahrerunterstützungssystemen zugeordnet und liefern Informationen über die Fahrzeugumgebung, und genauer gesagt über die Abstände zwischen dem Fahrzeug einerseits und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen andererseits. Fahrerunterstützungssysteme können dabei beispielsweise Parkassistenzsysteme, Systeme zur Totwinkelüberwachung, Systeme zur Abstandshaltung, Spurüberwachungssysteme, Bremsassistenzsysteme und dergleichen sein.
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US 2017/0059697 A1 beschreibt einen Ultraschallsensor, der mittels eines Koppelelements an einem Panel befestigt ist. Das Koppelelement umfasst ein Matrixmaterial, das mit einem Füllstoff verstärkt ist. Beispielsweise kann eine Silikonmatrix mit einem Glasfaser-Füller verwendet werden. Ferner ist ein Dämpfungsmaterial vorgesehen, welches den Ultraschallsensor auf dem Panel umgibt.
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DE 10 2006 055 168 A1 beschreibt eine Hinderniserfassungsvorrichtung, die ein Halterungselement und einen Ultraschallsensor aufweist, welcher an einer ersten Seite des Halterungselements befestigt ist. Der Ultraschallsensor sendet Ultraschallwellen in Richtung einer zweiten Seite des Halterungselements und empfängt von der zweiten Seite dieses Ultraschallwellen. Die erste Seite des Halterungselements ist seiner zweiten Seite gegenüberliegend angeordnet. Zumindest eine Halterungsoberfläche des Ultraschallsensors oder eine Halterungsoberfläche des Halterungselements weist einen Vorsprung auf, welcher derart davon hervorsteht, dass eine Endoberfläche des Vorsprungs eine andere der Halterungsoberflächen kontaktiert. Die Halterungsoberfläche des Halterungselements ist auf seiner ersten Seite und liegt der Halterungsoberfläche des Ultraschallsensors gegenüber. Die Endoberfläche des Vorsprungs und die Halterungsoberfläche des Ultraschallsensors unterscheiden sich voneinander in zumindest ihrer Form oder Fläche. Dadurch kann eine gewünschte Richtcharakteristik vorgegeben werden.
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DE 10 2012 106 695 A1 betrifft eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil und einem Ultraschallsensor, welcher eine Membran zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist, mit einer Halteeinrichtung, mittels welcher der Ultraschallsensor an einer Rückseite des Verkleidungsteils befestigt ist, wobei die Halteeinrichtung über Verbindungsmittel an der Rückseite des Verkleidungsteils fixiert ist und der Ultraschallsensor zerstörungsfrei reversibel lösbar mit der Halteeinrichtung verbunden ist, und mit einem Koppelelement, über welches eine dem Verkleidungsteil zugewandte Frontseite der Membran mit der Rückseite des Verkleidungsteils schwingungstechnisch gekoppelt ist, so dass der Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen der Ultraschallsignale durch das Koppelelement und das Verkleidungsteil hindurch ausgebildet ist.
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EP 2 660 627 B1 beschreibt eine Sensoranordnung umfassend eine flächige Fahrzeugkomponente und ein Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor eine Membran umfasst, die lösbar mit der flächigen Fahrzeugkomponente verbunden ist, und wobei die flächige Fahrzeugkomponente im Bereich des Ultraschallsensors eine reduzierte Materialstärke aufweist, wobei die flächige Fahrzeugkomponente eine akustische Koppelplatte umfasst, die an den Ultraschallsensor angrenzt und dessen Membran punktförmig kontaktiert.
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DE 10 2010 023 072 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die eine Haltefläche mit zwei Seiten und Ultraschallwandlern aufweist, die an einer der Seiten der Haltefläche angebracht sind. Die Wandler senden Ultraschallwellen zu den Seiten hin aus. An einer der Seiten der Haltefläche und benachbart zu den Wandlern sind plattenförmige Metallelemente angebracht, um einen Strahlungsbereich der Ultraschallwandler einzustellen. Die Elemente umfassen eine selbstklebende Aluminiumfolie mit einer Aluminiumschicht und einer Klebeschicht.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer verbesserten und insbesondere definierten Kopplung eines Ultraschallsensors mit einem Träger.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche auf einfache Weise ein Ultraschallsensor mit einem Träger gekoppelt werden kann, insbesondere zur definierten Übertragung von Ultraschallwellen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Koppelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch einen Ultraschallsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch eine Anordnung aus einem Ultraschallsensor und einem Träger mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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Es wird vorgeschlagen ein Koppelelement für einen Ultraschallsensor, insbesondere zum Übertragen von Ultraschallwellen von dem Ultraschallsensor an einen Träger oder umgekehrt, wobei das Koppelelement wenigstens drei Schichten aufweist derart, dass eine Trägerschicht vorgesehen ist, die aus einem Metall ausgebildet ist, und wobei auf einer ersten Seite der Trägerschicht eine erste Verbindungsschicht vorgesehen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite der Trägerschicht eine zweite Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht jeweils einen Klebstoff aufweisen.
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Ein vorstehend definiertes Koppelelement erlaubt auf einfache Weise eine sichere Anbindung eines Ultraschallsensors an einen Träger, wobei weiterhin eine effektive und definierte Übertragung von Ultraschallwellen auf den Träger oder umgekehrt ermöglicht wird.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt somit ein Koppelelement für einen Ultraschallsensor. Das Koppelelement dient insbesondere dem Übertragen von Ultraschallwellen von dem Ultraschallsensor auf den Träger oder umgekehrt, also bevorzugt beides.
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Ein Ultraschallsensor umfasst meist eine Membran, welche dazu vorgesehen und ausgerichtet ist, Ultraschallwellen beziehungsweise Ultraschallsignale auszusenden und/oder zu empfangen. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor über das Koppelelement und/oder mit einer weiteren Halteeinrichtung an dem Träger fixiert sein. Beispielhaft kann es vorgesehen sein, dass der Ultraschallsensor an einer Rückseite des Trägers befestigt ist. Dabei kann etwa die Halteeinrichtung über Verbindungsmittel an der Rückseite des Trägers fixiert sein und der Ultraschallsensor zerstörungsfrei reversibel lösbar mit der Halteeinrichtung verbunden sein. Über das Koppelelement kann eine dem Träger zugewandte Fronseite der Membran mit der Rückseite des Trägers schwingungstechnisch gekoppelt sein, so dass der Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen der Ultraschallsignale durch das Koppelelement und den Träger hindurch ausgebildet ist.
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Zwar ist bereits bekannt, dass derartige Ultraschallsensoren in Stoßfängern unverdeckt verbaut angeordnet sind. Dies bedeutet, dass sie in durchgängigen Aussparungen bzw. Durchgangsöffnungen in dem Stoßfänger angeordnet sind und außenseitig sichtbar sind. Hier erstreckt sich die topfförmige Membran des Ultraschallsensors, etwa ein Aluminiumtopf, durch die Durchgangsöffnung des Stoßfängers hindurch, so dass eine Frontseite bzw. Frontfläche der Membran mit der äußeren Oberfläche des Stoßfängers bündig abschließt.
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Dem Vorstehenden folgend gilt bei der vorliegenden Erfindung das Interesse jedoch insbesondere einer verdeckten Anordnung eines Ultraschallsensors, also insbesondere einer Anordnung, bei welcher der Ultraschallsensor von außen nicht sichtbar ist.
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Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass insbesondere bei einer rückseitigen Anbindung des Ultraschallsensors an den Träger eine gute schwingungstechnische Anbindung des Ultraschallsensors an den Träger über das Koppelelement von großer Wichtigkeit ist, um so ein effektives Messen zu ermöglichen und verlässliche Messergebnisse zu erhalten.
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Das hier beschriebene Koppelelement zeichnet sich dadurch aus, dass das Koppelelement wenigstens drei Schichten aufweist derart, dass eine Trägerschicht vorgesehen ist, die aus einem Metall ausgebildet ist und wobei benachbart zu der Trägerschicht eine erste Verbindungsschicht vorgesehen ist und auf der der ersten Seite gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite der Trägerschicht eine zweite Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht jeweils einen Klebstoff aufweisen.
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Dabei kann eine Ausbildung der Trägerschicht aus einem Metall insbesondere bedeuten, dass die Trägerschicht aus einem Metall besteht. Ferner kann ein Metall ein aus einem Element bestehendes Metall sein, oder auch eine Legierung. Darüber hinaus soll der Begriff Trägerschicht bedeuten, dass diese die beiden Verbindungsschichten trägt. Insbesondere kann die Trägerschicht durchgehend beziehungsweise dicht und damit frei von durchgehenden Löchern oder Poren ausgestaltet sein. In anderen Worten kann ein direkter Kontakt der ersten und der zweiten Verbindungsschicht vermieden werden.
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Unter einer Verbindungsschicht ist ferner eine derartige Schicht zu verstehen, die die Trägerschicht mit einem entsprechenden Fügepartner, insbesondere dem Ultraschallsensor beziehungsweise dem Träger, verbindet.
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Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Verbindungsschichten unmittelbar an der Trägerschicht anliegen beziehungsweise diese berühren.
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Schließlich kann das Koppelelement nur die drei beschriebenen Schichten aufweisen beziehungsweise aus den drei Schichten bestehen, wobei jedoch das Vorsehen weiterer Schichten nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist.
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Ein hier beschriebenes Koppelelement zeichnet sich insbesondere durch eine ausgeprägte Unempfindlichkeit gegen Temperatureinflüsse aus, insbesondere gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik. Denn bei der verdeckten Sensorik im Ultraschallbereich wird momentan oftmals die Ankopplung des Ultraschallwandlers an einen Träger mittels eines Flüssigklebers ein- oder zweikomponentig appliziert oder mittels eines Transferklebebandes beziehungsweise mittels eines doppelseitigen Klebebandes mit einem Glasfasergewebe als Trägerschicht angebracht. Bei der Verwendung derartiger Komponenten kann es auftreten, dass bei Oberflächentemperaturen oberhalb von 50°C, wie dies e in der Sonne und/oder in warmem Klima durchaus auftreten können, eine Veränderung in der Abstrahlcharakteristik sowie eine Degression im Schalldruck und bei der Resonanzfrequenz möglich ist. Hintergrund kann insbesondere ein starkes temperaturabhängiges Verändern der mechanischen und rheologischen Eigenschaften, wie beispielsweise Biegesteifigkeit und Viskosität des verwendeten Klebstoffs beziehungsweise der Trägerschicht des Koppelelements, sein.
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Bei der Verwendung von Geweben als Trägerschichten im Koppelelement kann es ferner prinzipbedingt auftreten, dass es Bereiche gibt, in denen der Klebstoff die gesamte Koppeldicke ausfüllt. Änderungen im Materialverhalten der eigentlichen Klebeschicht machen sich hier verstärkt bemerkbar.
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Weiterhin entsteht ein Nachteil bei Gewebebändern etwa bei der Herstellung des Koppelelements. Da üblicherweise diese Koppelelemente aus einer Fläche ausgestanzt werden, sind sie Ränder oftmals nicht glatt, sondern faserig beziehungsweise ausgefranst. Wenn das Stanzwerkzeug nicht einwandfrei funktioniert, bleiben teilweise auch längere Fasern überstehen, Diese Fasern können nun beim weiteren Verarbeiten die eigentliche Klebeoberfläche verschmutzen beziehungsweise negativ beeinflussen, da sie weich und biegsam sind. Dadurch kann unter Umständen verhindert werden, dass die Klebefläche spaltfrei auf den Ultraschallsensor beziehungsweise auf den Träger angebracht werden kann. Dies wirkt sich nachteilig auf die Übertragung der Schallwellen aus.
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Durch die Verwendung eines Gewebes kann ferner die akustische Ankopplung eines Wandlers, wie eines Biegewellenwandlers, als Schwingungseinheit des Ultraschallsensors anisotrop sein. Dies kann bewirken, dass je weicher die Matrix bei hohen Temperaturen wird, desto mehr die Schallabstrahlung in Richtung der Längsfasern erfolgt. Dies wiederum kann zu Interferenzen führen, die ein inhomogenes Abklingverhalten der eingebrachten Energie zur Folge hat, was zu einem erhöhten Dämpfungsbedarf des in Schwingung versetzten Trägers führen kann.
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Durch die Ausgestaltung des vorstehend beschriebenen Koppelements, das wenigstens drei Schichten aufweist derart, dass eine Trägerschicht vorgesehen ist, die aus einem Metall ausgebildet ist und wobei auf einer ersten Seite der Trägerschicht eine erste Verbindungsschicht vorgesehen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite der Trägerschicht eine zweite Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht jeweils einen Klebstoff aufweisen, können die vorstehend beschriebene Nachteile des Stands der Technik gerade überwunden beziehungsweise nahezu ausgeschlossen oder zumindest reduziert werden.
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Insbesondere kann unter Verwendung eines Koppelelements wie vorstehend definiert eine nahezu konstante akustische beziehungsweise schallwellentechnische Ankopplung des Ultraschallsensors an einen Träger über einen weiten Temperaturbereich ermöglicht werden.
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Denn durch die Verwendung einer Metallschicht als Trägerschicht kann es ermöglicht werden, dass der insbesondere in einem Temperaturbereich von -40°C bis 110°C temperaturabhängig wirksame Teil der Klebstoffschicht insbesondere in der Dicke signifikant reduziert wird, da die Metallschicht nicht von dem Klebstoff durchdrungen wird und ferner der Klebstoffanteil grundsätzlich deutlich reduziert werden kann. Dadurch kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik der Vorteil erzielt werden, dass die Resonanzfrequenz, die Sende- und Empfangsamplitude und die Abstrahlcharakteristik eine deutlich geringere Schwankung über die Temperatur aufweist, als eine Ankopplung bei gleicher Materialstärke ohne Metallschicht oder auch mit einer Trägerschicht aus einem Faserwerkstoff, etwa einem Faserverbundwerkstoff.
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Darüber hinaus kann durch die Verwendung einer Metallschicht als Trägerschicht die akustische beziehungsweise schalltechnische Ankopplung beziehungsweise Schallausbreitung des Koppelelements isotrop sein. Daraus kann resultieren, dass die Schallenergie sich gleichmäßig radial vom Mittelpunkt aus ausbreitet. Daraus wiederum können ein nahezu e-förmiges Abklingverhalten und eine minimierte Dämpfung resultieren.
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Dadurch, dass die Trägerschicht aus einem Metall gefertigt ist kann es ferner verhindert werden, dass bei der Herstellung und auch beim Applizieren des Koppelelements Montagefehler durch unsaubere Stanzkanten auftreten, da sich Metalle meist problemlos und sauber schneiden oder stanzen lassen. Somit weisen erfindungsgemäße Koppelelemente eine saubere Kante auf und sind ferner äußerst formstabil. Verschmutzte Oberflächen, wie diese unter Verwendung von Fasern auftreten können, können vermieden werden.
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Schließlich wird es möglich, die drei Schichten unabhängig voneinander auszubilden, was sowohl herstellungsbedingt als auch bezüglich der Kopplung Vorteile bringen kann.
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Durch das Vorsehen der Verbindungsschichten mit einem Klebstoff beziehungsweise als Klebstoffschichten etwa ausschließlich aufweisend einen Klebstoff kann es ferner ermöglicht werden, dass von dem Koppelelement eine stoffschlüssige Verbindung zu dem Ultraschallsensor, insbesondere der Membran des Ultraschallsensors, und dem Träger beziehungsweise dem Verkleidungsteil gebildet ist. Eine solche stoffschlüssige Verbindung ermöglicht eine zuverlässige Übertragung der mechanischen Schwingung von dem Ultraschallsensor auf den Träger und umgekehrt, so dass eine reflexionsfreie Schallübertragung bzw. Schallausbreitung durch den Träger hindurch gewährleistet ist.
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Es kann bevorzugt sein, dass die Trägerschicht als Metallfolie ausgestaltet ist. In dieser Ausgestaltung kann das Koppelelement mit einer sehr geringen Dicke ausgestaltet werden, was das Strahlungsverhalten beziehungsweise die Strahlungskopplung verbessern kann. Darüber hinaus kann durch eine durch eine Folie ermöglichte Flexibilität der Trägerschicht es ermöglicht werden, dass etwaige Unebenheiten an den Fügepartnern besonders gut ausgeglichen werden können und so ein besonders inniger Kontakt zu den Fügepartnern ermöglicht werden kann. Dadurch kann eine effektive Strahlungskopplung und ferner ein definiertes Messergebnis ermöglicht werden.
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Beispielsweise kann die Metallfolie eine Dicke aufweisen in einem Bereich von ≥ 10 µm bis ≤ 150 µm, etwa in einem Bereich von ≥ 20 µm bis ≤ 100 µm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 20 µm bis ≤ 70 µm.
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Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass die Trägerschicht Aluminium als Metall aufweist, beispielsweise aus Aluminium, beispielsweise einer Aluiniumfolie, besteht.
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Insbesondere unter Verwendung von Aluminium als Trägerschicht können die vorbeschriebenen Vorteile auf effektive Weise ermöglicht werden. Beispielsweise kann unter Verwendung von Aluminium es ermöglicht werden, dass eine saubere Schnittkante beziehungsweise Stanzkante entsteht, so dass Verschmutzungen der Oberfläche, wie dies etwa bei faserigen Trägerschichten wie vorstehend beschrieben entstehen können, vermieden werden können. Darüber hinaus zeichnet sich Aluminium durch eine effektive Schallübertragung aus, so dass insbesondere unter Verwendung von Aluminium ein effektives und definiertes Messverhalten ermöglicht werden kann.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht einen unterschiedlichen Klebstoff aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann es umgangen werden, dass der verwendete Klebstoff für beide Fügepartner, also den Ultraschallsensor und den Träger, etwa auch unterschiedlichste Träger, verwendbar sein muss. Somit kann der Klebstoff auf der entsprechenden Seite beziehungsweise in der entsprechenden Verbindungsschicht maßgeschneidert werden mit Bezug auf den entsprechenden Fügepartner, also insbesondere den Träger beziehungsweise den Ultraschallsensor. Dadurch kann in dieser Ausgestaltung besonders sichergestellt werden, dass eine dauerhaft stabile Verbindung ausgebildet werden kann. Dadurch kann gleichermaßen ein inniger Kontakt zwischen den Fügepartnern dauerhaft sichergestellt werden, was auch dauerhaft eine effektive Schwingungskopplung und ein definiertes und verlässliches Messergebnis erlauben kann.
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Dabei kann insbesondere durch die Metallschicht als Trägerschicht, die unabhängig von der konkreten Ausgestaltung durchgehend beziehungsweise dicht und damit frei von durchgehenden Löchern oder Poren ausgestaltet sein kann, jeder Seite der Trägerschicht eine individuell zum Fügepartner angepasste Klebstoffschicht zur Verwendung kommen. Ein Applizieren auf unterschiedlichen Oberflächen wie etwa Pulverbeschichtung auf der einen Seite und KTL-Beschichtung auf der anderen Seite kann demgegenüber gemäß dem Stand der Technik kritisch sein. Derartige unterschiedliche Verfahren können zum Applizieren des Klebstoffs jedoch bevorzugt und problemlos umsetzbar sein.
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Alternativ kann es bevorzugt sein, dass die erste Verbindungsschicht und die zweite Verbindungsschicht den gleichen Klebstoff aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders einfache Herstellung des Koppelelements ermöglicht werden, da ein beidseitiges Applizieren des Klebstoffs, also des gleichen Klebstoffs, auf die Trägerschicht meist unter einfachen und gut beherrschbaren Prozessschritten möglich ist. Darüber hinaus kann beispielsweise aber nicht beschränkt hierauf bei der Wahl eines entsprechenden Klebstoffs eine universelle Anwendbarkeit gegeben sein, so dass das Koppelelement auch, wenn es auf beiden Seiten mit dem gleichen Klebstoff versehen ist, an dem Ultraschallsensor wie etwa seiner Membran und dem Träger sicher und dauerhaft fixiert sein kann.
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Weiter bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der Klebstoff wenigstens einer der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht ein Silikonklebstoff ist. Insbesondere unter Verwendung eines Silikonklebstoffs können die vorbeschriebenen Vorteile auf effektive Weise ermöglicht werden. Beispielsweise kann unter Verwendung von Silikonklebstoffen eine vergleichsweise geringe Temperaturabhängigkeit der Schwingungsübertragung ermöglicht werden. Darüber hinaus weisen Silikonklebstoffe ein sehr breites Anwendungsgebiet auf, so dass eine Verbindung mit einer Vielzahl von Materialien des Trägers oder auch des Ultraschallsensors, an welchen das Koppelelement fixiert wird, möglich ist.
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Beispielsweise können wählbare Einkomponentensysteme oder Zweikomponentensysteme verwendet werden, welche an die gewünschten Fügepartner angepasst sein können.
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Ferner weisen insbesondere Silikonklebstoffe den Vorteil auf, dass diese auch gegebenenfalls vorliegende Unebenheiten der Fügepartner sehr gut ausgleichen können, so dass stets eine gute und schalltechnisch effektiv koppelnde Verbindung zwischen den Fügepartnern und der Trägerschicht beziehungsweise der Metallschicht und somit gleichermaßen zwischen den Fügepartnern, also zwischen Ultraschallsensor und Träger, möglich ist. Dadurch kann ein effektives und definiertes Messverhalten ermöglicht werden.
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Bezüglich weiterer Vorteile und Merkmale des Koppelelements wird auf die Beschreibung des Ultraschallsensors, der Anordnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
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Beschrieben wird ferner ein Ultraschallsensor, an dem ein Koppelelement zum Übertragen von Ultraschallwellen von dem Ultraschallsensor auf einen Träger oder umgekehrt angeordnet ist, wobei das Koppelelement derart ausgestaltet ist, wie dies vorstehend beschrieben ist.
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Ein derart ausgestalteter Ultraschallsensor kann somit insbesondere durch das Vorsehen des vorbezeichneten Koppelelements eine bevorzugte schalltechnische Anbindung an einen Träger ermöglichen. Insbesondere kann es ermöglicht werden, dass die schalltechnische Kopplung eine gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikant verringerte Abhängigkeit gegenüber Temperatureinflüssen aufweist.
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Darüber hinaus kann insbesondere durch die Ausgestaltung des Koppelelements es ermöglicht werden, dass eine dauerhaft stabile Anbindung des Koppelelements an dem Ultraschallsensor ermöglicht wird.
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Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass das Koppelelement an einer Membran zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen angeordnet ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine effektive Übertragung der Schallwellen von dem Ultraschallwellen über das Koppelelement auf den Träger beziehungsweise zurück von dem Träger zurück auf dem Ultraschallsensor ermöglicht werden.
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Dabei ist es grundsätzlich bekannt, dass Ultraschallsensoren eine Membran aufweisen, die Teil des Gehäuses und etwa einteilig mit diesem ausgestaltet sein kann, und die in einer Aufnahme des Gehäuses aufgenommen werden kann. Die Membran wird etwa durch ein Piezo-Element zu Schwingungen angeregt und kann ferner reflektierte Schwingungen empfangen. Daher kann es für eine effektive Schwingungskopplung und ein definiertes Messergebnis von Vorteil sein, dass das Koppelelement unmittelbar an der Membran positioniert beziehungsweise befestigt ist.
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Der Ultraschallsensor kann einem Fahrerunterstützungssystem zugeordnet sein und Informationen über die Fahrzeugumgebung liefern, und genauer gesagt über die Abstände zwischen dem Fahrzeug einerseits und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen andererseits. Fahrerunterstützungssysteme können dabei beispielsweise Parkassistenzsysteme, Systeme zur Totwinkelüberwachung, Systeme zur Abstandshaltung, Spurüberwachungssysteme, Bremsassistenzsysteme und dergleichen sein.
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Bezüglich weiterer Vorteile und Merkmale des Ultraschallsensors wird auf die Beschreibung des Koppelelements, der Anordnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
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Beschrieben wird ferner eine Anordnung aus einem Ultraschallsensor und einem Träger, wobei der Ultraschallsensor durch ein Koppelelement zur Übertragung von Ultraschallwellen mit dem Träger verbunden ist, wobei das Koppelelement ausgestaltet ist, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.
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Eine derartige Anordnung kann insbesondere Bestandteil sein eines Fahrzeugs, wie etwa eines Kraftfahrzeugs.
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Eine derartig ausgestaltete Anordnung kann somit insbesondere durch das Vorsehen des vorbezeichneten Koppelelements zwischen dem Träger und dem Ultraschallsensor eine bevorzugte schalltechnische Anbindung dieser Bauteile ermöglichen. Insbesondere kann es ermöglicht werden, dass die schalltechnische Kopplung eine gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikant verringerte Abhängigkeit gegenüber Temperatureinflüssen aufweist.
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Darüber hinaus kann insbesondere durch die Ausgestaltung des Koppelelements es ermöglicht werden, dass eine dauerhaft stabile Anbindung des Koppelelements an die Fügepartner, also an den Träger und den Ultraschallsensor, ermöglicht wird, indem die Verbindungsschichten beziehungsweise Klebstoffschichten sicher an Ultraschallsensor, Träger und Trägerschicht haften.
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Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass das Koppelelement an einer Membran zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallwellen angeordnet ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine effektive Übertragung der Schallwellen von dem Ultraschallwellen über das Koppelelement auf den Träger beziehungsweise zurück von dem Träger zurück auf dem Ultraschallsensor ermöglicht werden.
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Der Träger kann grundsätzlich beispielsweise ein wählbares Verkleidungsteil eines Kraftfahrzeugs sein, wie etwa eine beliebige Position der Fahrzeugaußenhaut, etwa Türen, Stoßfänger, Kotflügel oder Glasflächen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Ultraschallsensor an einer Rückseite des Trägers und damit verdeckt positioniert ist. In dieser Ausgestaltung ist somit keine Aussparung für den Ultraschallsensor vorgesehen, sondern der Ultraschallsensor überträgt seine Schallwellen über das Koppelelement an den Träger, wie etwa das Verkleidungsteil des Fahrzeugs, wobei die Ultraschalwellen von dem Träger emittiert werden.
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Unter einer Rückseite kann somit insbesondere eine Seite verstanden werden, die bei einem normalen Betrieb etwa des Verkleidungsteils des Fahrzeugs nicht sichtbar ist beziehungsweise nach innen gerichtet ist, weshalb der Ultraschallsensor verdeckt positioniert ist.
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Bezüglich weiterer Vorteile und Merkmale der Anordnung wird auf die Beschreibung des Ultraschallsensors, des Koppelelements, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen, und umgekehrt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung zeigend eine Ausgestaltung einer Anordnung aus einem Ultraschallsensor und einem Träger und einem dazwischen angeordneten Koppelelement; und
- 2 eine schematische Darstellung zeigend eine Ausgestaltung eines Koppelelements für die Anordnung aus 1.
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In der 1 ist eine Anordnung 10 aus einem Ultraschallsensor 12 und einem Träger 14 gezeigt, welche insbesondere Bestandteil eines Fahrzeugs sein kann. Der Ultraschallsensor 12 kann grundsätzlich ausgestaltet sein, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Insbesondere weist der Ultraschallsensor 12 eine Membran 16 auf, welche etwa durch ein schwingungsinduzierendes Element 18, wie etwa ein Piezoelement, Schallwellenemittieren oder empfangen kann. Dabei sind ferner Steueranschlüsse 20 gezeigt, welche das schwingungsinduzierende Element 18 ansteuern beziehungsweise hierdurch erzielte Daten ableiten können.
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Insbesondere ist der Ultraschallsensor 12 einem Fahrerunterstützungssystem zugeordnet und liefert Informationen über die Fahrzeugumgebung, und genauer gesagt über die Abstände zwischen dem Fahrzeug einerseits und den in seiner Umgebung befindlichen Hindernissen andererseits. Fahrerunterstützungssysteme können dabei beispielsweise Parkassistenzsysteme, Systeme zur Totwinkelüberwachung, Systeme zur Abstandshaltung, Spurüberwachungssysteme, Bremsassistenzsysteme und dergleichen sein.
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Der Träger 14 kann beispielsweise ein wählbares Verkleidungsteil eines Kraftfahrzeugs sein, wie etwa eine beliebige Position der Fahrzeugaußenhaut, etwa Türen, Stoßfänger, Kotflügel oder Glasflächen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
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Es ist ferner gezeigt, dass der Ultraschallsensor 12 an einer Rückseite des Trägers 14 positioniert ist. In anderen Worten kann die dem Ultraschallsensor 12 abgewandte Seite des Trägers 14 eine Außenseite des Fahrzeugs sein, so dass der Ultraschallsensor 12 verdeckt positioniert ist.
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Es ist ferner gezeigt, dass der Ultraschallsensor 12 durch ein Koppelelement 22 zur Übertragung von Ultraschallwellen mit dem Träger 14 verbunden ist. Das Koppelelement 22 dient somit dazu, von der Membran 16 emittierte Ultraschallwellen an den Träger 14 weiterzuleiten beziehungsweise auf den Träger 14 auftreffende Ultraschallwellen von dem Träger 14 an die Membran 16 weiterzuleiten.
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Das Koppelement 22 ist im Detail in der 2 gezeigt.
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In der Ausgestaltung gemäß 2 ist zu erkennen, dass das Koppelelement 22 drei Schichten aufweist. Eine mittlere Schicht bildet eine Trägerschicht 24 aus die aus einem Metall ausgebildet ist. Insbesondere kann die Trägerschicht 24 aus einem Metall bestehen. Als bevorzugtes Metall kann etwa Aluminium vorgesehen sein. Ferner ist es bevorzugt, dass die Trägerschicht 24 beziehungsweise die Metallschicht folienartig beziehungsweise als Folie ausgestaltet ist. Als solche kann die Trägerschicht 24 etwa eine Dicke aufweisen in einem Bereich von ≥ 10 µm bis ≤ 150 µm, etwa in einem Bereich von ≥ 20 µm bis ≤ 100 µm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 20 µm bis ≤ 70 µm.
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Es ist ferner gezeigt, dass auf einer ersten Seite der Trägerschicht 24 eine erste Verbindungsschicht 26 vorgesehen ist und auf einer der ersten Seite gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite der Trägerschicht 24 eine zweite Verbindungsschicht 28 vorgesehen ist, wobei die erste Verbindungsschicht 26 und die zweite Verbindungsschicht 28 jeweils einen Klebstoff aufweisen.
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Die Verbindungsschichten 26, 28 dienen somit dazu, das Koppelelement 22 an den Fügepartnern, also dem Ultraschallsensor 12 und dem Träger 14 zu fixieren.
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Um dies zu ermöglichen kann es vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsschicht 26 und die zweite Verbindungsschicht 28 einen unterschiedlichen Klebstoff aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann ein besonders effektives Maßschneidern des Klebstoffs an den jeweiligen Fügepartner ermöglicht werden, was eine besonders stabile und dauerhafte Verbindung von Verbindungsschicht 26, 28 und Fügepartner ermöglicht.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die erste Verbindungsschicht 26 und die zweite Verbindungsschicht 28 den gleichen Klebstoff aufweisen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Applizierbarkeit des Klebstoffs.
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Beispielsweise für eine oder beide der Verbindungsschichten 26, 28 kann es vorgesehen sein, dass diese einen Silikonklebstoff aufweist.
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Eine in der 1 beschriebene Anordnung 10 beziehungsweise ein in 2 gezeigtes Koppelelement 22 kann insbesondere den Vorteil aufweisen, wonach insbesondere in einem Temperaturbereich von -40°C bis 110°C die Temperaturabhängigkeit der Messung beziehungsweise der Strahlungskopplung signifikant reduziert wird, da insbesondere die Resonanzfrequenz, die Sende- und Empfangsamplitude und die Abstrahlcharakteristik eine deutlich geringere Schwankung über die Temperatur aufweist.
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Darüber hinaus kann es ermöglicht werden, dass von dem Koppelelement 22 eine sichere und innige Verbindung zu dem Träger 14 und dem Ultraschallsensor 12 ermöglicht wird, was eine besonders zuverlässige Übertragung der mechanischen Schwingung von dem Ultraschallsensor auf den Träger und umgekehrt ermöglichen kann, so dass eine reflexionsfreie Schallübertragung bzw. Schallausbreitung durch den Träger 14 hindurch gewährleistet ist. Dadurch können verlässliche Messergebnisse ermöglicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- Ultraschallsensor
- 14
- Träger
- 16
- Membran
- 18
- schwingungsinduzierendes Element
- 20
- Steueranschluss
- 22
- Koppelelement
- 24
- Trägerschicht
- 26
- Verbindungsschicht
- 28
- Verbindungsschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2017/0059697 A1 [0003]
- DE 102006055168 A1 [0004]
- DE 102012106695 A1 [0005]
- EP 2660627 B1 [0006]
- DE 102010023072 A1 [0007]
