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Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Anzahl an Ultraschallsensoren auf. Diese dienen beispielsweise dem Erfassen einer Nutzergeste oder zum Bestimmen eines Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem weiteren Objekt, insbesondere sofern diese als Bestandteile eines Abstandssensors eines Parksystems verwendet werden. Jeder Ultraschallsensor weist hierbei einen Sender mit einem Lautsprecher auf, der eine Membran umfasst. Die Membran ist an einem Permanentmagneten befestigt, der innerhalb einer elektrischen Spule angeordnet ist. Mittels Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an der Spule wird der Permanentmagnet in dieser bewegt und somit die Membran zur Ausgabe von Schallwellen angeregt.
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Sofern die Ultraschallwellen an einem Objekt reflektiert und/oder gestreut werden, werden diese mittels eines Sensors des Ultraschallsensors erfasst, der nach dem gleichen Prinzip wie der Sender ausgestaltet ist. Mit anderen Worten weist der Sensor ebenfalls eine Membran, einen Permanentmagneten sowie eine elektrische Spule auf. Bei einer Weiterbildung sind der Empfänger und der Sender mittels der gleichen Baueinheit gebildet, die somit abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben wird.
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Zum Schutz vor Witterungseinflüssen sind der Permanentmagnet, die Spule sowie die Membran meist innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das durchlässig für die Ultraschallwellen ist. Zur Montage ist es dabei erforderlich, das Gehäuse in einer entsprechenden Aufnahme der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu platzieren, wofür somit ein Bauraum bereitgestellt werden muss.
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Damit mittels des Abstandssensors, der die Ultraschallsensoren aufweist, auch eine Ortsauflösung des Objekts erfolgen kann, was meist mittels Triangulation erfolgt, ist es erforderlich, dass mindestens drei derartige Ultraschallsensoren vorhanden sind. Somit ist bei Montage der Aufwand verdreifacht, und es ist auch erforderlich, mindestens den dreifachen Bauraum eines Ultraschallsensors bereitzuhalten. Zudem ist bei der Auswertung der mittels der Ultraschallsensoren erfassten Signalen erforderlich, deren Abstand zueinander genau zu kennen, da ansonsten die nachfolgende Triangulation fehlerhaft ist. Somit dürfen bei Montage sowie der Herstellung der Ultraschallsensoren lediglich vergleichsweise geringe Fertigungstoleranzen gewählt werden, was Herstellungskosten erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Ultraschallsensor eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Herstellung und/oder Montage vereinfacht ist, und wobei zweckmäßigerweise ein benötigter Bauraum verkleinert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Ultraschallsensor ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist Ultraschallsensor geeignet, zweckmäßigerweise vorgesehen und eingerichtet. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein landgebundenes Kraftfahrzeug und zweckmäßigerweise im Westlichen frei auf einer Fahrbahn oder dergleichen positionierbar. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug bevorzugt nicht um ein schienengeführtes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
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Der Ultraschallsensor weist ein Substrat auf, auf das eine durchgehende piezoelektrische Schicht aufgetragen ist. Die piezoelektrische Schicht ist somit aus einem piezoelektrischen Material erstellt, in dem sich dann, wenn dieses verformt wird, eine elektrische Spannung ausbildet. Auch ist es möglich, mittels Anlegen einer elektrischen Spannung an die piezoelektrische Schicht, diese zu verformen. Die piezoelektrische Schicht weist hierbei eine vergleichsweise geringe Dicke auf, die sich insbesondere zwischen 10 µm und 50 µm befindet, und die beispielsweise im Wesentlichen gleich 20 µm beträgt, wobei zum Beispiel jeweils eine Abweichung von 10 µm, 5 µm oder 0 µm vorhanden ist. Somit ist ein Bedarf an piezoelektrischem Material verringert, was Herstellungskosten reduziert. Beispielsweise ist die piezoelektrische Schicht zumindest teilweise in direktem mechanischem Kontakt mit dem Substrat oder indirekt zumindest teilweise über ein weiteres Bauteil. Mittels des Substrats wird die piezoelektrische Schicht stabilisiert, sodass eine Beschädigung, beispielsweise ein Brechen dieser, ausgeschlossen ist. Das Substrat ist zum Beispiel aus einem Kunststoff hergestellt und beispielsweise elastisch und/oder plastisch verformbar. Somit ist es möglich, das Substrat und folglich auch die piezoelektrische Schicht an die Gegebenheiten des Kraftfahrzeugs anzupassen.
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Der Ultraschallsensor weist ferner eine Anzahl an zueinander beabstandeten ersten Elektroden auf, die auf der dem Substrat abgewandten Seite der piezoelektrischen Schicht an dieser angebunden sind. Mit anderen Worten sind auf der dem Substrat abgewandten Seite der piezoelektrischen Schicht die ersten Elektroden angebunden. Somit ist ein Schichtaufbau realisiert, wobei sich die piezoelektrische Schicht zwischen den ersten Elektroden und dem Substrat befindet. Die ersten Elektroden sind zueinander beabstandet und zweckmäßigerweise zueinander elektrisch isoliert. Zum Beispiel ist die Anzahl gleich 2, 3 oder 4. Zum Beispiel ist die Anzahl der ersten Elektroden kleiner als 10 oder kleiner als 8.
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Ferner weist der Ultraschallsensor auf der dem Substrat zugewandten Seite der piezoelektrischen Schicht zweite Elektroden auf, wobei die Anzahl der zweiten Elektroden zu der Anzahl der ersten Elektroden korrespondiert. Insbesondere ist dabei die Anzahl der zweiten Elektroden gleich der Anzahl der ersten Elektroden.
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Geeigneterweise ist hierbei jeweils eine der zweiten Elektroden einer der ersten Elektroden zugeordnet. Zusammenfassend weist der Ultraschallsensor somit einen Schichtaufbau auf, wobei sich zwischen der piezoelektrischen Schicht und dem Substrat die zweiten Elektroden befinden, und wobei sich zwischen den ersten Elektroden und den zweiten Elektroden die piezoelektrische Schicht befindet. Geeigneterweise sind die ersten Elektroden und/oder die zweiten Elektroden elektrisch mit der piezoelektrischen Schicht, insbesondere der jeweils zugeordneten Seite, kontaktiert, vorzugsweise direkt. Zum Beispiel liegen somit die jeweiligen Elektroden und die piezoelektrische Schicht mechanisch direkt aneinander an.
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Da hierbei die piezoelektrische Schicht lediglich eine vergleichsweise geringe Dicke aufweist, weist der Ultraschallsensor ebenfalls eine vergleichsweise geringe Dicke auf, sodass ein benötigter Bauraum verringert ist. Auch ist aufgrund der verringerten Dicke eine Trägheit der piezoelektrischen Schicht verringert, was die Anregung mit Ultraschallwellen vereinfacht. Da die piezoelektrische Schicht durchgehend ausgestaltet ist, ist es möglich, diese in einem Arbeitsschritt zu fertigen und/oder auf dem Substrat aufzutragen, weswegen eine Herstellung vereinfacht ist. Auch ist das Ausbilden von Ultraschallwellen vereinfacht.
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Zudem weist der Ultraschallsensor die zueinander beabstandet einem erste Elektroden auf. Somit ist es möglich, mittels der ersten Elektroden an unterschiedlichen Stellen der diesen zugewandten Seite der piezoelektrischen Schicht das jeweilige elektrische Potential zu bestimmen. Sofern eine Ultraschallwelle auf die piezoelektrische Schicht trifft, wird diese ebenfalls zu Schwingungen angeregt, weswegen in dieser eine elektrische Potentialdifferenz ausgebildet wird. Hierbei sind die sich ausbildenden elektrischen Potentialdifferenzen abhängig von der Auftreffrichtung der Ultraschallwelle und zeitlich nicht konstant. Da die ersten Elektroden zueinander beabstandet ist, ist es somit möglich, anhand der Analysen des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Potentials an unterschiedlichen Stellen die Auftreffrichtung der Ultraschallwellen sowie anhand des Phasenversatzes weitere Merkmale zu bestimmen. Somit ist es insbesondere möglich, den Ursprung der Ultraschallwellen zu bestimmen, wofür beispielsweise ein Triangulations- oder ein Trilaterationsverfahren herangezogen wird. Hierbei werden insbesondere ebenfalls die zweiten Elektroden herangezogen, sodass jeweils die elektrische Potentialdifferenz zwischen jeweils einer der erste Elektroden und einer der zweiten Elektroden erfasst wird. Somit wird beispielsweise eine statische Aufladung der piezoelektrischen Schicht berücksichtigt, was eine Genauigkeit erhöht.
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Zusammenfassend ist folglich zur Montage des Ultraschallsensors am Kraftfahrzeug keine separate Montage einzelner Einheiten erforderlich, sondern mittels des Ultraschallsensors ist bereits ein ortsaufgelöstes Bestimmen des Ursprungs der Ultraschallquelle möglich. Mit anderen Worten ist es ausreichend, als einziges den Ultraschallsensor an dem Kraftfahrzeug zu montieren, sodass dort ein benötigter Bauraum verringert ist. Auch können vergleichsweise große Fertigungstoleranzen gewählt werden.
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Zudem ist es möglich, mittels Anlegen eines elektrischen Potentials mittels der ersten Elektroden die piezoelektrische Schicht zum Ausgegeben einer Ultraschallwelle anzuregen, wobei diese aufgrund der Anzahl der ersten Elektroden im Wesentlichen jedes vorgegebene Muster aufweisen kann, was eine Flexibilität erhöht. Insbesondere wird zumindest eine der zweiten Elektroden, vorzugsweise alle, zum Anlegen eines weiteren elektrischen Potentials herangezogen, sodass an diese eine elektrische Spannung angelegt wird. Somit wird eine elektrische Aufladung der piezoelektrischen Schicht berücksichtigt.
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Der Ultraschallsensor dient beispielsweise dem Erfassen einer Geste, die durch einen Nutzer durchgeführt wird. Hierbei ist insbesondere ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem Ultraschallsensor und der die Geste durchführenden Personen nicht erforderlich. Als Geste wird hierbei beispielsweise das Durchführen einer bestimmten Bewegung herangezogen, wobei ein direkter mechanischer Kontakt nicht vorhanden ist. Alternativ hierzu wird das Überstreichen einer Oberfläche durch den Nutzer als entsprechende Geste verwendet. Insbesondere wird hierbei in Abhängigkeit der erfassten Geste eine Aufforderung zur Durchführung einer Funktion des Kraftfahrzeugs ausgegeben, beispielsweise die Aufforderungen zur Betätigung einer elektromotorischen Verstellvorrichtung, wie zum Beispiel der Betätigung eines Schlosses, einer elektromotorischen Türverstellung oder einer elektromotorischen Fensterheberverstellung.
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In einer Alternative hierzu ist der Ultraschallsensor ein Bestandteil eines Abstandssensors, wobei der Abstandssensor zweckmäßigerweise ein Bestandteil eines Parksystems ist. Somit werden bei einem Rangieren des Kraftfahrzeugs mittels des Ultraschallsensors etwaige Objekte erfasst, die sich im Umfeld des Kraftfahrzeugs befindenden. Somit ist ein Bewegen des Kraftfahrzeugs gegen diese Objekte vermeidbar.
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Beispielsweise sind die ersten Elektroden auf die piezoelektrische Schicht gedruckt. Hierfür wird beispielsweise Silberfarbe oder eine kohlenstoffbasierte Farbe herangezogen. Diese wird beispielsweise in einem Tintenstrahlverfahren oder mittels eines Siebdruckverfahrens auf die piezoelektrische Schicht aufgetragen. In einer Alternative hierzu liegen die ersten Elektroden als separate Bauteile vor und sind zum Beispiel aus einem Kupfer erstellt, zum Beispiel mittels Ätzens. Insbesondere sind hierbei die ersten Elektroden aus einer Kupferfolie erstellt.
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Die zweiten Elektroden sind zweckmäßigerweise in der gleichen Art erstellt wie die ersten Elektroden, was das Vorhalten von unterschiedlichen Maschinen zur Herstellung vermeidet. So sind die zweiten Elektroden beispielsweise gedruckt oder mittels separater Bauteile erstellt. Hierbei sind die zweiten Elektroden beispielsweise zunächst direkt an der piezoelektrischen Schicht angebunden, die nachfolgend auf das Substrat aufgetragen wird. Besonders bevorzugt jedoch werden bei Herstellung zunächst die zweiten Elektroden an dem Substrat angebunden, und nachfolgend wird die piezoelektrische Schicht auf das Substrat und die zweiten Elektroden aufgetragen. Folglich ist das Substrat mittels der zweiten Elektroden teilweise von der piezoelektrischen Schicht abgeschirmt. Aufgrund dieser Vorgehensweise ist eine mechanische Integrität des Ultraschallsensors vergrößert. Zudem werden Hohlräume vermiede, was die Stabilität des Ultraschallsensors erhöht.
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Bei einer Alternative sind sämtliche zweiten Elektroden mittels einer gemeinsamen metallischen Schicht gebildet. Mit anderen Worten sind die zweiten Elektroden elektrisch direkt miteinander verbunden und weisen stets das gleiche elektrische Potential auf. Die metallische Schicht und somit sämtliche zweite Elektroden wirken folglich als Referenzelektrode, die insbesondere einen Anschluss aufweist, der zum Beispiel elektrisch gegen Masse geführt ist. Aufgrund des mittels der zweiten Elektroden stets gleichen bereitgestellten elektrischen Potentials ist ein Betrieb der ersten Elektroden vereinfacht. Insbesondere weist die metallische Schicht die gleiche Ausdehnung wie die piezoelektrische Schicht auf, was eine Herstellung vereinfacht. Auch ist hierbei im Wesentlichen eine gleichbleibende Dicke des Verbunds aus den zweiten Elektroden und der piezoelektrischen Schicht realisiert. Die metallische Schicht ist vorzugsweise aus einer Metallfolie gebildet, beispielsweise einer Kupferfolie. Die Dicke der Metallfolie ist zweckmäßigerweise kleiner als 50 µm und beispielsweise größer als 10 µm. Aufgrund des Heranziehens einer gemeinsamen metallischen Schicht ist eine Herstellung weiter vereinfacht.
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In einer Alternative hierzu sind auch die zweiten Elektroden zueinander separat und folglich elektrisch gegeneinander isoliert. Somit ist es möglich, dass jede der zweiten Elektroden ein unterschiedliches elektrisches Potential aufweist. Hierbei ist es insbesondere möglich, zwischen jeder der zweiten Elektronen und der jeweils zugeordneten ersten Elektroden jeweils eine unterschiedliche elektrische Spannung auszubilden, sodass die piezoelektrische Schicht vergleichsweise frei verformt werden kann bzw. deren Verformung vergleichsweise genau bestimmt werden kann. Somit ist eine Flexibilität und/oder Genauigkeit vergrößert. Die zweiten Elektroden sind hierbei vorzugsweise mittels Drucken auf das Substrat oder die piezoelektrische Schicht erstellt, wobei als Farbe zum Beispiel Silberfarbe oder eine kohlenstoffbasierte Farbe herangezogen wird.
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Besonders bevorzugt ist jeweils einer der zweiten Elektrode deckungsgleich zu einer der ersten Elektroden. Mit anderen Worten sind aus den ersten Elektroden und den zweiten Elektrode Paare gebildet wobei jedes Paar eine der ersten Elektroden und eine der zweiten Elektroden aufweist. Hierbei sind die Elektroden jedes Paars zueinander deckungsgleich angeordnet. Mit anderen Worten überdecken sich deren jeweilige Projektionen auf die piezoelektrische Schicht vollständig. Somit ist zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jedes Paars jeweils die piezoelektrische Schicht angeordnet, weswegen das Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. ein Erfassen der anliegenden elektrischen Spannung vereinfacht ist.
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Zum Beispiel ist an jede erste Elektrode eine Leitung angelötet, mittels derer es möglich ist, an der jeweiligen erste Elektrode ein elektrisches Potential anzulegen oder das dort anliegende elektrische Potential zu übertragen. Besonders bevorzugt jedoch ist jede erste Elektrode einstückig mit jeweils einer Leiterbahn. Somit ist jede Leiterbahn in gleicher Weise erstellt, wie die ersten Elektroden, und jede Leiterbahn ist mit jeweils einer der ersten Elektroden elektrisch kontaktiert. Insbesondere befindet sich hierbei jede erste Elektrode an jeweils einem Ende der jeweils zugeordneten Leiterbahn. Beispielsweise sind einige der Leiterbahnen miteinander elektrisch kontaktiert. Besonders bevorzugt jedoch sind diese zueinander beabstandet und folglich elektrisch isoliert, sodass eine gegenseitige Beeinflussung ausgeschlossen ist.
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Die Leiterbahnen sind vorzugsweise ebenfalls an der piezoelektrischen Schicht angebunden und somit mittels dieser stabilisiert. Vorzugsweise werden hierbei die Leiterbahnen in dem gleichen Arbeitsschritt mit den ersten Elektroden an der piezoelektrischen Schicht angebunden, beispielsweise mittels Drucken.
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Sofern die zweiten Elektroden zueinander ebenfalls beabstandet sind, ist vorzugsweise jede der zweiten Elektroden ebenfalls mittels jeweils einer zugeordneten Leiterbahn elektrisch kontaktiert und an dieser angebunden, wobei die Leiterbahnen und die zweiten Elektroden vorzugsweise ebenfalls mittels Drucken auf dem Substrat und/oder der piezoelektrische Schicht erstellt werden.
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Die Leiterbahnen sind vorzugsweise zu einem Anschlussbereich geführt, der sich geeigneterweise an einer Kante der piezoelektrischen Schicht befindet. Mit anderen Worten reichen die Leiterbahnen bis zu der Kante der piezoelektrischen Schicht. Hierbei verlaufen die Leiterbahnen zweckmäßigerweise in dem Anschlussbereich zueinander parallel, wobei der Anschlussbereich von der Kante sich eine bestimmte Wegstrecke wegerstreckt, beispielsweise 1 cm, 0,5 cm oder 0,2 cm. Mittels des Anschlussbereich ist somit ein definierter Anschluss gebildet, über den die ersten Elektrode mit dem jeweiligen elektrischen Potential beaufschlagt werden können, oder über den das dort anliegende elektrische Potential abgefragt werden kann. Insbesondere ist hierbei der Anschlussbereich nach Art eines Foliensteckers ausgebildet. Vorzugsweise ist der Anschlussbereich mittels der Leiterbahnen sowie der piezoelektrischen Schicht gebildet, oder der Anschlussbereich weist zusätzliche Bestandteile auf.
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Beispielsweise weisen sämtliche ersten Elektroden die gleiche Größe auf, was eine Fertigung vereinfacht. Auch ist eine Vergleichbarkeit bei dem Betrieb der ersten Elektroden gegeben. Alternativ hierzu ist die Größe aller oder eines Teils der ersten Elektroden unterschiedlich, sodass auf bestimmte Anforderungen eingegangen werden kann. Besonders bevorzugt jedoch weisen mit Ausnahme einer sämtliche erste Elektroden die gleiche Größe auf. Folglich sind eine Herstellung sowie die Ansteuerung dieser ersten Elektroden vereinfacht. Die verbleibende erste Elektrode weist zweckmäßigerweise eine um mindestens das Vierfache vergrößert Größe auf. Zum Beispiel beträgt die Größe zwischen dem Zehnfachen und dem Fünffachen der Größe jeweils einer der anderen ersten Elektroden. Insbesondere ist mittels der vergrößerten ersten Elektrode zumindest teilweise ein Sender des Ultraschallsensors gebildet. Mit anderen Worten wird diese erste Elektrode angesteuert, damit die piezoelektrische Schicht in diesem Bereich in Schwingungen versetzt wird. Die verbleibenden ersten Elektroden dienen hierbei zweckmäßigerweise als Empfänger, mittels derer die an der piezoelektrischen Schicht anliegende elektrische Spannung abgefragt wird. Somit ist bei dem Abfragen eine Vergleichbarkeit gegeben, und aufgrund der verringerten Größe eine verstärkte Granulation. Beispielsweise ist jede erste Elektrode mit Ausnahme der vergrößerten kreisförmig. Die vergrößerte erste Elektrode ist insbesondere rechteckförmig.
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Beispielsweise sind drei erste Elektroden vorhanden, die als Empfänger dienen, und deren elektrisches Potential somit bei Betrieb abgefragt wird. Die drei ersten Elektroden sind vorzugsweise auf zwei sich schneidenden Geraden angeordnet. Mit anderen Worten ist mittels dieser ersten Elektroden ein Dreieck gebildet, das insbesondere rechtwinklig ist. Vorzugsweise sind hierbei die Länge der Katheten gleich, und der Abstand ist insbesondere kleiner als die Hälfte der Wellenlänge, mittels derer der Ultraschallsensor betrieben wird, also insbesondere der Hälfte der Wellenlänge, die mittels des Ultraschallsensors empfangen und oder ausgesandt wird.
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Zum Beispiel ist eine weitere erste Elektrode vorhanden, die mit den drei ersten Elektroden ein Quadrat bildet. Alternativ hierzu ist deren Abstand zu der nächsten dieser drei ersten Elektroden vergrößert, und mittels der ersten Elektroden ist folglich eine Drachenform (Deltoid) gebildet. In einer weiteren Alternative sind zusätzliche erste Elektroden vorhanden. Zum Beispiel sind insgesamt fünf erste Elektroden vorhanden, die nach Art eines Quadrats angeordnet, an dessen Mittelpunkt eine der ersten Elektroden angeordnet ist. Somit sind die ersten Elektroden nach Art einer Fünf eines Würfels angeordnet. Hierbei ist der Abstand der ersten Elektroden, die die Ecken bilden, zu der mittleren ersten Elektrode vorzugsweise gleich, wobei auch hier der Abstand zweckmäßigerweise kleiner als die Hälfte der verwendeten Wellenlängen ist. In einer Weiterbildung hiervon ist eine der die Ecken bildenden ersten Elektroden in Richtung der mittleren ersten Elektrode hin versetzt. Bei einer zusätzlichen Variante ist zusätzlich einer der die Ecken bildenden ersten Elektroden in Richtung der benachbarten Ecke hin versetzt, wobei der Abstand zwischen diesen gleich dem Abstand der die Ecken bildenden ersten Elektroden zu der mittleren erste Elektrode ist. Aufgrund dieser Anordnungen der ersten Elektrode ist ein Empfang von Ultraschallwellen verbessert.
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In einer Weiterbildung weist das Substrat eine Anzahl an Aussparungen auf, wobei die Anzahl der Aussparungen zweckmäßigerweise zur Anzahl der ersten Elektroden korrespondiert und vorzugsweise gleich ist. Die Aussparungen gehen hierbei beispielsweise durch das Substrat vollständig hindurch. Besonders bevorzugt jedoch sind diese sacklochartig ausgestaltet und weisen somit jeweils eine Öffnung und einen Boden auf. Die Öffnungen sind hierbei in Richtung der piezoelektrischen Schicht gerichtet. Besonders bevorzugt ist jeweils eine der Aussparungen deckungsgleich zu einer der ersten Elektroden angeordnet. Mit anderen Worten ist jeweils eine der ersten Elektroden oberhalb der jeweils zugeordneten Aussparung positioniert. Aufgrund der Aussparungen ist ein Resonanzraum gebildet. Auch weist die piezoelektrische Schicht somit im Bereich der ersten Elektrode einen Freiraum aufweist, sodass diese erleichtert verformt, beispielsweise verbogen, werden kann. Somit ist ein Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallwellen verbessert.
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Beispielsweise bilden die piezoelektrische Schicht sowie die ersten Elektroden den Abschluss des Ultraschallsensors. Besonders bevorzugt jedoch ist die piezoelektrische Schicht auf der dem Substrat abgewandten Seite mit einer Schutzschicht versehen. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht auf die piezoelektrische Schicht sowie auf die ersten Elektroden aufgebracht, wobei die Schutzschicht nicht auf die piezoelektrische Schicht im Bereich der erste Elektroden aufgebracht ist, da diese dort abgeschirmt ist. Zweckmäßigerweise ist Schutzschicht witterungsbeständig. Als Schutzschicht wird beispielsweise eine Folie oder eine Lack herangezogen. Diese sind beispielsweise transparent oder farblich. Insbesondere wird als Farbe die Farbe des Kraftfahrzeugs verwendet. Zusammenfassend ist der Ultraschallsensor mittels der Schutzschicht abgeschlossen, sodass eine Beschädigung der piezoelektrischen Schicht und der ersten Elektroden ausgeschlossen ist. Vorzugsweise ist die Dicke der Schutzschicht auf die ersten Elektroden abgestimmt, sodass der Ultraschallsensor auf der dem Substrat gegenüberliegenden Oberfläche im Wesentlichen glatt ist. Mit anderen Worten ist die Dicke der Schutzschicht variabel.
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In einer Alternative ist die piezoelektrische Schicht beispielsweise mittels eines Lacks oder einer sonstigen Farbschicht gebildet. Zum Auftragen der piezoelektrischen Schicht, also des Lacks/Farbschicht, auf das Substrat, wird beispielsweise ein Tintenstrahlverfahren oder ein Siebdruckverfahren verwendet. Hierbei sind vorzugsweise die zweiten Elektroden als Folie vorhanden, und/oder diese sind ebenfalls mittels Druckens auf das Substrat aufgetragen. Aufgrund der Verwendung des Lacks/Farbschicht werden insbesondere Hohlräume vermieden, sodass eine Robustheit erhöht ist. Besonders bevorzugt jedoch ist die piezoelektrische Schicht mittels einer Folie gebildet, die zweckmäßigerweise eine konstante Dicke aufweist. Somit ist ein separates Fertigen der piezoelektrischen Schicht möglich, was eine Herstellung vereinfacht. Bevorzugt wird hierbei eine Polyvinylidenfluorid-Folie herangezogen.
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Beispielsweise ist die (die piezoelektrische Schicht bildende) Folie lediglich auf das Substrat aufgelegt. Besonders bevorzugt jedoch ist die Folie mittels einer Klebeschicht an dem Substrat befestigt, was eine Robustheit erhöht. Beispielsweise ist die Klebeschicht vor Befestigung an dem Substrat bereits an der Folie angebunden oder zur Montage wird auf das Substrat die Klebeschicht aufgebracht, auf die nachfolgend die piezoelektrische Schicht, also die Folie, aufgelegt wird. Die Klebeschicht ist beispielsweise direkt auf das Substrat aufgebracht, sodass ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dieser und dem Substrat vorhanden ist. Besonders bevorzugt sind somit die zweiten Elektroden auf der der piezoelektrischen Schicht zugewandten Seite der Klebeschicht angeordnet.
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Die Klebeschicht ist beispielsweise durchgehend ausgestaltet, weswegen die Folie vergleichsweise stabil an dem Substrat gehalten ist. In einer Alternative hierzu weist die Klebeschicht ein Loch oder mehrere Löcher auf, sodass in diesem Bereich die piezoelektrische Schicht nicht an dem Substrat befestigt ist. Mittels entsprechender Wahl sowie Anordnung der Löcher ist dabei eine Dämpfung der piezoelektrischen Schicht einstellbar. Insbesondere ist die Klebeschicht mit den etwaigen vorhandenen Aussparungen, den ersten und/oder zweiten Elektroden deckungsgleich. Alternativ hierzu sind die Löcher bezüglich der etwaigen Aussparungen, der ersten und/oder zweiten Elektroden verschoben.
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Beispielsweise ist das Substrat im Wesentlichen flächenförmig ausgestaltet und insbesondere eine Folie. Somit ist nachfolgend ein vergleichsweise flexibles Anbringen des Ultraschallsensors ermöglicht, zum Beispiel auf einer gebogenen Oberfläche. Hierfür wird das Substrat an der jeweiligen Oberfläche zweckmäßigerweise befestigt. Besonders bevorzugt jedoch ist das Substrat mittels eines Gehäuses gebildet, geeigneterweise einer Seite des Gehäuses, wie einem Deckel. Innerhalb des Gehäuses ist zweckmäßigerweise eine Elektronik angeordnet, mittels derer die Elektroden betrieben sind, also die ersten Elektroden und die zweiten Elektroden. Mittels der Elektronik erfolgt somit eine Ansteuerung der Elektroden, sodass an diesen eine elektrische Spannung angelegt bzw. die diesen anliegende elektrische Spannung abgefragt/ausgelesen werden kann. Daher ist es möglich, mittels der Elektronik die piezoelektrische Schicht zum Aussenden von Ultraschallwellen anzuregen oder eine etwaige Anregung der piezoelektrischen Schicht aufgrund von Ultraschallwellen auszulesen. Zur Montage des Ultraschallsensors ist es somit lediglich erforderlich, das Gehäuse an weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs zu befestigen sowie an einen etwaigen Stecker anzuschlie-ßen. Somit ist eine Montage weiter vereinfacht.
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Vorzugsweise wird mittels der piezoelektrische Schicht und/oder der etwaigen vorhandenen Schutzschicht das Gehäuse abgedichtet, sodass ein Eindringen von Fremdpartikeln, wie Feuchtigkeit, in das Gehäuse vermieden ist, was eine Robustheit erhöht. Beispielsweise ist das Gehäuse quaderförmig. Bevorzugt jedoch ist das Gehäuse zumindest teilweise mittels eines Türgriffs gebildet.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor,
- 2 - 7 jeweils in einer Schnittdarstellung unterschiedliche Varianten des Ultraschallsensors, und
- 8 - 14 jeweils in einer Draufsicht unterschiedliche Varianten des Ultraschallsensors.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Pkws dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Tür 4 auf, an der ein Türgriff 6 angebunden ist. Die Tür 4 ist mittels einer nicht näher dargestellten Verstellvorrichtung angetrieben, sodass bei entsprechender Aktivierung die Tür 4 mittels der Verstellvorrichtung zum Öffnen bzw. Schließen verschwenkt wird. Die Aktivierung der Verstellvorrichtung erfolgt mittels Erfassen einer Geste eines Nutzers, nämlich einem Überstreichen des Türgriffs 6. Die Geste wird mittels eines Ultraschallsensors 8 des Türgriffs 6 erfasst.
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In 2 ist schematisch vereinfacht eine erste Ausführungsform des Ultraschallsensors 8 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Ultraschallsensor 8 weist ein Gehäuse 10 auf, das aus einem Kunststoff gefertigt ist, und das zumindest teilweise die Struktur des Türgriffs 6 vorgibt. Auf einer Seite des Gehäuses 10 ist eine Klebeschicht 12 aufgebracht, mittels derer eine metallische Schicht 14 an dem Gehäuse 10 gehalten ist. Die metallische Schicht 14 und die Klebeschicht 12 sind deckungsgleich zueinander und überdecken eine der Seiten des Gehäuses 10 vollständig, das somit als Substrat 15 wirkt.
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Die metallische Schicht 14 ist an einer piezoelektrischen Schicht 16 direkt befestigt und somit elektrisch direkt mit dieser kontaktiert. Die piezoelektrische Schicht 16 ist hierbei eine Folie, nämlich eine Polyvinylidenfluorid -Folie (PVDF-Folie). Als metallische Schicht 14 wird bei einer Ausführungsform eine Kupferfolie herangezogen, die an der piezoelektrischen Schicht 16 befestigt ist. Die Dicke der beiden Schichten 14, 16 ist dabei im Wesentlichen gleich 20 µm.
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Bei einer alternativen Ausgestaltungsform ist die piezoelektrische Schicht 16 mittels eines Lacks gebildet, der auf die die metallische Schicht 14 bildende Kupferfolie aufgetragen ist. Bei einer weiteren Alternative ist die metallische Schicht 14 mittels Metalisierung der die piezoelektrische Schicht 16 bildenden Folie erstellt. Bei sämtlichen Ausführungsformen jedoch ist über die metallische Schicht 14 auch die piezoelektrische Schicht 16 mittels der Klebeschicht 12 an dem Gehäuse 10 befestigt, nämlich an der einen Seite, die das Substrat 15 bildet. Auch ist stets die piezoelektrische Schicht 16, die die gleiche Ausdehnung wie die Klebeschicht 12 sowie die metallische Schicht 14 aufweist, durchgehend und somit einstückig, was eine Herstellung erleichtert.
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An der dem Substrat 15 abgewandten Seiten der piezoelektrischen Schicht 16 ist eine Anzahl an ersten Elektroden 18 angebunden und elektrisch direkt damit kontaktiert. Die Anzahl der ersten Elektroden 18 ist hierbei größer als drei und zum Beispiel fünf, wobei die ersten Elektroden 18 zueinander sind. Die ersten Elektroden 18, von denen hier zwei dargestellt sind, sind hierbei mittels Druckens von Silberfarbe oder einer sonstigen kohlenstoffbasierten Farbe auf die piezoelektrische Schicht 16 erstellt. Ebenfalls ist auf diese Seite eine Anzahl an Leiterbahnen 20 gedruckt, die somit ebenfalls an der piezoelektrischen Schicht 16 angebunden sind. Hierbei ist jeweils eine der Leiterbahnen 20 einstückig mit einer der ersten Elektroden 18, die somit das Ende der jeweiligen Leiterbahn 20 bilden. Die Leiterbahnen 20 sind gegeneinander elektrisch isoliert und reichen bis zu einer Kante 22 der piezoelektrischen Schicht 16. Mittels der Leiterbahnen 20 ist im Bereich der Kante 22 teilweise ein Anschlussbereich 24 gebildet.
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Die piezoelektrische Schicht 16 ist auf der dem Substrat abgewandten Seiten mit einer Schutzschicht 26 versehen. Die Schutzschicht 26 deckt zudem die ersten Elektroden 18 ab, wobei die piezoelektrische Schicht 16 in diesem Bereich nicht mittels der Schutzschicht 26 versehen ist. Die Schutzschicht 26 weist hierbei eine variable Dicke auf, die im Bereich der ersten Elektroden 18 verringert ist, sodass die Oberfläche der Schutzschicht 26 auf der dem Substrat 15 abgewandten Seite glatt ist. Als Schutzschicht 26 wird eine Folie oder ein Lack verwendet, der die Außenfarbe des Kraftfahrzeugs 2 aufweist. Hierbei ist mittels der Schutzschicht 26 eine Oberfläche des Türgriffs 6 gebildet, und die Schutzschicht 26 ist durchlässig für Ultraschallwellen. Zusammenfassend ist die piezoelektrische Schicht 16 auf der dem Substrat 15 abgewandten Seite mit der Schutzschicht 26 versehen.
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Der Ultraschallsensor 8 weist ferner eine Leitung 28 auf, die mehrere Adern 30 umfasst. Eine der Adern 30 ist mittels der metallischen Schicht 14 in dem Anschlussbereich 24 elektrisch kontaktiert. Die verbleibenden Adern 3 sind mit den Leiterbahnen 20 elektrisch kontaktiert, wobei jeder der Leiterbahnen 20 jeweils eine der Adern 30 zugeordnet ist. Die Adern 30 sind in das Gehäuse 10 geführt, innerhalb derer eine Elektronik 32 angeordnet ist.
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Bei Betrieb des Ultraschallsensors 8 wird mittels der Elektronik 32 über die Leitung 28 an jeder der ersten Elektroden 18 oder zumindest einer der ersten Elektroden 18 ein alternierendes elektrisches Potential angelegt, wobei die metallische Schicht 14 auf ein Referenzpotential gelegt wird, insbesondere Masse. Somit bildet sich zwischen jeder der ersten Elektroden 18 und der metallischen Schicht 14 eine elektrische Spannung aus, und die metallische Schicht 14 wirkt im Bereich jeder ersten Elektrode 18 als eine zweite Elektrode 34. Somit weist der Ultraschallsensor 8 genauso viele zweite Elektroden 34 wie erste Elektroden 18 auf. Zusammenfassend befindet sich somit auf der dem Substrat 15 abgewandten Seite der piezoelektrischen Schicht 16 die Anzahl an zueinander beabstandeten ersten Elektroden 18, und auf der dem Substrat 15 zugewandten Seite der piezoelektrischen Schicht 16 ist an dieser eine hierzu korrespondierende Anzahl an zweiten Elektroden 34 angebunden, die einstückig miteinander sind.
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Mittels der Elektronik 32 wird hierbei zwischen jeder der ersten Elektroden 18 und der jeweils zugeordneten zweiten Elektrode 34 eine elektrische Wechselspannung angelegt, wobei das elektrische Potential sämtlicher zweiter Elektroden 34 gleich ist. Folglich sind die Elektroden 18, 34 mittels der Elektronik 32 betrieben. Aufgrund der angelegten elektrischen Spannung verformt sich die piezoelektrische Schicht 16 in diesem Bereich. Hierbei ist die angelegte Wechselspannung derart, dass die piezoelektrische Schicht 16 Schwingungen mit 40 kHz ausführt. Somit schwingen auch die damit verbundenen Bauteile. Infolgedessen werden mittels des Ultraschallsensors 8 Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 40 kHz abgegeben. Da die ersten Elektroden 18 zueinander beabstandet sind, ist es möglich, die Form der Ultraschallwellen entsprechend einer bestimmten Vorgabe auszugestalten. So werden diese insbesondere lediglich oder zumindest vermehrt in einem bestimmten Raumbereich ausgesandt. Vorzugsweise werden dabei sämtliche erste Elektroden 18 und sämtliche zweite Elektroden 34 zum Aussenden der Ultraschallwellen herangezogen.
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In einem hiervon abweichenden Betriebsmodus wird mittels der Elektronik 32 die zwischen jeder der zweiten Elektroden 34 sowie der ersten Elektroden 18 anliegende elektrische Spannung erfasst, die abhängig von einer Verformung der piezoelektrischen Schicht 16 ist. Zusammenfassend sind somit die Elektroden 18, 34 ebenfalls mittels der Elektronik 32 betrieben. Wenn Ultraschallwellen auf die piezoelektrische Schicht 16 treffen, verformt sich diese. Da die ersten Elektroden 18 zueinander beabstandet sind, ist es hierbei möglich, eine ortsaufgelöst die Verformung, die aufgrund der auftreffenden Ultraschallwellen hervorgerufen wird, zu erfassen und hieraus zu bestimmen, aus welchem Raumbereich die Ultraschallwellen stammen. Dabei sind die ersten Elektroden 18 derart auf der piezoelektrischen Schicht 16 angeordnet, dass zusätzlich auch die Position des Ursprungs der auftreffenden Ultraschallwellen erfasst werden kann.
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In einem alternativen Betriebsmodus wird eine oder mehrere der ersten Elektroden 18 zum Anregen der piezoelektrischen Schicht 16 zum Aussenden der Ultraschallwellen herangezogen, wohingegen die verbleibenden ersten Elektrode 18 zum Erfassen der auftreffenden Ultraschallwellen herangezogen werden. Bei einer weiteren Alternative erfolgt ein zeitlich abwechselnder Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen.
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In 3 ist eine Weiterbildung des Ultraschallsensors 8 ebenfalls in der Schnittdarstellung dargestellt. Es ist lediglich die Klebeschicht 12 verändert, die eine Anzahl an Löchern 36 aufweist. Eines der Löcher 36 ist deckungsgleich mit einer der ersten Elektroden 18 und somit auch mit der dieser zugeordneten zweiten Elektrode 34, die mittels der metallischen Schicht 14 gebildet ist. Mit anderen Worten ist der Querschnitt dieses Lochs 36 gleich dem Querschnitt der zugeordneten ersten Elektrode 18, und diese liegen genau übereinander, sodass eine Projektion dieser aufeinander senkrecht zur Ausdehnung der piezoelektrischen Schicht 16 genau aufeinander abgebildet werden. Die anderen Löcher 36 hingegen sind bezüglich der ersten Elektroden 18 versetzt.
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Aufgrund der Löcher 36 ist die piezoelektrische Schicht 16 sowie die metallische Schicht 14 in diesem Bereich nicht an dem Substrat 15 direkt befestigt, weswegen dort eine relative Bewegung der piezoelektrischen Schicht 16 bezüglich des Substrats 15 in geringem Maße möglich ist. Somit ist eine Dämpfung einer Schwingung, die sich in der piezoelektrischen Schicht 16 ausbreitet, verringert. Die Schwingung wird hierbei in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebsmodus entweder von den darauf treffenden Ultraschallwellen oder aufgrund der Anregung mittels Anlegen der elektrischen Spannung an die erste und zweite Elektroden 18, 34 erstellt. Somit ist aufgrund der Löcher 36 und der damit einhergehenden verringerten Dämpfung ein Betrieb vereinfacht. Auch ist es möglich, eine Resonanzfrequenz entsprechend einzustellen, sodass ein Energiebedarf weiter verringert ist.
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In 4 ist eine Weiterbildung des Ultraschallsensors 8 dargestellt, die von der in 2 dargestellten Variante ebenfalls lediglich aufgrund der Abänderung der Klebeschicht 12 abweicht. Hier weist die Klebeschicht 12 genauso viele Löcher 36 wie erste Elektrode 18 auf, wobei jedes Loch 36 deckungsgleich zu jeweils einer der ersten Elektroden 18 angeordnet ist. Somit ist im Bereich der jeweiligen ersten Elektroden 18 sowie der zweiten Elektroden 34 ein freies Schwingen der piezoelektrischen Schicht 36 möglich, weswegen in diesem Bereich die piezoelektrische Schicht 16 vergleichsweise weit ausgelenkt werden kann. Somit ist ein Erfassen und Erstellen von Ultraschallwellen weiter vereinfacht.
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In 5 ist eine Weiterbildung der in 4 dargestellten Variante des Ultraschallsensors 8 gezeigt. Das Substrat 15 weist dort eine Anzahl an Aussparungen 38 auf, die sacklochartig ausgebildet sind. Hierbei ist die Tiefe der Aussparungen 38 größer als 20 µm und zum Beispiel größer als 100 µm oder 500 µm, jedoch zweckmäßigerweise kleiner als 2 mm. Die Anzahl der Aussparungen 38 ist gleich der Anzahl der ersten Elektroden 18 sowie der Löcher 36, wobei jedes Loch 36 deckungsgleich zu jeweils einer der ersten Elektroden 18 angeordnet ist. Jede Aussparung 38 fluchten hierbei mit jeweils einem der Löcher 36. Somit ist auch jeweils eine der Aussparungen 38 deckungsgleich zu einer der ersten Elektroden 18 angeordnet.
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Aufgrund der Aussparungen 38 ist zwischen der piezoelektrischen Schicht 16 sowie dem Substrat 15 ein Resonanzraum geschaffen, in dem ein Ausbilden von stehenden Wellen ermöglicht ist. Hierbei ist der Resonanzraum derart eingestellt, dass dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz der mittels des Ultraschallsensors 8 erfassten bzw. erstellten Ultraschallwellen übereinstimmt. Somit werden bei Betrieb des Ultraschallsensors 8 vermehrt Ultraschallwellen mit der Resonanzfrequenz, nämlich 40 kHz, ausgesandt bzw. empfangen. Daher ist eine Effizienz bei Betrieb des Ultraschallsensors 8 erhöht.
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In 6 ist eine weitere Ausgestaltungsform des Ultraschallsensors 8 dargestellt. Hierbei ist im Vergleich zu der in 2 gezeigten Variante die metallische Schicht 14 weggelassen. Wiederum sind an der piezoelektrischen Schicht 16 die zweiten Elektroden 34 direkt befestigt, und diese sind zueinander beabstandet. Mit anderen Worten sind die zweiten Elektroden 18 zueinander separat. Hierbei ist jeweils eine der zweiten Elektroden 34 deckungsgleich zu einer der ersten Elektroden 18 angeordnet, und die einander jeweils zugeordneten Elektroden 18, 34 weisen die gleiche Größe auf.
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Die zweiten Elektroden 34 sind mittels Druckens einer Silberfarbe oder einer kohlenstoffbasierten Farbe auf die piezoelektrische Schicht erstellt, die als Folie vorliegt. Auch sind die erste Elektroden 18 mittels Druckens erstellt, wobei die ersten Elektroden 18 und die zweiten Elektroden 34 auf unterschiedliche Seiten gedruckt sind. Es sind wiederum die Leiterbahnen 20 vorhanden, die zu der Kante 22 reichen, und mittels derer jede der Elektroden 18 mit dem Anschlussbereich 24 verbunden ist. Auf der den Leiterbahnen 20 gegenüberliegenden Seite sind an die piezoelektrischen Schicht 16 weiteren Leiterbahnen 40 angebunden, die ebenfalls mittels Druckens erstellt sind. Diese sind zueinander elektrisch isoliert, und mittels dieser ist jede der zweiten Elektroden 34 mit dem Anschlussbereich 24 verbunden.
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Die ersten Elektroden 18 sind baugleich zu den zweiten Elektroden 24, und die Leiterbahnen 20 sind baugleich zu den weiteren Leiterbahnen 24. Die Zuordnung als erste Elektrode 18 bzw. als zweite Elektrode 24 erfolgt in Abhängigkeit der Positionierung der piezoelektrischen Schicht 16 auf der Klebeschicht 12. Mit anderen Worten ist es möglich, die piezoelektrische Schicht 16 mit unterschiedlichen Seiten mit der Klebeschicht 12 zu verbinden, wobei in Abhängigkeit der gewählten Seite die Zuordnung als erste oder zweite Elektrode 18, 24 erfolgt.
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Es ist wiederum die Leitung 28 vorhanden, wobei diese jedoch mehr Adern 30 aufweist. Die Anzahl der Adern 30 beträgt hierbei dem Doppelten der Anzahl der ersten Elektroden 18. Mittels der in dem Gehäuse 10 angeordneten Elektronik 32 erfolgt ebenfalls wiederum ein Betrieb der ersten sowie zweiten Elektroden 18, 34. Mittels der Elektronik 32 wird nach Betriebszustand an die sich jeweils bezüglich der piezoelektrischen Schicht 16 gegenüberliegenden Elektroden 18, 34, die somit einander zugeordnet sind, die elektrische Wechselspannung angelegt bzw. die dort anliegende elektrische Spannung erfasst. Da die zweiten Elektroden 34 zueinander elektrisch isoliert sind, ist es hierbei möglich, die einander zugeordneten Elektroden 18 ,24 unabhängig von den weiteren Elektroden 18, 34 zu betreiben. Somit ist eine Flexibilität erhöht. Die Klebeschicht 12 ist in diesem Beispiel durchgehend. Bei nicht näher dargestellten Varianten sind wiederum die Löcher 36 vorhanden, die beispielsweise deckungsgleich zu den ersten Elektroden 18 angeordnet oder abweichend davon positioniert sind.
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In 7 ist eine weitere Alternative des Ultraschallsensors 8 dargestellt, die eine Weiterentwicklung der in 6 gezeigten Variante zeigt. Hier sind die Löcher 36 sowie die Aussparungen 38 des Substrats 15 vorhanden, entsprechend der in 5 gezeigten Ausführungsform. Dabei fluchtet jede zweite Elektrode 34 mit dem jeweils zugeordneten Loch 36 sowie der jeweils zugeordneten Aussparung 38.
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In 8 ist in einer Draufsicht der Ultraschallsensor 8 dargestellt. In diesem Beispiel sind insgesamt fünf erste Elektroden 18 vorhanden, von denen vier kreisförmig ausgestaltet sind. Die Größe dieser ersten Elektroden 18 ist gleich. Die verbleibende erste Elektrode 18 ist hingegen rechteckförmig, und deren Größe, also die Fläche, beträgt das Zwanzigfache der Größe der anderen ersten Elektroden 18. Bei Betrieb des Ultraschallsensors 8 wird die vergrößerte erste Elektrode 18 zum Anregen der piezoelektrischen Schicht 16 verwendet, sodass diese Ultraschallwellen abgibt. Aufgrund der vergrößerten Oberfläche dieser ersten Elektrode 18 ist die Amplitude der ausgesandten Ultraschallwellen vergleichsweise groß, weswegen eine Reichweite erhöht ist. Mittels der verbleibenden, runden ersten Elektroden 18 hingegen erfolgt ein Erfassen der Schwingung der piezoelektrischen Schicht 16, die aufgrund des Auftreffens von Ultraschallwellen erfolgt. Da diese ersten Elektroden 18 eine vergleichsweise geringe Ausdehnung aufweisen, ist eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Form der Ultraschallwelle aufgrund der Verformung der piezoelektrischen Schicht 16 verbessert. Mit anderen Worten ist es somit möglich eine genaue ortsauflösende Verformung der piezoelektrischen Schicht 16 zu erfassen und hieraus mittels Triangulation oder Trilateration den Ursprung der auftreffenden Ultraschallwellen zu bestimmen.
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Ferner sind in dieser Draufsicht die Leiterbahnen 20 sichtbar, die zueinander stets beabstandet sind, und die bis zu der Kante 22 zur Bildung des Anschlussbereichs 24 reichen. In dem Anschlussbereich 24 verlaufen sämtliche Leiterbahnen 20 zueinander parallel und senkrecht zu der Kante 22 der piezoelektrischen Schicht 16. Somit ist es möglich einen entsprechenden Gegenstecker auf die piezoelektrische Schicht 16 sowie die daran angebundenen Leiterbahnen 20 als auch die etwaigen weiteren Leiterbahnen 40 aufzuschieben. Dieser Verbund, insbesondere der Anschlussbereich 24, wirkt dabei vorzugsweise somit als Folienstecker, was den Anschluss der Leitung 28 vereinfacht.
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In 9 ist der Ultraschallsensor 8 ausschnittsweise dargestellt, wobei die erste Elektrode 18 mit der vergrößerten Größe nicht gezeigt ist. Die dargestellten ersten Elektroden 18 sind zu einem Quadrat angeordnet, an deren Ecken sich diese befinden. Hierbei ist zwischen den einzelnen Ecken des Quadrats ein erster Abstand 42 gebildet, und die erste Elektroden 18 sind somit auf zueinander senkrecht verlaufenden Geraden angeordnet. Der erste Abstand 42 ist kleiner oder gleich der Hälfte der Wellenlänge der mittels des Ultraschallsensors 8 ausgesandten bzw. empfangenen Ultraschallwellen. Aufgrund der Anordnung der ersten Elektroden 18 ist es möglich, mittels entsprechender Triangulation/Trilateration den Ursprung der auftreffenden Ultraschallwellen zu bestimmen.
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In 10 ist eine Abwandlung hiervon gezeigt. Eine der ersten Elektroden 18 ist von deren benachbarten ersten Elektroden 18 weg versetzt, und weist zu diesen einen zweiten Abstand 44 auf, der hinsichtlich des ersten Abstands 42 vergrößert ist. Somit sind die ersten Elektroden 18 zu einem Drachen angeordnet.
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In 11 ist eine Weiterbildung dargestellt. Es ist eine zusätzliche erste Elektrode 18 vorhanden, die bezüglich willkürlich der vier zu der Drachenform angeordneten ersten Elektroden 18 positioniert ist. Somit kann mittels eines geeigneten Triangulations- oder eines sonstigen Verfahrens eine Genauigkeit bei der Bestimmung des Ursprungs der Ultraschallwellen verbessert werden. Hierbei sind die ersten Elektroden 18 nicht zueinander symmetrisch angeordnet, was zwar einen Ermittlungsaufwand bei der Bestimmung des Ursprungs der Ultraschallwellen erhöht, jedoch eine Unbestimmtheit verringert.
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In 12 ist eine weitere Ausführungsform des Ultraschallsensors 8 gezeigt. Es sind wiederum fünf erste Elektroden 18 vorhanden, die für den Empfang der Ultraschallwellen herangezogen werden, und die die gleiche Größe aufweisen. Vier der ersten Elektroden 18 sind zu einem Quadrat angeordnet, und die verbleibende erste Elektrode 18 ist in dessen Mittelpunkt positioniert. Zwischen jedem der in einer der Ecken des Quadrats angeordneten ersten Elektroden 18 sowie der im Mittelpunkt angeordneten ersten Elektrode 18 ist der erste Abstand 42 gebildet, der kleiner oder gleich der Hälfte der Wellenlänge der verwendeten Ultraschallwellen ist.
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In 13 ist aufbauen auf der in 12 dargestellten Variante eine weitere Ausführungsform des Ultraschallsensors 8 gezeigt. Eine der in den Ecken des Quadrats angeordneten ersten Elektroden 18 ist von der Ecke in Richtung der mittleren ersten Elektrode 18 hin sowie schräg dazu versetzt. Die Position der verbleibenden ersten Elektroden 18 ist nicht verändert, und diese weisen zu der mittleren ersten Elektroden 18 jeweils den ersten Abstand 42 auf. Somit sind drei der ersten Elektroden 18 auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet. Die Vierte dieser ersten Elektroden 18 ist auf einer hierzu senkrecht verlaufenden Geraden angeordnet, auf der sich auch die im Mittelpunkt angeordnete erste Elektrode 18 befindet. Mittels dieser ersten Elektroden 18 ist bereits eine genaue Bestimmung des Ursprungs der auftreffenden Ultraschallwellen ermöglicht. Aufgrund der versetzten weiteren ersten Elektrode 18 ist jedoch keine symmetrische Anordnung der ersten Elektroden 18 gegeben, sodass eine etwaige Doppeldeutigkeit bei der Bestimmung des Ursprungs aufgrund der ansonsten vorherrschenden Symmetrie vermieden wird.
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In 14 ist eine letzte Ausführungsform des Ultraschallsensors 8 dargestellt. Es sind wiederum fünf erste Elektroden 18 vorhanden, die zum Empfang der Ultraschallwellen herangezogen werden. Drei hiervon sind an den Ecken eines rechtwinkligen gleichschenkeligen Dreiecks angeordnet, wobei die Länge der Katheten gleich dem ersten Abstand 42 ist. Eine weitere der ersten Elektroden 18 ist auf einer eine der Katheten in einem Winkel von 45° schneidenden Geraden angeordnet, wobei diese erste Elektrode 18 zu der auf dem Schnittpunkt positionierten ersten Elektrode 18 den ersten Abstand 42 aufweist. Die verbleibende erste Elektrode 18 ist im Wesentlichen frei positioniert.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Tür
- 6
- Türgriff
- 8
- Ultraschallsensor
- 10
- Gehäuse
- 12
- Klebeschicht
- 14
- metallische Schicht
- 15
- Substrat
- 16
- piezoelektrische Schicht
- 18
- erste Elektrode
- 20
- Leiterbahn
- 22
- Kante
- 24
- Anschlussbereich
- 26
- Schutzschicht
- 28
- Leitung
- 30
- Ader
- 32
- Elektronik
- 34
- zweite Elektrode
- 36
- Loch
- 38
- Aussparung
- 40
- weitere Leiterbahn
- 42
- erster Abstand
- 44
- zweiter Abstand
