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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler für ein Fahrzeug, ein Fahrerassistenzsystem, in dem ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler vorgesehen ist, und ein Fahrzeug, in dem ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler vorgesehen ist.
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Ultraschalltechnologie wird heutzutage immer mehr in Funktionen eingebunden, die sich vom klassischen Einparkvorgang abheben. Neben der funktionsübergreifenden Verwendung dieser Sensoren, wie z.B. für automatische Bremsvorgänge, spielt die Objektklassifizierung eine immer wichtigere Rolle. Daher muss durchschnittlich in Zukunft eine noch größere Anzahl von Ultraschallwandlern in ein Fahrzeug integriert werden. Die Integration einer Vielzahl von Ultraschallwandler bereitet jedoch oft Schwierigkeiten, weil der hierfür benötigte Bauraum nicht immer in ausreichendem Maße zur Verfügung steht. Insbesondere im Randbereich des Fahrzeugs, beispielsweise an den Kotflügel, kann ein Ultraschallwandler aus Platzgründen nicht immer ideal platziert werden.
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Ultraschallwandler weisen oft ein asymmetrisches Sichtfeld (field of view) auf. Die 1 zeigt das Sichtfeld eines solchen Ultraschallwandlers in zwei Ebenen, in denen das Sichtfeld am weitesten bzw. das Sichtfeld am schmalsten ist. Idealerweise werden Ultraschallwandler im Randbereich so platziert, dass ihr horizontales Sichtfeld am breitesten und ihr vertikales Sichtfeld am schmalsten ist. Durch das asymmetrische Sichtfeld kann der Empfang von Signalen, die andernfalls durch Reflexion am Boden oder der Straße entstehen und zu fehlerhaften Meldungen des Fahrerassistenzsystems führen würden, vermieden werden.
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Bekannte Ultraschallwandler für Fahrzeuge weisen meist ein Gehäuse mit einer Membran zum Aussenden eines Ultraschallsignals und einen Steckerabschnitt zur Aufnahme eines Steckers für den elektrischen Anschluss des Ultraschallwandlers auf. Dabei sind die Membran in einem Bereich des Gehäuses und der Steckerabschnitt in einem der Membran gegenüberliegenden Bereich des Gehäuses angeordnet. Membran und Steckerabschnitt sind mit dem Gehäuse starr/fest verbunden. Der Steckerabschnitt ist in vielen Fällen so am Gehäuse angeordnet, dass er damit bzw. einer Normalen auf die Membran einen Winkel bildet, insbesondere im Wesentlichen senkrecht dazu steht, und somit seitlich von dem Gehäuse absteht. Dies hat den Vorteil, dass für den Ultraschallwandler trotz der Längenanforderungen des Steckerabschnitts nur eine geringere Einbautiefe erforderlich ist, Weil jedoch die Orientierung der Membran und somit der Richtcharakteristik relativ zum seitlich abstehenden Steckerabschnitt fest ist, lässt sich bei einem bekannten Ultraschallwandler ein maximales horizontales Sichtfeld nur für zwei bestimmte Richtungen/Stellungen des seitlich abstehenden Steckerabschnitts erreichen. Diese bestimmten Stellungen des abstehenden Steckerabschnitts könnten beispielsweise jeweils einer horizontalen Stellung entsprechen. In eine dieser Stellungen kann der Steckerabschnitt beim Einbau des solchen Ultraschallwandlers in das Fahrzeug, beispielsweise in dessen Stoßfänger, (wegen Platzmangel) jedoch oft nicht oder nur näherungsweise nicht gebracht werden, sodass die Richtcharakteristik des eingebauten bekannten Ultraschallwandlers, die im Folgenden auch als Sichtfeld bezeichnet wird, dann nicht den Anforderungen bezüglich ihrer Ausrichtung genügt..
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Es bestünde zwar grundsätzlich auch die Möglichkeit den Steckerabschnitt nicht seitlich sondern nach hinten aus dem Gehäuse herauszuführen. Damit würde das Problem jedoch nicht zufriedenstellend gelöst werden, weil es erstens auch für diese Variante von Ultraschallwandler Stellen am Fahrzeug gibt, wo der Platz für den nach hinten geführten Streckenabschnitt nicht ausreicht, und zweitens, eine erhöhte Anzahl von Ultraschallwandler-Typen entwickelt, produziert und verwaltet (z.B. Lagerhaltung, Logistik) werden müssten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler bereitzustellen, dessen Sichtfeld (field of view) unabhängig von der Richtung, in die der Steckerabschnitt relativ zur Normalen auf die Membran zeigt, einstellbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des Anspruchs 1 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse und einer Membran zum Aussenden eines Ultraschallsignals in eine Senderichtung, wobei das Gehäuse einen Steckerabschnitt zur Aufnahme eines Steckers aufweist. Dabei ist die Membran gegenüber dem Steckerabschnitt drehbar gelagert. Dadurch kann das Sichtfeld (field of view) des Ultraschallwandlers unabhängig von der Richtung, in die der Steckerabschnitt zeigt, eingestellt werden bzw. umgekehrt der Steckerabschnitt in Abhängigkeit vom verfügbaren Bauraum relativ zur korrekt ausgerichteten Membran relativ zu dieser ausgerichtet werden.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
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Einige Ausführungsformen weisen ferner einen Führungsabschnitt auf, der so ausgebildet ist, dass er die Drehachse der Membran bestimmt und die Membran nur um diese drehbar ist. Vorzugsweise stimmen die Drehachse der Membran und die Längsachse des Ultraschallwandlers überein. Dadurch wird ein Einstellen des Sichtfeldes des Ultraschallwandlers nur durch Drehen der Membran über ihre Drehachse zugelassen. Ein Verstellen des Sichtfeldes durch ungewolltes Drehen der Membran um eine andere Achse, als ihre Drehachse, wird ausgeschlossen. Eine Drehung der Membran um eine andere Achse, als ihre Drehachse, würde beispielsweise durch das Rütteln des Fahrzeugs beim Fahren begünstigt werden. Das Beschränken der Drehung der Membran auf eine Drehung um ihre Drehachse kann das Verstellen des Sichtfeldes des Ultraschallwandlers durch Rütteln des Fahrzeugs verhindern.
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Bei einigen Ausführungsformen sind die Membran in einem ersten Bereich des Gehäuses und der Steckerabschnitt in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich des Gehäuses angeordnet. Dadurch kann ein Ultraschallwandler derart mit einem Fahrzeugteil, beispielsweise einem Stoßfänger, integriert werden, dass die Membran mit einer äußeren Oberfläche des Fahrzeugteils bündig abschließt, und der Steckerabschnitt zur Aufnahme eines Steckers an der Innenseite des Fahrzeugteils herausragt.
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Bei einigen Ausführungsformen ragt der Steckerabschnitt seitlich von dem Gehäuse ab, vorzugsweise in einem rechten Winkel. Dadurch kann das Platzieren des Ultraschallwandlers an Stellen am Fahrzeug, an denen nur eine geringe Einbautiefe für den Ultraschallwandler verfügbar ist, ermöglicht werden.
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Bei einigen Ausführungsformen weist die Membran eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik auf. Dadurch kann das Sichtfeld des Ultraschallwandlers so eingestellt werden, dass sein horizontales Sichtfeld sehr weit und sein vertikales Sichtfeld sehr schmal ist.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Membran innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs gegenüber dem Gehäuse drehbar. Vorzugsweise erstreckt sich der vorgegebene Winkelbereich über 90°. Dadurch wird verhindert, dass durch das Drehen der Membran die elektrischen Leitungen, die von dem an der Membran angebrachten Ultraschallgenerator (bspw. Piezoelement) abgehen, beschädigt werden.
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Einige Ausführungsformen weisen ferner eine Verschlusskappe zum Fixieren der Membran auf, wobei die Verschlusskappe mit der Membran verbunden und drehbar gegenüber dem Gehäuse ausgebildet ist; vorzugsweise weist die Verschlusskappe eine Halterauflage und/oder eine Kodierung zum Arretieren auf. Durch die Verschlusskappe wird die Membran einerseits geschützt und andererseits kann die mit Halterauflage und/oder Kodierung versehene Verschlusskappe zugleich eine Führung für die Drehung darstellen.
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Bei einigen Ausführungsformen weist der erste Bereich des Gehäuses eine Gefäßwand auf, wobei: (i) zwischen der Membran und der Gefäßwand ein Entkopplungselement angeordnet ist; (ii) die Membran eine topfförmige Form, eine in die Senderichtung weisende Frontseite, eine der Frontseite gegenüberliegende Rückseite und zumindest einen von dem Entkopplungselement umgebenden Teil aufweist, der nach außen hin konusförmig ist; (iii) die Membran relativ zum Entkopplungselement drehbar gelagert ist; und (iv) der Führungsabschnitt, der die Drehachse der Membran bestimmt, zumindest von dem nach außen hin konusförmigen Teil der Membran und dem Teil des Entkopplungselement gebildet ist, der den nach außen konusförmigen Teil der Membran formschlüssig umgibt. Durch das Entkopplungselement wird das Übertragen der Schwingungen von der Membran auf das Gehäuse und somit auf das Fahrzeugteil, mit dem der Ultraschallwandler integriert ist, verhindert. Durch den konusförmigen Teil der Membran und durch den Teil des Entkopplungselementes, der den konusförmigen Teil der Membran formschlüssig umgibt, wird einerseits die Membran in dem Gefäß festgehalten und andererseits auf einfache Art und Weise die Drehung der Membran auf eine Drehung um eine einzige Achse begrenzt. Dies vereinfacht das Einstellen des Sichtfeldes beim Montieren des Ultraschallwandlers vereinfacht und verhindert ein Verstellen des Sichtfeldes.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das Entkopplungselement an einer der Membran zugewandten Seite eine mit der Drehachse der Membran konzentrische, bogenförmige Aussparung auf. Zudem weist der von dem Entkopplungselement umgebende Teil der Membran eine Nase auf, die zu der Aussparung hin ausgerichtet ist und mit dieser ineinandergreift. Vorzugsweise erstreckt sich die bogenförmige Aussparung über einen Winkel von 90°. Dadurch wird der maximale Winkel, um den die Membran relativ zum Entkopplungselement und damit zum Gehäuse (bzw. Streckenabschnitt) gedreht werden kann, auf einfache Art und Weise beschränkt. Diese Beschränkung verhindert, dass die Leitungen, die von dem an der Membran angebrachten Piezoelement abgehen, durch die Drehung der Membran beschädigt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das Entkopplungselement einen Abschnitt auf, der mit seiner seitlichen Umrandung die Gefäßwand berührt und eine Oberfläche aufweist, die der Rückseite der Membran zugewandt ist und diese berührt. Dabei ist die bogenförmige Aussparung auf der Oberfläche des Abschnittes ausgebildet und die Nase ist auf der Rückseite der Membran ausgebildet. Dadurch werden einerseits der maximale Winkel, um den die Membran relativ zum Entkopplungselement und damit zum Steckerabschnitt gedreht werden kann, beschränkt und andererseits die Übertragung der von der Membran ausgehenden Schwingungen auf das Befestigungselement, mit dem das Entkopplungselement und die Membran im Gehäuse befestigt sind, verhindert.
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Bei einigen Ausführungsformen weist das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein vom ersten Gehäuseteil trennbares zweites Gehäuseteil auf. Dabei ist die Membran in dem ersten Gehäuseteil angeordnet und mit diesem über ein Entkopplungselement nicht drehbar miteinander verbunden. Zudem ist das erste Gehäuseteil relativ zum zweiten Gehäuseteil in einem vorgegebenen Winkelbereich um die Drehachse drehbar. Vorzugsweise erstreckt sich der vorgegebene Winkelbereich über 90°. Durch das Entkopplungselement wird das Übertragen der Schwingungen von der Membran auf das erste Gehäuseteil und somit auf das Fahrzeugteil, mit dem der Ultraschallwandler integriert ist, verhindert. Durch die Drehung der beiden Gehäuseteile zueinander wird die Drehung der Membran auf eine Drehung um eine einzige Achse, die Drehachse, begrenzt. Das erleichtert einerseits das Einstellen des Sichtfeldes beim Montieren des Ultraschallwandlers und verhindert auch, dass während des Fahrzeugbetriebes das Sichtfeld des Ultraschallwandlers, beispielsweise durch Rütteln, verstellt wird.
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Bei einigen Ausführungsformen sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil in Richtung der Drehachse zusammensteckbar ausgebildet. Dabei weisen die sich durch das Zusammenstecken berührenden Wände des ersten und des zweiten Gehäuseteils jeweils einen zylindrischen Abschnitt auf, wobei sich die zylindrischen Abschnitte gegenüberliegen. Zudem wird der Führungsabschnitt, der die Drehachse der Membran bestimmt, von den zylindrischen Abschnitten gebildet. Dadurch wird der Führungsabschnitt, der die Drehachse der Membran bestimmt, auf einfache Art und Weise realisiert.
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Bei einigen Ausführungsformen weist eine der sich berührenden Wände des ersten und des zweiten Gehäuseteils zumindest eine bogenförmige und mit der Drehachse konzentrische Aussparung auf. Dabei weist die andere der sich berührenden Wände zumindest eine zu der Aussparung hin ausgerichtete und mit dieser ineinandergreifende Nase auf. Der vorgegebene Winkelbereich ist durch die Länge der Aussparung bestimmt. Dadurch wird der maximale Winkel, um den die Membran relativ zum zweiten Gehäuseteil und damit zum Streckenabschnitt gedreht werden kann, beschränkt und eine Beschädigung der Leitungen, die von dem an der Membran angebrachten Piezoelement abgehen, durch die Drehung des ersten Gehäuseteils relativ zum zweiten Gehäuseteil verhindert.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem, insbesondere Parkhilfesystem, in dem ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler vorgesehen ist. Dadurch wird ein Fahrerassistenzsystem bereitgestellt, bei dem das Sichtfeld der für das Erfassen von Objekten erforderlichen Ultraschallwandler optimal eingestellt werden kann.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, in dem ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler vorgesehen ist. Dadurch wird ein Fahrzeug bereitgestellt, bei dem das Sichtfeld der Ultraschallwandler an allen Stellen des Fahrzeugs optimal eingestellt werden kann - auch an Stellen, bei denen, beispielsweise wegen Platzmangel, das Sichtfeld eines schon bekannten Ultraschallwandlers nur suboptimal eingestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch
- 1 ein asymmetrisches Sichtfeld eines Ultraschallwandlers;
- 2 einen Ultraschallwandler für ein Fahrzeug, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3A einen Ultraschallwandler für ein Fahrzeug, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3B einen Querschnitt durch das Entkopplungselement des in der 3A gezeigten Ultraschallwandlers, in der Ebene A - A;
- 4A das obere Gehäuseteil einer dritten Ausführungsform eines Ultraschallwandlers;
- 4B das untere Gehäuseteil der dritten Ausführungsform des Ultraschallwandlers; und
- 4C einen Querschnitt durch das in der 4B gezeigte untere Gehäuseteil des Ultraschallwandlers, in der Ebene B - B.
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Die 1 zeigt ein asymmetrisches Sichtfeld in zwei unterschiedlichen Ebenen, wobei die Breite des Sichtfeldes 16 maximal und die Breite des Sichtfeldes 17 minimal ist. Die Ebene, in der Breite des Sichtfeldes maximal ist, und die Ebene, in der die Breite des Sichtfeldes minimal ist, können senkrecht zueinanderstehen. Das hat den Vorteil, dass dann, wenn das Sichtfeld mit maximaler Breite als horizontales Sichtfeld des Ultraschallwandlers gewählt wird, dass vertikale Sichtfeld des Ultraschallwandlers eine minimale Breite aufweist; und infolgedessen ein in einem Fahrzeug eingebauter Ultraschallwandler keine oder nur wenige Signale empfängt, die vom Boden oder der Straße reflektiert werden.
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Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors 10 für ein Fahrzeug. Der Ultraschallsensor 10 umfasst eine Membran 11, die zum Aussenden eines Ultraschallsignals dient. Mittels der Membran 11 kann das Ultraschallsignal entlang einer Senderichtung ausgesendet werden. Die Membran 11 kann zudem dazu dienen, ein Ultraschallsignal zu empfangen. Die Membran 11 weist eine Frontseite, welche in die Senderichtung weist, und eine Rückseite auf, welche der Frontseite gegenüber liegt. Die Membran 11 ist im oberen Bereich eines Gehäuses 12 angeordnet, das beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann. Im unteren Bereich des Gehäuses 12 ist ein Steckerabschnitt 13 angeordnet, der mit diesem fest/starr verbunden ist. Dieser ragt von dem Gehäuse 12 seitlich ab, beispielsweise in einem Winkel von 90°, und dient zur Aufnahme eines Steckers. Die Membran 11 weist ein Sichtfeld auf, das symmetrisch oder asymmetrisch sein kann.
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Ein erfindungsgemäßer Ultraschallwandler kann an beliebiger Stelle in einem Fahrzeug so eingebaut werden, dass sein horizontales Sichtfeld eine maximale Breite und/oder sein vertikales Sichtfeld eine minimale Breite aufweist, weil die Membran 11 des erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers gegenüber dem Gehäuse 12 oder dem Steckerabschnitt 13 um eine Drehachse 19 drehbar ist. Die Drehachse 19 der Membran 11 kann die Mittelachse/Symmetrieachse der Membran 11 sein, wenn diese eine topfförmige oder zylindrische Form annimmt. Die Drehachse 19 der Membran 11 kann auch mit der Längsachse des Ultraschallwandlers 10 übereinstimmen.
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Der Steckerabschnitt 13 und der Stecker, den der Steckerabschnitt 13 aufnimmt, nehmen einen nicht zu vernachlässigenden Bauraum ein. Dieser Bauraum steht jedoch nicht an allen Stellen eines Fahrzeuges sowie in allen Richtungen beliebig zur Verfügung. Dadurch, dass die Membran 11 gegenüber dem Steckerabschnitt 13 drehbar ist, kann jedoch das Sichtfeld des Ultraschallwandlers 10 unabhängig von der Richtung, in die der Steckerabschnitt 13 zeigt, eingestellt werden. Das hat den Vorteil, dass an den Stellen in einem Fahrzeug, in denen der Steckerabschnitt 13 (bspw. wegen Platzmangel) nicht in jede beliebige Richtung zeigen kann, der Steckerabschnitt 13 in die Richtung gedreht werden kann, in der für seine Unterbringung genug Bauraum vorhanden ist. Durch entsprechende Drehung der Membran 11 kann dann das Sichtfeld des Ultraschallwandlers 10 nach Belieben eingestellt werden kann, beispielsweise so, dass die Breite des horizontalen Sichtfeldes maximal und die des vertikalen Sichtfeldes minimal ist.
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Des Weiteren kann der Ultraschallwandler 10 einen Führungsabschnitt aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er einerseits die Drehachse 19 der Membran 11 bestimmt und andererseits die Drehung der Membran 11 einzig auf eine Drehung um die von ihm bestimmte Drehachse 19 beschränkt. Das hat zur Folge, dass die Lage der Membran 11 relativ zu Drehachse 19 und damit die Ausrichtung des Sichtfeldes stabil ist, und nicht beispielsweise durch Rütteln des Ultraschallwandlers verändert werden kann. Der Führungsabschnitt ist in der 2 nicht dargestellt.
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Es ist vorteilhaft die Drehung der Membran 11 um die Drehachse 19 auf einen vorgegebenen Winkel zu beschränken, um eine Beschädigung der Leitungen, die von dem an der Membran 11 angebrachten Ultraschallgenerator abgehen (der Kontaktierung der Membran von innen), zu verhindern. Eine Verdrehung der Membran 11 um ±45° würde ausreichen, um den Ultraschallwandler 10 in jeder beliebigen Drehrichtung einzubauen.
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Ferner kann ein Ultraschallwandler eine Verschlusskappe zum Fixieren der Membran aufweisen, die mit der Membran verbunden und drehbar gegenüber dem Gehäuse ausgebildet ist. Wenn auf der drehbaren Verschlusskappe eine Halterauflage und/oder eine Kodierung vorgesehen ist, dann kann diese zum einen als Auflage bzw. Arretierung fungieren und zugleich als Führung für die Drehung dienen. Beim Einklipsen in den Halter würde die Membran inklusive Verschlusskappe definiert zum Gehäuse, bzw. Steckerabschnitt, verdreht. Die Verschlusskappe ist in den Figuren nicht dargestellt.
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Die 3A und 3B zeigen zusammen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers, insbesondere eine Weiterbildung des in der 2 gezeigten Ultraschallwandlers. Insbesondere zeigt die 3A einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Ebene, die die Drehachse 19 (die auch Längsachse des Ultraschallwandlers sein kann) enthält. In dieser Ausführungsform ist zwischen der Membran 11 und der Gefäßwand 24 ein Entkopplungselement 27 angeordnet. Das Entkopplungselement 27 berührt mit seiner seitlichen Umrandung die Gefäßwand 24 und weist eine Oberfläche auf, die der Rückseite der Membran 11 zugewandt ist und diese berührt. In der Mitte des Entkopplungselementes 27 ist eine Durchgangsöffnung 29 vorgesehen, durch die die Leitungen, die von dem an der Membran 11 befestigten Ultraschallgenerator abgehen, durchgeführt werden. Das Entkopplungselement 27 und die Membran 11 werden in dem Gehäuse 12 durch ein Befestigungselement festgehalten, dass beispielsweise von unten auf das Entkopplungselement 27 drückt. Das Befestigungselement ist in den Figuren nicht dargestellt.
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Die Membran 11 weist eine topfförmige Form auf und hat zumindest einen Teil, der nach außen hin konusförmig ist und der von dem Entkopplungselement 27 formschlüssig umgeben wird. Das Entkopplungselement 27 und die Membran 11, insbesondere ihre Berührungsflächen, sind so ausgebildet, dass sich die Membran 11 relativ zum Entkopplungselement 27 drehen kann. Zudem bilden der nach außen hin konusförmige Teil der Membran 11 und der Teil des Entkopplungselementes 27, der den nach außen hin konusförmigen Teil der Membran 11 formschlüssig umgibt, einen Führungsabschnitt, der die Drehung der Membran 11 auf eine Drehung um die Drehachse 19 beschränkt. Die Drehachse 19 kann die Mittelachse/Symmetrieachse der Membran 11 sein, die auch mit der Längsachse des Ultraschallwandlers 10 übereinstimmen kann.
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Das Entkopplungselement 27 kann aus einem weich-elastischen Material, beispielsweise aus dem sogenannten LSR (Liquid Silicone Rubber), gebildet sein und dient einerseits zum Abdichten des Gehäuseinnern gegen Feuchtigkeit und anderseits zum schwingungsmäßigen Entkoppeln des Gehäuses 12 von der Membran 11.
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Ferner ist auf der Oberfläche des Entkopplungselementes 27, die der Rückseite der Membran 11 zugewandt ist, eine bogenförmige Aussparung 26 vorgesehen; und auf der Rückseite der Membran 11 eine Nase 25 vorgesehen, die zu der Aussparung 26 hin gerichtet ist und mit dieser ineinander greift. Die 38 zeigt den Querschnitt durch das Entkopplungselement 27 an der Stelle A - A, in einer Ebene, die senkrecht zu der Drehachse 19 ist und in der sich die Rückseite der Membran 11 und das Entkopplungselement 27 berühren. Daraus ist zu erkennen, dass die bogenförmige Aussparung 26 konzentrisch mit der Drehachse 19 der Membran 11 ist, und sich (in poloidaler Richtung) über eine Winkelbreite 28 erstreckt. Vorzugsweise ist diese Winkelbreite 90°. Durch das Ineinandergreifen der Nase 25 mit der Aussparung 26 wird die Drehung der Membran 11 auf beispielsweise 90° beschränkt, was einerseits für ein Einstellen/Justieren des optimalen Sichtfeldes ausreicht und andererseits eine Beschädigung der von der Membran 11 abgehenden Leitungen verhindert.
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In anderen Ausführungsformen, kann die mit der Drehachse der Membran konzentrische, bogenförmige Aussparung auf einer der Membran zugewandten Seite des Entkopplungselementes ausgebildet sein, und die Nase, die zu der Aussparung hin gerichtet ist und mit dieser ineinander greift, auf dem Teil der Membran ausgebildet sein, der von dem Entkopplungselement umgeben ist.
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Die 4A und 4B zeigen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandlers, insbesondere eine weitere Weiterbildung des in der 2 gezeigten Ultraschallwandlers. Insbesondere zeigt die 4A einen Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Ebene, die die Drehachse 19 (die auch Längsachse des Ultraschallwandlers sein kann) enthält. In dieser Ausführungsform weist das Gehäuse 12 ein oberes Gehäuseteil 12' (das in den Ansprüchen einem ersten Gehäuseteil entspricht) und ein vom oberen Gehäuseteil 12' trennbares unteres Gehäuseteil 12" (das in den Ansprüchen einem zweiten Gehäuseteil entspricht) auf. Die Membran 11 ist in dem oberen Gehäuseteil angeordnet und mit diesem über ein Entkopplungselement 37 nicht drehbar miteinander verbunden. Das Entkopplungselement 37 ist zwischen der Membran 11 und der Gefäßwand 34 vorgesehen, berührt mit seiner seitlichen Umrandung die Gefäßwand 34, weist eine Oberfläche auf, die der Rückseite der Membran 11 zugewandt ist und berührt diese. Auch ist im mittleren Teil des Entkopplungselementes 37 eine Durchgangsöffnung vorgesehen, durch die die Leitungen, die von dem an der Membran 11 befestigten Piezoelement abgehen, durchgeführt werden. Das Entkopplungselement 37 und die Membran 11 werden in dem oberen Gehäuseteil 12' beispielsweise durch das untere Gehäuseteil 12" festgehalten, dass von unten auf das Entkopplungselement 37 drückt.
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Die Membran 11 weist eine topfförmige Form auf und hat zumindest einen Teil, der von dem Entkopplungselement 37 formschlüssig umgeben wird, um einerseits das Gehäuseinnere gegen Feuchtigkeit abzudichten und andererseits das Gehäuse und die Membran schwingungsmäßig zu entkoppeln. Das Entkopplungselement 37 kann beispielsweise aus LSR gebildet sein.
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Das obere Gehäuseteil 12' ist relativ zum unteren Gehäuseteil 12" in einem vorgegebenen Winkelbereich, um die Drehachse 19, drehbar. Durch die Drehung der beiden Gehäuseteile zueinander wird einerseits die Membran 11 gegenüber dem am unteren Gehäuseteil 12" angebrachten Steckerabschnitt 13 drehbar und andererseits die Drehung der Membran 11 auf eine Drehung um die Drehachse 19 begrenzt. Die Drehachse 19 kann die Symmetrieachse der Membran 11 sein, die auch mit der Längsachse des Ultraschallwandlers 10 übereinstimmen kann. Vorzugsweise erstreckt sich der vorgegebene Winkelbereich über 90°.
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Des Weiteren weisen beide Gehäuseteile zylindrische Abschnitte 32 und 33 auf und sind in Richtung der Drehachse 19 zusammensteckbar ausgebildet. Beispielsweise ist der zylindrische Abschnitt 33 des oberen Gehäuses 12' an der inneren Seite der Gehäusewand 34, die sich dem Entkopplungselement 37 anschließt, vorgesehen, und der zylindrische Abschnitt 32 des unteren Gehäuses 12" auf der äußerlichen Mantelfläche eines einsteckbaren Teiles des unteren Gehäuses 12" vorgesehen. Auch sind die beiden Gehäuseteile so konfiguriert, dass sich die beiden zylindrischen Abschnitte 32 und 33 im zusammengesetzten Zustand gegenüberliegen; und die Durchmesser der beiden zylindrischen Abschnitte 32 und 33 so dimensioniert, dass sich die Mantelflächen der beiden zylindrischen Abschnitte 32 und 33 im zusammengesetzten Zustand gegenseitig berühren (die Durchmesser also in etwa gleich groß sind). Im zusammengesetzten Zustand des Gehäuses 12 bilden die beiden sich gegenüberliegenden und berührenden zylindrischen Abschnitte 32 und 33 einen Führungsabschnitt, der die Drehung der Membran 11 auf eine Drehung um die Drehachse 19 beschränkt. Die Höhe des einsteckbaren Teiles am unteren Gehäuseteil 12" kann so bemessen sein, dass dieser mit seinem oberen Ende von unten auf das Entkopplungselement 37 drückt und dieses mit der Membran 11 im zusammengesetzten Gehäuse festhält.
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Um die Drehung des oberen Gehäuseteils gegenüber dem unteren Gehäuseteil auf einen vorgegebenen Winkelbereich zu beschränken, weist eine der sich berührenden Wände des oberen und des unteren Gehäuseteils zumindest eine mit der Drehachse konzentrische Aussparung auf, und die andere der sich berührenden Wände weist zumindest eine zu der Aussparung hin gerichtete und mit dieser ineinandergreifende Nase auf. Dabei wird der vorgegebene Winkelbereich durch die Länge der Aussparung bestimmt.
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In der in den 4A und 4B gezeigten Ausführungsform sind zwei Aussparungen 39' und 39" am unteren Ende des einsteckbaren Teils des unteren Gehäuseteils 12" vorgesehen. Die 4C zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Drehachse 19, an der Stelle B - B. Wie diese Figur zeigt, sind beide Aussparungen bogenförmig und konzentrisch mit der Drehachse 19 ausgebildet, symmetrisch in Bezug auf eine Achse, die senkrecht zur Drehachse 19 ist und durch die Mitte beider Aussparungen geht, und erstrecken sich jeweils entlang eines vorgegebenen Winkelbereiches, der durch die Winkelbreite des Scheitelwinkels 38 bestimmt ist. Ferner sind am unteren Ende der inneren Seite der Gehäusewand 34 des oberen Gehäuseteils 12' zwei in Bezug auf die Drehachse 19 symmetrisch gegenüberliegende Nasen 35' und 35" vorgesehen, die im zusammengesetzten Zustand des Gehäuses 12 jeweils mit einer der Aussparungen 35' und 35" ineinandergreifen und während dem Drehen des oberen Gehäuseteils relativ zum unteren Gehäuseteil in den jeweiligen Aussparungen gleiten. Zwei Führungsnuten 36' und 36", die in Bezug auf die Drehachse 19 symmetrisch gegenüberliegen, sind auf dem einsteckbaren Teil des unteren Gehäuseteils 12" vorgesehen, um die Nasen 35' und 35" beim Zusammenstecken der beiden Gehäuseteile zu den jeweiligen Aussparungen zu führen.
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Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ultraschallsensor
- 11
- Membran
- 12
- Gehäuse eines Ultraschallsensors
- 12', 12"
- Oberes und unteres Gehäuseteil eines Ultraschallsensors
- 13
- Steckerabschnitt
- 16
- Horizontales Sichtfeld
- 17
- Vertikales Sichtfeld
- 19
- Drehachse der Membran
- 24
- Gehäusewand
- 25
- Vorsprung, Nase
- 26
- Aussparung zum Aufnehmen der Nase
- 27
- Entkopplungselement/Dichtung
- 28
- Winkelbreite der Aussparung
- 29
- Durchgangsöffnung
- 32, 33
- Zylindrische Abschnitte
- 34
- Gehäusewand
- 35',35"
- Vorsprung/Nase
- 36',36"
- Vertikale Führungsnut
- 37
- Entkopplungselement/Dichtung
- 38
- Scheitelwinkel
- 39',39"
- Horizontale Führungsnut
