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Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensor-Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Abstandsmessung und/oder zur Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Ultraschallsensor-Baugruppe.
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Ultraschallsensorvorrichtungen sowie entsprechende Ultraschallsensor-Baugruppen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus der
US 8,981,622 . Bei diesem US-Patent wird eine Leiterplatte mit fünf Pinverbindungs-Ports bereitgestellt. Zwei dieser Ports sind zur Verbindung mit einem piezoelektrischen Element (also dem eigentlichen Sensor) vorgesehen, und drei der Pinverbindungs-Ports sind für die externe Verbindung des Sensors vorgesehen. Einer der drei Ports für die externe Verbindung dient zur Aufnahme eines Massepins, um eine Masseverbindung für die Leiterplatte bereitzustellen. Der entsprechende Port ist über eine Leiterbahn auf oder in der Leiterplatte mit einem der zwei Ports verbunden, die jeweils einen Pin für die Verbindung mit dem Piezo-Element aufnehmen. Der Pin, der in diesen so verbundenen Port aufgenommen wird, dient somit als Massepin für das Piezoelement.
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Die Erfinder haben erkannt, dass die voranstehend beschriebene Masseverbindung für das Piezo-Element mit Nachteilen behaftet ist. Die Erfinder haben insbesondere folgendes als mögliche Nachteile erkannt:
- 1. Es ist eine Leiterbahn nötig, nur um die zwei Masseports miteinander zu verbinden.
- 2. Durch die gewissermaßen indirekte Masseverbindung (über die eigens dafür notwenige Leiterbahn auf der Leiterplatte) ist das EMV(elektromagnetische Verträglichkeit)-Verhalten nicht so gut wie bei einer Masseverbindung, die man als „direkter“ ansehen könnte.
- 3. Die zwei Masseports benötigen Platz auf der Leiterplatte.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Ultraschallsensor-Baugruppe bereitzustellen, insbesondere eine verbesserte Ultraschallsensor-Baugruppe, sowie eine alternative, insbesondere verbesserte Ultraschallsensorvorrichtung mit einer Ultraschallsensor-Baugruppe.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschallsensor-Baugruppe und durch eine Ultraschallsensorvorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine „Ultraschallsensor-Baugruppe“ im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere mehrere zu einer Baugruppe montierte oder verbundene Komponenten einer Ultraschallsensorvorrichtung, wobei eine „Ultraschallsensorvorrichtung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei insbesondere eine Sensorvorrichtung ist, die dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Größe, insbesondere wenigstens eine Zustandsgröße, mittels Ultraschall zu erfassen.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensor-Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Abstandsmessung und/oder zur Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem, weist auf:
- - ein Wandlerelement zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen,
- - eine Leiterplatte, und
- - eine Verbindungsstruktur, die eine gemeinsame Masseverbindung für die Leiterplatte und das Wandlerelement bereitstellt, zur elektrischen Verbindung mit einer externen Masse.
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Unter dem Begriff „Wandlerelement“ wird vorliegend ein Sensorelement oder eine Sensorbaugruppe verstanden, welche in Abhängigkeit von einem Signal Ultraschallwellen erzeugen und aussenden kann und/oder welches aus empfangenen Ultraschallwellen in Abhängigkeit von den empfangenen Ultraschallwellen ein Signal erzeugen kann.
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Ein Wandlerelement im Sinne der Erfindung weist insbesondere wenigstens ein Piezo-Element mit wenigstens einem Piezo-Kristall und wenigstens einer Ultraschallmembran auf, wobei der Piezo-Kristall mithilfe eines Signalimpulses zu definierten Schwingungen angeregt werden kann, welche mittels der Ultraschallmembran an die Umgebung übertragen werden können. Insbesondere können ebenso Ultraschallwellen aus der Umgebung die Ultraschallmembran anregen und über diese der Piezo-Kristall in Schwingungen versetzt werden und infolgedessen ein definierter Signalimpuls erzeugt werden. Bevorzugt definiert die Ultraschallmembran dabei eine Wirkfläche des Wandlerelements.
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Unter dem Begriff „Wirkfläche des Wandlerelements“ wird vorliegend diejenige Fläche verstanden, über welche Ultraschallwellen in die Umgebung entsendet werden können und über welche Ultraschallwellen aufgenommen bzw. empfangen werden können.
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Dadurch, dass die Verbindungsstruktur eine gemeinsame Masseverbindung für die Leiterplatte und das Wandlerelement bereitstellt, ist eine direktere Masseverbindung für das Wandlerelement möglich als es nach dem oben beschriebenen Ansatz aus dem Stand der Technik möglich ist.
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Nach einer Ausführung ist die Verbindungsstruktur so gestaltet, dass die Masseverbindung für das Wandlerelement nicht auf oder in der Leiterplatte verläuft.
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Somit entfällt die Notwendigkeit für die oben beschriebene Leiterbahn, deren (unter Umständen einzige) Aufgabe es ist, zwei Masseports miteinander zu verbinden. Der zweite Masseport kann dann auch entfallen, weil die Verbindungsstruktur eine gemeinsame Masseverbindung zur elektrischen Verbindung mit einer externen Masse sowohl für die Leiterplatte als auch für das Wandlerelement bereitstellt. Dadurch wird Platz auf der Leiterplatte gewonnen, der entweder für andere Funktionen genutzt werden kann oder eine Verkleinerung der Leiterplatte ermöglichen kann. Auch das EMV-Verhalten kann durch die direktere Masseverbindung verbessert werden.
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Nach einer Ausführung kann die Verbindungsstruktur aufweisen:
- - einen ersten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit der Leiterplatte,
- - einen zweiten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Wandlerelement, und
- - einen dritten Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit der externen Masse.
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Die drei Verbindungsabschnitte können beispielsweise im Wesentlichen „T“-förmig angeordnet sein. Die Verbindungsstruktur kann aber auch andere geometrische Formen annehmen.
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Nach einer Ausführung ist der erste Verbindungsabschnitt im Wesentlichen unmittelbar, insbesondere unmittelbar, mit der Leiterplatte verbunden.
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Eine solche unmittelbare oder im Wesentlichen unmittelbare Verbindung trägt weiter dazu bei, dass die Masseverbindungen so „direkt“ wie möglich gestaltet werden können. Eine unmittelbare Verbindung des ersten Verbindungsabschnitts mit der Leiterplatte würde bedeuten, dass der erste Verbindungsabschnitt die Leiterplatte berührt. Eine im Wesentlichen unmittelbare Verbindung würde einen geringfügigen Abstand zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und der Leiterplatte zulassen, beispielsweise im Bereich von etwa 1 mm, oder weniger, wobei der geringfügige Abstand beispielsweise durch Lötzinn oder anderes leitendes Material überbrückt wird.
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Entsprechend ist der erste Verbindungsabschnitt nach einer Ausführung durch Löten, Pressen, Klemmen oder Bonding mit der Leiterplatte verbunden.
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Durch die Benutzung solcher Verbindungsmethoden kann eine sichere Verbindung in mechanischer und/oder elektrischer Hinsicht erreicht werden. Außerdem lassen sich solche Methoden relativ leicht in bestehende Fertigungsprozesse integrieren.
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Nach einer Ausführung ist der erste Verbindungsabschnitt durch eine Press-Fit-Verbindung mit der Leiterplatte verbunden. Eine solche Verbindungsmethode ist dazu geeignet, mit relativ geringem Aufwand eine sichere elektrische und mechanische Verbindung bereitzustellen.
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Entsprechend weist nach einer Ausführung der erste Verbindungsabschnitt einen Einpressstift und die Leiterplatte ein Loch zur Aufnahme des Einpressstifts auf.
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Gleichwohl wäre es umgekehrt aber auch möglich, die Leiterplatte mit einem Stift oder ähnlichem zu versehen, der in ein Loch oder ähnliches in oder an dem ersten Verbindungsabschnitt aufgenommen wird.
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Nach einer Ausführung weist die Leiterplatte wenigstens drei weitere Löcher auf, wobei:
- - ein erstes weiteres Loch zur elektrischen Verbindung mit einer, insbesondere externen, Energiequelle,
- - ein zweites weiteres Loch zur elektrischen Verbindung mit einem Sensoranschluss des Wandlerelements, und
- - ein drittes weiteres Loch zur elektrischen Verbindung mit einer Datenleitung vorgesehen ist.
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Somit können alle Verbindungen der Ultraschallsensor-Baugruppe (also Verbindungen des Piezoelements/Wandlerelements, der Leiterplatte und externe Verbindungen), die nach dem oben beschriebenen Stand der Technik durch fünf Löcher/Ports realisiert wurden, erfindungsgemäß durch nur vier Löcher/Ports realisiert werden. Entsprechend ist es bevorzugt, dass die Leiterplatte nicht mehr als vier Löcher für die Verbindung mit dem Wandlerelement bzw. für externe Verbindungen aufweist. Davon ausgenommen können aber weitere Löcher sein, die zum Zwecke der Redundanz in der Leiterplatte vorgesehen sind. Ein Beispiel hierfür wäre ein zweites Loch, mit dem die Verbindungsstruktur zusätzlich verbunden ist.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass sich im Sinne der vorliegenden Erfindung der Begriff „Datenleitung“ nicht nur auf Leitungen bezieht, die zur Übermittlung von digitalen Daten dienen, sondern auch auf solche Leitungen, die analoge Signale oder analoge und digitale Signale übermitteln können.
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Nach einer Ausführung kann die Leiterplatte durch einen Schnitt senkrecht zu einer Oberfläche der Leiterplatte in eine erste und eine zweite Hälfte geteilt werden, wobei sich das Loch und die drei weiteren Löcher alle in der ersten Hälfte befinden.
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Beispielsweise kann die Leiterplatte länglich ausgestaltet sein und somit zwei sich gegenüberliegende Enden aufweisen, wobei alle Löcher nahe dem einen Ende liegen. Dies kann Platz für andere Funktionen am anderen Ende der Leiterplatte schaffen.
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Nach einer Ausführung weist die Ultraschallsensor-Baugruppe ein Sensorgehäuse auf, wobei das Gehäuse insbesondere ein erstes und ein zweites Sensorgehäuseteil aufweist.
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Das Gehäuse kann Schutz vor Verunreinigungen bieten, wobei die Ausgestaltung als erstes und zweites Sensorgehäuseteil eine relativ einfache Montage ermöglicht.
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Das erste Sensorgehäuseteil einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensor-Baugruppe ist vorzugsweise ein becherförmig oder topfförmig ausgebildetes Sensorgehäuseunterteil und weist Aluminium und/oder Kunststoff oder ein anderes Metall auf oder besteht daraus, wobei das erste Sensorgehäuseteil vorzugsweise zusammen mit wenigstens einem weiteren Sensorgehäuseteil (dem zweiten Sensorgehäuseteil), insbesondere einem Sensorgehäusedeckel, in einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung ein Sensorgehäuse bildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung ist wenigstens ein Wandlerelement dabei an einem Boden oder in einem Bodenbereich oder auf einem Boden des ersten Sensorgehäuseteils, insbesondere am Boden des ersten Sensorgehäuseteils, angeordnet, insbesondere mit der Wirkfläche zum Boden weisend.
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Insbesondere wenn alle Löcher, die der elektrischen Verbindung dienen, in einer ersten Hälfte der Leiterplatte liegen, kann die zweite Hälfte der Leiterplatte mechanisch mit dem Sensorgehäuse verbunden sein.
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Dadurch, dass alle Löcher in der ersten Hälfte der Leiterplatte angeordnet sind, ist in der anderen Hälfte der Leiterplatte beispielsweise Platz für ein Montageloch für einen Stift, durch den die Leiterplatte mit dem Sensorgehäuse verbunden werden kann. Durch die räumliche Trennung von elektrischen Anschlüssen und z.B. der mechanischen Verbindung der Leiterplatte mit dem Gehäuse (beispielsweise durch einen (Plastik-)Stift) kann auch erreicht werden, dass ein eventuelles Anschweißen oder sonstiges Wärmebehandlungsverfahren zum sicheren Verbinden des (Plastik-)Stifts oder ähnliches mit der Leiterplatte die elektrischen Kontakte möglichst wenig beeinflusst.
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Nach einer Ausführung ist das Wandlerelement und/oder die Leiterplatte und/oder die Verbindungsstruktur zumindest teilweise innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet.
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Somit kann das Gehäuse den zuvor erwähnten Schutz beispielsweise vor Verunreinigungen bieten.
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Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Abstandsmessung und/oder zur Verwendung in einem Fahrerassistenzsystem, weist wenigstens eine erfindungsgemäße Ultraschallsensor-Baugruppe auf.
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Die mit Bezug auf die Ultraschallsensor-Baugruppe vorgestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Ausführungsformen sowie deren Vorteile gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle 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 aber in Alleinstellung verwendbar, sofern diese Kombinationen ausführbar und insbesondere technisch sinnvoll sind.
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Die Erfindung wird nun anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei funktionsgleiche oder funktionsähnliche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Es zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 eine Ultraschallsensorvorrichtung aus dem Stand der Technik in einem Schnitt von der Seite,
- 2 die Ultraschallsensorvorrichtung der 1 in einem Schnitt von oben,
- 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung in einem Schnitt von der Seite,
- 4 die Ultraschallsensorvorrichtung der 3 in einem Schnitt von oben, und
- 5 eine Detailansicht von Teilen der Ultraschallsensorvorrichtung der 3.
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Bevor Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden, wird zunächst eine Ultraschallsensorvorrichtung aus dem Stand der Technik beschrieben. In vieler Hinsicht ist diese bereits bekannte Ultraschallsensorvorrichtung der oben beschriebenen Vorrichtung aus der
US 8,981,622 ähnlich.
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1 zeigt eine Ultraschallsensorvorrichtung aus dem Stand der Technik in einem Schnitt von der Seite. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf, das in diesem Beispiel aus einem ersten Gehäuseteil 1 und einem zweiten Gehäuseteil 9 besteht. Das erste Gehäuseteil 1 wird auch als Topf bezeichnet und kann einen beispielsweise aus Aluminium bestehenden Resonanzkörper darstellen. Das obere, offene Ende des ersten Gehäuseteils 1 ist in dem unteren, offenen Ende des zweiten Gehäuseteils 9 aufgenommen. Eine Dichtung 8 zwischen den zwei Gehäuseteilen kann aus Silikon oder ähnlichem bestehen. Diese Dichtung 8 dient auch der (mechanischen) Entkopplung zwischen den zwei Gehäuseteilen.
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Ein Wandlerelement (im vorliegenden Beispiel ein Piezo-Element) 2 ist auf dem Boden des topfförmigen ersten Gehäuseteils 1 befestigt, beispielsweise angeklebt. Das Piezo-Element 2 wird durch zwei Kontaktlitzen 4 kontaktiert, die jeweils beispielsweise durch einen Lötpunkt 5 an dem Piezo-Element 2 angelötet sind. Im Schnitt der 1 ist nur eine Kontaktlitze 4 gezeigt; die andere würde dahinter liegen und ist somit durch die erste Kontaktlitze 4 verdeckt. An ihrem anderen Ende kann die Kontaktlitze 4 in einem metallischen Träger 3 gehalten sein, der wiederum an oder in einem nach innen weisenden Gehäusevorsprung 9a des zweiten Gehäuseteils 9 befestigt ist. Gegenüber dem Gehäusevorsprung 9a, der als Halterung für den metallischen Träger 3 dient, liegt ein weiterer Gehäusevorsprung 9b, in den mehrere elektrische Zuleitungen integriert, beispielsweise eingespritzt oder eingepresst, sein können. Eine solche Zuleitung 7 ist in der 1 gezeigt. In dem vorliegenden Beispiel sind eigentlich drei Zuleitungen 7 vorhanden, wie im Folgenden erklärt wird. Im Schnitt der 1 ist aber nur eine Zuleitung 7 sichtbar. Jede der Zuleitungen 7 ist innerhalb des zweiten Gehäuseteils 9 nach oben abgewinkelt und endet in einem nach oben stehenden Einpressstift 20.
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Die drei Einpressstifte 20 (von denen nur einer gezeigt ist) dienen als Halterung für eine Leiterplatte 6, auf der verschiedene elektrische Bauelemente 16 für den Sensor angeordnet sind. Zum Zwecke der Halterung hat die Leiterplatte mehrere Löcher oder Ports, von denen auf der rechten Seite wiederum nur einer angedeutet ist (Bezugszeichen 11). Beim Zusammenbau des Sensors wird die Leiterplatte 6 so eingepresst, dass die Einpressstifte 20 in den Löchern 11 aufgenommen werden. Die Innenseite der Löcher 11 ist elektrisch leitfähig und durch Leiterbahnen (nicht dargestellt) mit den Bauelementen 16 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 6 befinden sich zwei weitere, nach oben abstehende Einpressstifte, von denen wiederum nur einer gezeigt ist (Bezugszeichen 21). Diese Einpressstifte sind elektrisch mit dem metallischen Träger 3 für die Kontaktlitze 4 und somit elektrisch auch mit der Kontaktlitze 4 selbst verbunden. Durch die Aufnahme der Einpressstifte 20, 21 in den Kontaktlöchern der Leiterplatte entstehen Press-Fit-Kontakte, die nicht nur eine elektrische Verbindung zwischen den Einpressstiften und der Leiterplatte bereitstellen, sondern die Leiterplatte auch mechanisch halten.
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2 zeigt die Ultraschallsensorvorrichtung der 1 in einem Schnitt von oben, im Wesentlichen in der Ebene der Leiterplatte 6 bzw. den Zuleitungen 7. 2 zeigt die Leiterplatte 6 innerhalb des zweiten Gehäuseteils 9 mit auf der Leiterplatte befindlichen elektrischen Bauelementen 16. Die Leiterplatte hat fünf Kontaktlöcher 11, 12, 13, 14 und 15. Die drei auf der rechten Seite befindlichen Kontaktlöcher 11, 12, 13 sind über die Einpressstifte 20 mit den Zuleitungen 7 verbunden, die innerhalb einer Buchse 10 zum Raum außerhalb des Sensorgehäuses führen und als Stecker-Kontakte dienen können. Über die Buchse 10 kann der Sensor extern angeschlossen werden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 6 befinden sich zwei Kontaktlöcher, die zur Verbindung mit dem Piezo-Element 2 vorgesehen sind.
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In dem vorliegenden Beispiel dient der Kontakt 11 als Massekontakt für die Leiterplatte 6. D.h. der Kontakt 11 ist durch eine entsprechende Zuleitung 7 mit einer externen Masse verbunden oder verbindbar. Der Kontakt 13 dient zum Anschluss an eine externe Energiequelle zur Stromversorgung der Leiterplatte 6. Der Kontakt 12 dient zur Eingabe/Ausgabe von Daten/Signalen in analoger und/oder digitaler Form.
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Die Signalverbindung mit dem Piezo-Element 2 wird durch den Kontakt 14 bereitgestellt. Kontakt 15 dient als Massekontakt für das Piezo-Element 2. Zu diesem Zweck ist der Massekontakt 15 mit dem Massekontakt 11 durch eine Leiterbahn (nicht dargestellt) auf oder in der Leiterplatte 6 verbunden. Auf diese Weise kann eine Masseverbindung zwischen dem Piezo-Element 2 und einer externen Masse hergestellt werden, also von der externen Masse über eine Zuleitung 7, Massekontakt 11, Leiterbahn auf der Leiterplatte 6, Massekontakt 15, metallischer Träger 3 und Kontaktlitze 4 zum Piezo-Element 2.
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3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung in einem Schnitt von der Seite. Elemente mit ähnlichen Funktionen wie in 1 sind mit der 1 entsprechenden Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse besteht wiederum aus zwei Gehäuseteilen 1 und 9, die mit einer Silikondichtung 8 oder ähnlichem mechanisch im Wesentlichen entkoppelt sind. Das zweite Gehäuseteil 9 weist wiederum Haltevorsprünge 9a und 9b auf, um die Leiterplatte 6 zu halten. Zuleitungen 7 sind wiederum in den rechten Halter 9b integriert, beispielsweise eingepresst oder eingespritzt. Die mechanische Halterung der Leiterplatte 6 und die elektrische Kontaktierung des Piezo-Elements 2 und der Leiterplatte 6 erfolgen aber auf andere Weise. Wie in der 4 dargestellt, die die Ultraschallsensorvorrichtung der 3 in einem Schnitt von oben zeigt (ähnlich der Darstellung in der 2), hat die Leiterplatte auf der rechten Seite wiederum drei Kontakte (Löcher/Ports) 11, 12 und 13. Diese dienen als Massekontakt 11, Eingabe/Ausgabekontakt 12 und Stromversorgung 13. Ein Kontakt 14 zur Herstellung einer elektrischen Signalverbindung mit dem Piezo-Element 2 ist auch vorgesehen. Obwohl die geometrische Anordnung der Löcher 11, 12, 13 und 14 auf der Leiterplatte 6 im Prinzip beliebig gestaltet werden kann, ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, alle Kontaktlöcher 11, 12, 13 und 14 in einer (also der gleichen) Hälfte der Leiterplatte 6 anzuordnen, im gezeigten Beispiel nahe dem rechten Rand der Leiterplatte 6. Dieser Vorteil wird im späteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.
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Um eine Masseverbindung (mit einer externen Masse) nicht nur für die Leiterplatte 6, sondern auch für das Piezo-Element 2 bereitzustellen, wird nach diesem Ausführungsbeispiel eine in 5 näher erläuterte Verbindungsstruktur 40 verwendet. Diese weist elektrisch leitfähiges Material auf und ist mit der entsprechenden Zuleitung 7 verbunden. Die Verbindungsstruktur 40 ist innerhalb des Gehäuses des Sensors elektrisch mit dem Massekontakt 11 der Leiterplatte 6 und mit einem metallischen Träger 3 für die Kontaktlitze 4 verbunden.
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5 zeigt eine Detailansicht von Teilen der Ultraschallsensorvorrichtung der 3. 5 zeigt insbesondere die Verbindungsstruktur 40, die in diesem Ausführungsbeispiel näherungsweise „T“-förmig ausgestaltet ist. Dieses auf der Seite liegende T weist im oberen Bereich einen ersten Verbindungsabschnitt 41 auf. Dieser dient zur elektrischen (und gegebenenfalls auch mechanischen) Verbindung mit der Leiterplatte 6 und kann zu diesem Zwecke als zuvor beschriebener Pressstift 20 ausgeformt sein. Der erste Verbindungsabschnitt 41 ist in dem Masseport 11 der Leiterplatte 6 aufgenommen.
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Des Weiteren weist die Verbindungsstruktur 40 im unteren Bereich einen zweiten Verbindungsabschnitt 42 auf. Dieser dient zur Kontaktierung des Piezo-Elements 2, beispielsweise durch eine Kontaktlitze 4 und gegebenenfalls über einen in 5 gestrichelt dargestellten metallischen Träger 3 für die Kontaktlitze 4.
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Schließlich weist die Verbindungsstruktur 40 im in 5 rechten Bereich einen dritten Verbindungsabschnitt 43 zur Verbindung mit einer externen Masse auf. Zu diesem Zweck kann der dritte Verbindungsabschnitt 43 mit einer entsprechenden Zuleitung 7 verbunden sein.
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Die Verbindungsstruktur 40 kann in einem Halter 9b des zweiten Gehäuseteils 9 eingeformt, beispielsweise eingespritzt oder eingepresst, sein.
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Wie aus den 3, 4 und 5 deutlich wird, ist es aufgrund der Verwendung der Verbindungsstruktur 40 nicht nötig, einen weiteren Masseport (wie Port 15 in 2) bereitzustellen, um eine Masseverbindung für das Piezo-Element 2 herzustellen. Somit ist es im Prinzip möglich, auf der Leiterplatte 6 nur vier Kontakte 11, 12, 13 und 14 vorzusehen. Entsprechend ist es auch nicht nötig, eine Leiterbahn wie im Stand der Technik zwischen zwei Masseports 11 und 15 vorzusehen. Die dadurch erreichte Platzersparnis auf der Leiterplatte 6 kann vorteilhafterweise dafür benutzt werden, die Leiterplatte 6 kleiner zu gestalten.
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Alternativ kann insbesondere durch die Anordnung aller vier Kontakte 11, 12, 13 und 14 in einer Hälfte der Leiterplatte 6 die Platzersparnis für eine alternative und gegebenenfalls verbesserte mechanische Halterung der Leiterplatte 6 verwendet werden. Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, kann nahe dem linken Rand der Leiterplatte 6 ein Durchgangsloch 30 vorgesehen sein (nicht in 4 gezeigt), durch das beispielsweise ein Kunststoffstift mit vergrößertem Kopf 31 greifen kann. Der Kunststoffstift kann beispielsweise zunächst einen konstanten Querschnitt haben, der näherungsweise dem Querschnitt des Durchgangslochs 30 entspricht oder geringfügig kleiner ist. Bei der Fertigung kann die Leiterplatte 6 auf diesen Stift aufgesteckt werden und anschließend kann der Stift zumindest am oberen Ende durch Wärmebehandlung vergrößert werden, so dass der verbreiterte Kopf 31 entsteht. Somit wird die Leiterplatte 6 gewissermaßen eingeschweißt und entsprechend sicher mechanisch gehalten.
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Während in der 1 die Kontakte 14 und 15 für die elektrische Verbindung zu dem Piezo-Element 2 hintereinander angeordnet sind (und somit in 1 nur ein metallischer Träger 3 und eine Kontaktlitze 4 sichtbar sind), wurden in den 3 und 4 die Kontakte 11 und 14 so angeordnet, dass diese in 3 nebeneinander zu sehen sind, und entsprechend sind in 3 die beiden metallischen Träger 3 und Kontaktlitzen 4 separat sichtbar.
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Während oben im Zusammenhang mit den 3, 4 und 5 die Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 41 und dem entsprechenden Loch 11 in der Leiterplatte 6 als Press-Fit-Verbindung beschrieben wurde, kann nach Varianten die Verbindung beispielsweise durch Löten, Pressen, Klemmen oder Bonding, hergestellt werden. Entsprechend kann die Verbindung unmittelbar (also ohne weiteres, insbesondere leitendes, Material zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 41 und der Leiterplatte 6) sein oder aber im Wesentlichen unmittelbar (also mit weiterem, insbesondere leitendem, Material zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 41 und der Leiterplatte 6, wie es beispielsweise bei einer Lötverbindung mit Lötzinn der Fall wäre).
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Verbindungsstruktur 40 vorzugsweise als einteiliges Element ausgebildet. Als Variante ist es möglich, eine mehrteilige Verbindungsstruktur zu benutzen. Diese sollte aber so ausgebildet sein, dass sich die verschiedenen Teile dieser Verbindungsstruktur berühren bzw. dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Teilen besteht, die an der Masseverbindung zwischen externer Masse, Leiterplatte 6 und Wandlerelement 2 beteiligt sind. Entsprechend wäre es nach dieser Variante möglich, beispielsweise eine zweiteilige Verbindungsstruktur zu verwenden, wobei ein Teil dieser zweiteiligen Verbindungsstruktur zur elektrischen Verbindung zwischen externer Masse und Leiterplatte 6 dient und wobei das andere Teil dieser zweiteiligen Verbindungsstruktur zur Verbindung zwischen Leiterplatte 6 und Wandlerelement 2 dient, wobei sich diese zwei Teile berühren bzw. in elektrischem Kontakt stehen. Dies könnte beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass beide Teile dieser zweiteiligen Verbindungsstruktur jeweils einen Einpressstift aufweisen, wobei beide Einpressstifte in das gleiche Montageloch 11 in der Leiterplatte 6 eingepresst sind.
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Alternativ könnte die elektrische Verbindung zwischen den beiden Teilen der zweiteiligen Verbindungsstruktur auch an anderer Stelle erfolgen.
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Selbst bei einer zwei- oder mehrteiligen Verbindungsstruktur ist es - wie oben beschrieben - möglich, nur vier Montagelöcher/Ports in der Leiterplatte 6 vorzusehen, um die Leiterplatte 6 mit dem Wandlerelement 2 und den Zuleitungen 7 zu verbinden. So ist es auch bevorzugt, dass Ausführungsformen genau vier Montagelöcher/Ports für solche Verbindungen aufweisen. Zu der Anzahl der in der Leiterplatte 6 geformten Löcher zählen aber vorzugsweise nicht solche Löcher, die primär oder ausschließlich einer Redundanz dienen. D.h. bei einer Leiterplatte mit beispielsweise fünf Löchern, bei der zwei dieser Löcher mit ein- und derselben (ein- oder mehrteiligen) Verbindungsstruktur, die sowohl zur elektrischen Verbindung mit einer externen Masse als auch mit dem Wandlerelement 2 dient, verbunden sind, wäre nur eines dieser zwei redundanten Löcher zu berücksichtigen.
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Anders ausgedrückt ist es nach Ausführungsbeispielen der Erfindung bevorzugt, nur vier nicht-redundante Montagelöcher oder andere Kontakte in oder an der Leiterplatte 6 vorzusehen, um die Leiterplatte 6 elektrisch mit dem Wandlerelement 2 und den Zuleitungen 7 zu verbinden.
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Während, wie oben beschrieben, die Ultraschallsensor-Baugruppe, die insbesondere das Wandlerelement 2, die Leiterplatte 6 und die Verbindungsstruktur 40 aufweist, vollständig innerhalb des Sensorgehäuses 1, 9 angeordnet ist, ist es in Varianten möglich, Teile der Ultraschallsensor-Baugruppe entweder außerhalb des Sensorgehäuses oder in der Wandung des Sensorgehäuses anzuordnen.
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In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Halter 9a, 9b beispielsweise an das Innere des zweiten Gehäuseteils 9 angespritzt sein. Alternativ käme eine Befestigung durch Widerhaken oder Klips in Frage.
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In der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe „elektrischer Kontakt“, „leitfähig“ o.ä. verwendet. Diese beziehen sich insbesondere auf Materialien mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 104 S/cm.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes Gehäuseteil (Topf)
- 2
- Wandlerelement/Piezo-Element
- 3
- Metallischer Träger
- 4
- Kontaktlitze
- 5
- Lötpunkt
- 6
- Leiterplatte
- 7
- Zuleitungen/Stecker-Kontakte
- 8
- Entkopplung/Dichtung
- 9
- Zweites Gehäuseteil
- 9a
- Halterung
- 9b
- Halterung
- 10
- Buchse
- 11
- Massekontakt
- 12
- Eingabe/Ausgabekontakt
- 13
- Energieversorgungskontakt
- 14
- Signalkontakt
- 15
- Massekontakt
- 16
- Elektrische Bauelemente
- 20
- Einpressstift
- 21
- Einpressstift
- 30
- Durchgangsloch
- 31
- Stift mit verbreitertem Kopf
- 40
- Verbindungsstruktur
- 41
- Erster Verbindungsabschnitt
- 42
- Zweiter Verbindungsabschnitt
- 43
- Dritter Verbindungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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