DE102022124937A1 - ULTRASONIC SENSOR FOR A MOTOR VEHICLE, MOTOR VEHICLE AND PRODUCTION METHOD FOR AN ULTRASONIC SENSOR - Google Patents

ULTRASONIC SENSOR FOR A MOTOR VEHICLE, MOTOR VEHICLE AND PRODUCTION METHOD FOR AN ULTRASONIC SENSOR Download PDF

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Abstract

Ein Ultraschallsensor (100) für ein Kraftfahrzeug (1) weist auf: ein Kunststoffgehäuse (2), einen in eine Öffnung (12) des Kunststoffgehäuses (2) eingesetzten Membrantopf (7) mit einer Ultraschallmembran (8), ein an der Ultraschallmembran (8) von innen angebrachtes Schallwandlerelement (25) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran (8), eine im Innenraum (14) des Kunststoffgehäuses (2) angeordnete Leiterplatte (16), auf der eine Treiberschaltung (19) zum Ansteuern des Schallwandlerelements (25) montiert ist, zwei Kontaktstifte (20, 21) zur elektrischen Kontaktierung der Treiberschaltung (19) mit dem Schallwanderelement (25), wobei die Leiterplatte (16) derart auf die Kontaktstifte (20, 21) aufgepresst ist, dass Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) durch die Leiterplatte (16) hindurchtreten, und eine metallische Haube (40), die, gemeinsam mit der Leiterplatte (16), die durch die Leiterplatte (16) hindurchtretenden Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) allseitig umgibt und schirmt.An ultrasonic sensor (100) for a motor vehicle (1) has: a plastic housing (2), a membrane pot (7) inserted into an opening (12) of the plastic housing (2) with an ultrasonic membrane (8), an ultrasonic membrane (8 ) Sound transducer element (25) attached from the inside for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane (8), a circuit board (16) arranged in the interior (14) of the plastic housing (2), on which a driver circuit (19) is mounted for controlling the sound transducer element (25). is, two contact pins (20, 21) for electrically contacting the driver circuit (19) with the sound transducer element (25), the circuit board (16) being pressed onto the contact pins (20, 21) in such a way that ends (35) of the contact pins ( 20, 21) pass through the circuit board (16), and a metallic hood (40), which, together with the circuit board (16), passes through the circuit board (16) ends (35) of the contact pins (20, 21) on all sides surrounds and shields.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to an ultrasonic sensor for a motor vehicle and a motor vehicle.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit Ultraschallsensoren ausgestattet, die eine Vermessung einer Umgebung des Kraftfahrzeugs durch Aussenden und Empfangen eines Ultraschallsignals gestatten. Die solchermaßen gewonnenen Informationen über die Fahrzeugumgebung kann von einem Fahrerassistenzsystem ausgewertet werden, um Warnungen für den Fahrer zu generieren, autonomes Einparken oder teil- oder vollautonomes Fahren zu ermöglichen.Modern motor vehicles are equipped with ultrasonic sensors that allow the surroundings of the motor vehicle to be measured by sending and receiving an ultrasonic signal. The information about the vehicle surroundings obtained in this way can be evaluated by a driver assistance system in order to generate warnings for the driver, enable autonomous parking or partially or fully autonomous driving.

Ein Ultraschallsensor weist typischerweise ein Kunststoffgehäuse mit einer Öffnung auf, in die ein Membrantopf eingesetzt ist. Von innen an einer Ultraschallmembran des Membrantops ist ein Schallwandlerelement zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran angeordnet. Im Innenraum des Kunststoffgehäuses ist ferner eine Leiterplatte angeordnet, auf der eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements montiert ist. Zur Kontaktierung der Treiberschaltung mit dem Schallwandlerelement werden Kontaktstifte verwendet. Insbesondere unverstärkte Signale auf dem Leitungsweg von dem Schallwandlerelement über die Kontaktstifte bis in die Treiberschaltung sind besonders anfällig für elektromagnetische Störeinflüsse.An ultrasonic sensor typically has a plastic housing with an opening into which a membrane pot is inserted. A sound transducer element for stimulating vibrations and detecting vibrations of the ultrasonic membrane is arranged from the inside on an ultrasonic membrane of the membrane top. A printed circuit board is also arranged in the interior of the plastic housing, on which a driver circuit for controlling the sound transducer element is mounted. Contact pins are used to contact the driver circuit with the sound transducer element. In particular, unamplified signals on the line from the sound transducer element via the contact pins to the driver circuit are particularly susceptible to electromagnetic interference.

Herkömmlicherweise wurde zur Abschirmung gegen elektromagnetische Störeinflüsse auf einer Oberseite (einer von dem Schallwandlerelement abgewandten Seite) der Leiterplatte ein Schirmblech angeordnet, das im Wesentlichen die gesamte Leiterplatte oder zumindest den gesamten Bereich der beispielsweise auf der Unterseite der Leiterplatte montierten Bauelemente der Treiberschaltung überdeckte. Die gesamte Anordnung wurde sodann mit einem Kunstharz vergossen.Conventionally, to shield against electromagnetic interference, a shield plate was arranged on a top side (a side facing away from the sound transducer element) of the circuit board, which essentially covered the entire circuit board or at least the entire area of the components of the driver circuit mounted, for example, on the underside of the circuit board. The entire arrangement was then cast with a synthetic resin.

Es ist jedoch wünschenswert, auf den Verguss zu verzichten, da dieser bis zu 20 g zusätzliches Gewicht verursacht, die Stresseigenschaften des Ultraschallsensors verändert und dadurch ein Risiko für Bauteilbrüche vergrößert. Ohne Verguss ist es nicht möglich, ein dann frei im Innern des Kunststoffgehäuses angeordnetes, großflächiges Schirmblech sicher zu montieren. Das Schirmblech würde unter dem Einfluss des Ultraschalls in Vibrationen versetzt werden und sich lösen. Man verzichtet deswegen auch auf das Schirmblech und verlässt sich auf nachgeschaltete Signalverarbeitung und die Einhaltung von Mindestabständen beim Einbau, um mit elektromagnetischen Störeinflüssen umzugehen.However, it is desirable to avoid potting as this adds up to 20 g of additional weight, alters the stress characteristics of the ultrasonic sensor and thereby increases the risk of component breakage. Without casting, it is not possible to securely mount a large-area shielding plate that is then freely arranged inside the plastic housing. The shielding plate would vibrate under the influence of the ultrasound and come loose. For this reason, the shielding plate is dispensed with and relies on downstream signal processing and compliance with minimum distances during installation in order to deal with electromagnetic interference.

Bei bestimmten Einbausituationen, etwa im Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, ist jedoch die EMV-Störfestigkeit noch nicht zufriedenstellend.However, in certain installation situations, such as in the bumper of a motor vehicle, the EMC immunity is not yet satisfactory.

Die WO 2017/097496 offenbart, dass eine Membran eines Schallwandlerelements mit einer Masse verbunden sein kann.The WO 2017/097496 discloses that a membrane of a sound transducer element can be connected to a ground.

Die US 2019/0388936 A1 offenbart einen Membrantopf für einen Ultraschallwandler. Der Membrantopf ist mit einer metallischen Beschichtung versehen. Ein von innen an der Membran angebrachtes Piezoelement ist elektrisch mit der metallischen Beschichtung verbunden. Der Membrantopf implementiert demgemäß eine elektrische Funktionalität, insbesondere eine elektrische Masse zum Verbessern des EMV-Schutzes.The US 2019/0388936 A1 discloses a membrane pot for an ultrasonic transducer. The membrane pot is provided with a metallic coating. A piezo element attached to the membrane from the inside is electrically connected to the metallic coating. The membrane pot accordingly implements an electrical functionality, in particular an electrical ground, to improve EMC protection.

Die US 2006/0229785 A1 offenbart ein Fußgängerschutzsystem, bei dem eine Vielzahl von Keramiksensoren auf einer Trägerfolie aufgebracht ist. Die Trägerfolie weist eine durchgängige Metallisierungsschicht oder metallische Schutzschicht zur EMV-Abschirmung der mehreren Keramiksensoren auf.The US 2006/0229785 A1 discloses a pedestrian protection system in which a large number of ceramic sensors are applied to a carrier film. The carrier film has a continuous metallization layer or metallic protective layer for EMC shielding of the multiple ceramic sensors.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die EMV-Störfestigkeit eines Ultraschallsensors zu verbessern.Against this background, one object of the present invention is to improve the EMC interference immunity of an ultrasonic sensor.

Gemäß einem ersten Aspekt wird zur Lösung der Aufgabe ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, der aufweist: ein Kunststoffgehäuse, einen in eine Öffnung des Kunststoffgehäuses eingesetzten Membrantopf mit einer Ultraschallmembran, ein an der Ultraschallmembran von innen angebrachtes Schallwandlerelement zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran, eine im Innenraum des Kunststoffgehäuses angeordnete Leiterplatte, auf der eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements montiert ist, zwei Kontaktstifte zur elektrischen Kontaktierung der Treiberschaltung mit dem Schallwanderelement, wobei die Leiterplatte derart auf die Kontaktstifte aufgepresst ist, dass Enden der Kontaktstifte durch die Leiterplatte hindurchtreten, und eine metallische Haube, die, gemeinsam mit der Leiterplatte, die durch die Leiterplatte hindurchtretenden Enden der Kontaktstifte allseitig umgibt und schirmt.According to a first aspect, an ultrasonic sensor for a motor vehicle is proposed to solve the problem, which has: a plastic housing, a membrane pot with an ultrasonic membrane inserted into an opening of the plastic housing, a sound transducer element attached to the ultrasonic membrane from the inside for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane, a circuit board arranged in the interior of the plastic housing, on which a driver circuit for controlling the sound transducer element is mounted, two contact pins for electrically contacting the driver circuit with the sound transducer element, the circuit board being pressed onto the contact pins in such a way that ends of the contact pins pass through the circuit board, and one metallic hood which, together with the circuit board, surrounds and shields on all sides the ends of the contact pins passing through the circuit board.

Die Erfinder haben erkannt, dass den durch die Leiterplatte hindurchtretenden Kontaktstiften eine entscheidende Rolle als Antennen für elektrische Störeinflüsse zukommt. Allerdings ist das Aufpressen der Leiterplatte auf die Enden der Kontaktstifte derart, dass diese die Leiterplatte durchdringen, wünschenswert und vorteilhaft, da in diesem Fall ein einfaches Herstellungsverfahren und eine stabilere und hochwertigere Verbindung zwischen den Kontaktstiften und der Leiterplatte erzielt werden können als in einem Fall, in dem die Kontaktstifte nur von einer Seite an die Leiterplatte gelötet werden. Gemäß dem vorgeschlagenen Ultraschallsensor werden nun die durch die Leiterplatte hindurchtretenden Kontaktstifte von der metallischen Haube abgeschirmt. Somit kann vorteilhafterweise ein Feldeintrag eines elektrischen Feldes abgeleitet werden, bevor dieser in die von den im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kontaktstiften gebildeten Kapazität einkoppeln kann. Demgemäß kann die Störfestigkeit des Ultraschallsensors gegen elektrische Felder vorteilhafterweise verbessert werden. Somit ist es dann auch unschädlich, wenn die Kontaktstifte eine hohe Kapazität ausbilden. Daher ist es nun möglich, die Kontaktstifte sehr eng beieinander anzuordnen. Somit kann eine von den Kontaktstiften gebildete Induktivität vorteilhafterweise gering gehalten werden. Demgemäß kann auch die Störfestigkeit des Ultraschallsensors gegen magnetische Felder vorteilhaft verbessert werden. Insgesamt kann somit vorteilhafterweise die EMV-Störfestigkeit des Ultraschallsensors verbessert werden.The inventors have recognized that the contact pins passing through the circuit board play a crucial role as antennas for electrical interference. However, pressing the circuit board onto the ends of the contact pins in such a way that they penetrate the circuit board is desirable and advantageous, since in this case a simple manufacturing process and a stable A lighter and higher quality connection between the contact pins and the circuit board can be achieved than in a case in which the contact pins are soldered to the circuit board from only one side. According to the proposed ultrasonic sensor, the contact pins passing through the circuit board are now shielded by the metallic hood. A field input of an electric field can thus advantageously be derived before it can couple into the capacitance formed by the contact pins that run essentially parallel to one another. Accordingly, the immunity of the ultrasonic sensor to electric fields can be advantageously improved. It is therefore harmless if the contact pins have a high capacity. It is therefore now possible to arrange the contact pins very close to one another. An inductance formed by the contact pins can therefore advantageously be kept low. Accordingly, the immunity of the ultrasonic sensor to magnetic fields can also be advantageously improved. Overall, the EMC interference immunity of the ultrasonic sensor can thus advantageously be improved.

Der Membrantopf mit Ultraschallmembran kann einteilig ausgebildet sein. Das heißt, es kann sich bei dem Membrantopf um ein topfförmig ausgebildetes Element handeln. Eine Bodenfläche der Topfform kann hierbei dünner ausgebildet sein als Wände der Topfform. In diesem Fall bildet insbesondere die Bodenfläche die Ultraschallmembran aus.The membrane pot with ultrasonic membrane can be made in one piece. This means that the membrane pot can be a cup-shaped element. A bottom surface of the pot shape can be made thinner than walls of the pot shape. In this case, the floor surface in particular forms the ultrasonic membrane.

Die Kontaktstifte können in das Kunststoffgehäuse eingepresst sein und dadurch vibrationssicher in dem Gehäuse angebracht sein. Das Einpressen der Kontaktstifte in das Kunststoffgehäuse kann erfolgen, bevor die Leiterplatte auf die Enden der Kontaktstifte aufgepresst wird.The contact pins can be pressed into the plastic housing and thereby be mounted in the housing in a vibration-proof manner. The contact pins can be pressed into the plastic housing before the circuit board is pressed onto the ends of the contact pins.

Die Kontaktstifte können beispielsweise dadurch mit der Treiberschaltung kontaktiert sein, dass die Enden der Kontaktstifte beim Aufpressen der Leiterplatte auf die Enden der Kontaktstifte in eine Durchkontaktierung, auch als Via bekannt, mit einer metallisierten, beispielsweise verzinnten, Innenfläche eingepresst werden. Demgemäß kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Kontaktstifte mit der Treiberschaltung bereitgestellt werden.The contact pins can be contacted with the driver circuit, for example, by pressing the ends of the contact pins into a plated-through hole, also known as a via, with a metallized, for example tin-plated, inner surface when the circuit board is pressed onto the ends of the contact pins. Accordingly, reliable electrical contacting of the contact pins with the driver circuit can be provided.

Das Schallwandlerelement ist beispielsweise ein Piezoelement. Das Ansteuern des Schallwandlerelements umfasst insbesondere ein Senden eines Ansteuersignals an das Schallwandlerelement und ein anschließendes Empfangen eines Empfangssignals von dem Schallwandlerelement.The sound transducer element is, for example, a piezo element. Activating the sound transducer element includes, in particular, sending a control signal to the sound transducer element and then receiving a received signal from the sound transducer element.

Dasjenige Ende eines jeweiligen Kontaktstifts, das durch die Leiterplatte hindurchtritt, kann auch als „oberes Ende“ bezeichnet werden. An einem dem oberen Ende gegenüberliegenden unteren Ende können die Kontaktstifte direkt mit dem Schallwandlerelement kontaktiert, beispielsweise verlötet sein. Die Kontaktstifte können auch indirekt mit dem Schallwandlerelement kontaktiert sein. Beispielsweise kann ein loser Feindraht benutzt werden, um ein unteres Ende eines jeweiligen der Kontaktstifte mit dem Schallwandlerelement zu verbinden. Ein Bereich zwischen dem Schallwandlerelement und dem unteren Ende des Kontaktstifts, in dem der lose Feindraht verläuft, kann mit einem Schaum verfüllt sein. Demgemäß kann eine zusätzliche Schallentkopplung erzielt werden.That end of a respective contact pin that passes through the circuit board can also be referred to as the “top end”. At a lower end opposite the upper end, the contact pins can be contacted directly with the sound transducer element, for example soldered. The contact pins can also be contacted indirectly with the sound transducer element. For example, a loose fine wire may be used to connect a lower end of each of the contact pins to the sound transducer element. An area between the sound transducer element and the lower end of the contact pin, in which the loose fine wire runs, can be filled with foam. Accordingly, additional sound decoupling can be achieved.

Unter „gemeinsam mit der Leiterplatte allseitig umgeben“ ist insbesondere zu verstehen, dass ein Raum, in dem die oberen Enden der Kontaktstifte angeordnet sind, in jeder Raumrichtung entweder durch eine Fläche der metallischen Haube oder durch eine Fläche der Leiterplatte begrenzt ist.“Surrounded on all sides together with the circuit board” is to be understood in particular as meaning that a space in which the upper ends of the contact pins are arranged is delimited in each spatial direction either by a surface of the metallic hood or by a surface of the circuit board.

Die metallische Haube ist insbesondere eine geerdete metallische Haube. Unter „geerdet“ ist insbesondere eine mindestens nicht hochohmige Verbindung mit einer Masse zu verstehen. Unter „nicht hochohmig“ ist insbesondere ein Widerstand zu Masse von weniger als 1000 Ohm, vorzugsweise weniger als 800 Ohm, besonders vorzugsweise weniger als 600 Ohm zu verstehen.The metallic hood is in particular a grounded metallic hood. “Grounded” means, in particular, a connection to a ground that is at least not high-resistance. “Not high-resistance” means in particular a resistance to ground of less than 1000 ohms, preferably less than 800 ohms, particularly preferably less than 600 ohms.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Treiberschaltung ein oder mehrere elektronische Bauelemente, die auf derselben Seite der Leiterplatte wie die metallische Haube außerhalb der metallischen Haube auf der Leiterplatte montiert sind.According to one embodiment, the driver circuit includes one or more electronic components that are mounted on the same side of the circuit board as the metallic hood outside the metallic hood on the circuit board.

Die Bauelemente sind außerhalb der metallischen Haube angeordnet und werden demgemäß nicht von dieser geschirmt. Die metallische Haube schirmt jedoch die Enden der Kontaktstifte, an denen elektrische Störfelder am ehesten einkoppeln. Die metallische Haube ist somit vorteilhaft klein und kann vibrationsfest an der Leiterplatte montiert sein. Somit kann vorteilhafterweise auf Vergießen des Innenraums des Kunststoffgehäuses verzichtet werden.The components are arranged outside the metallic hood and are therefore not shielded by it. However, the metallic hood shields the ends of the contact pins, where electrical interference fields are most likely to couple in. The metallic hood is therefore advantageously small and can be mounted on the circuit board in a vibration-proof manner. This means that it is advantageously possible to dispense with casting the interior of the plastic housing.

Die Seite der Leiterplatte, auf welcher die metallische Haube, die durch die Leiterplatte hindurchtretenden Enden der Kontaktstifte und gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch die elektronischen Bauelemente angeordnet sind, kann auch als Oberseite bezeichnet werden. Die andere Seite der Leiterplatte, auf welcher die übrigen Abschnitte der Kontaktstifte angeordnet sind und das Schallwandlerelement kontaktieren, kann auch als Unterseite bezeichnet werden.The side of the circuit board on which the metallic hood, the ends of the contact pins passing through the circuit board and, according to the present embodiment, also the electronic components are arranged, can also be referred to as the top side. The other side of the circuit board, on which the remaining sections of the contact pins are arranged and contact the sound transducer element, can also be referred to as the underside.

Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich beispielsweise um einen Kondensator, eine Spule, einen Transistor, einen Operationsverstärker, einen Prozessor, einen ASIC und dergleichen handeln.The electronic components can be, for example, a capacitor, a coil, a transistor, an operational amplifier, a processor, an ASIC and the like.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Innenraum in dem Kunststoffgehäuse mindestens auf derselben Seite der Leiterplatte wie die metallische Haube nicht vergossen.According to a further embodiment, an interior space in the plastic housing is not cast at least on the same side of the circuit board as the metallic hood.

Der Innenraum kann auf der Oberseite der Leiterplatte, insoweit sie nicht von der metallischen Haube oder den Bauelementen belegt ist, insbesondere ein Freiraum, das heißt ein nicht verfüllter Raum, sein.The interior space can be, in particular, a free space, i.e. a space that is not filled, on the top side of the circuit board, as long as it is not occupied by the metallic hood or the components.

Demgemäß kann das Gewicht des Ultraschallsensors reduziert sein, der Ultraschallsensor kann weniger steif sein und Materialbrüche werden vorteilhafterweise weniger wahrscheinlich. Gleichzeitig wird durch die metallische Haube dennoch eine vorzügliche Dämpfung gegen elektrische Felder bereitgestellt.Accordingly, the weight of the ultrasonic sensor may be reduced, the ultrasonic sensor may be less rigid, and material fractures advantageously become less likely. At the same time, the metallic hood still provides excellent attenuation against electrical fields.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Leiterplatte auf einem Vorsprung des Kunststoffgehäuses aufsitzend gelagert.According to a further embodiment, the circuit board is mounted on a projection of the plastic housing.

Die aufsitzende Lagerung auf dem Vorsprung des Gehäuses bietet vorteilhafterweise Stabilität und Vibrationsfestigkeit.The seated bearing on the projection of the housing advantageously offers stability and vibration resistance.

Der Vorsprung des Kunststoffgehäuses ist insbesondere ein nach innen auskragender Vorsprung sein. Der Vorsprung kann ringförmig bzw. umlaufend ausgebildet sein. Der Vorsprung kann insbesondere in der Nähe des Membrantopfes ausgebildet sein, wo sich ein Hauptabschnitt des Kunststoffgehäuses zu der Öffnung verengt, in die der Membrantopf eingesetzt ist. Eine aufsitzende Lagerung auf einem derartigen Vorsprung kann insbesondere erst dadurch ermöglicht sein, dass vorteilhafterweise die Bauelemente auf der Oberseite der Leiterplatte angeordnet sind. Dies wiederum kann insbesondere dadurch ermöglicht sein, dass die metallische Haube eine Schirmung gegen elektrische Störfelder bereitstellt, die mit herkömmlichen Lösungen bei auf der Oberseite angeordneten Bauelementen bisher nicht bereitgestellt werden konnte.The projection of the plastic housing is in particular an inwardly projecting projection. The projection can be annular or circumferential. The projection can be formed in particular in the vicinity of the membrane pot, where a main section of the plastic housing narrows to the opening into which the membrane pot is inserted. A seated mounting on such a projection can only be made possible in particular by advantageously arranging the components on the top side of the circuit board. This in turn can be made possible in particular by the metallic hood providing shielding against electrical interference fields, which previously could not be provided with conventional solutions for components arranged on the top.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die metallische Haube vier senkrecht zu der Leiterplatte verlaufende Wände und eine parallel zu der Leiterplatte und über den Enden der Kontaktstifte verlaufende Wand auf.According to a further embodiment, the metallic hood has four walls that run perpendicular to the circuit board and a wall that runs parallel to the circuit board and above the ends of the contact pins.

Anders ausgedrückt ist die metallische Haube insbesondere eine quaderförmige oder würfelförmige Haube. Eine solche Haube lässt sich vorteilhaft besonders einfach herstellen. Sie lässt sich zudem besonders vorteilhaft an drei Kanten, an denen sie senkrecht auf der Leiterplatte steht, vibrationsfest an der Leiterplatte befestigen und kann eine vorteilhaft hohe Steifigkeit aufweisen.In other words, the metallic hood is in particular a cuboid or cube-shaped hood. Such a hood can advantageously be manufactured particularly easily. It can also be particularly advantageously attached to the circuit board in a vibration-proof manner at three edges where it is perpendicular to the circuit board and can have an advantageously high level of rigidity.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine äußere Wand der metallischen Haube bei einem Rand der Leiterplatte angeordnet, und eine durchgängig mit der äußeren Wand ausgebildete Lasche verläuft an dem Rand der Leiterplatte vorbei auf den Membrantopf zu.According to a further embodiment, an outer wall of the metallic hood is arranged at an edge of the circuit board, and a tab formed continuously with the outer wall runs past the edge of the circuit board towards the membrane pot.

Somit kann vorteilhafterweise auch ein Abschnitt der Kontaktstifte auf der Unterseite der Leiterplatte zwischen der Leiterplatte und dem Membrantopf von der Lasche mit abgeschirmt und die Schirmwirkung weiter verbessert werden.This means that a section of the contact pins on the underside of the circuit board between the circuit board and the membrane cup can also advantageously be shielded by the tab and the shielding effect can be further improved.

„Bei einem Rand angeordnet“ kann insbesondere bedeuten, dass die äußere Wand derart angeordnet ist, dass die von der äußeren Wand auf den Membrantopf zu verlaufende Lasche den Rand der Leiterplatte berührt.“Arranged at an edge” can mean in particular that the outer wall is arranged in such a way that the tab running from the outer wall towards the membrane pot touches the edge of the circuit board.

Die Lasche und die äußere Wand können insbesondere einteilig ausgebildet sein. Die metallische Haube kann als Ganzes einteilig ausgebildet sein, wobei die Lasche und die äußere Wand Abschnitte der einteiligen metallischen Haube sind. Die äußere Wand kann eine der senkrecht zu der Leiterplatte verlaufenden Wände sein.The tab and the outer wall can in particular be formed in one piece. The metallic hood can be formed as a whole in one piece, with the tab and the outer wall being sections of the one-piece metallic hood. The outer wall may be one of the walls perpendicular to the circuit board.

Die Lasche verläuft mindestens in eine Richtung auf den Membrantopf zu. Besonders vorzugsweise teilhafterweise verläuft die Lasche bis zu dem Membrantopf oder bis zu einem Niveau des Membrantopfes.The tab runs at least in one direction towards the membrane pot. Particularly preferably, the tab extends up to the membrane pot or up to a level of the membrane pot.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft die Lasche parallel zu einer durch die beiden Kontaktstifte gebildeten Ebene und ist so breit wie oder breiter als ein Abstand zwischen den beiden Kontaktstiften.According to a further embodiment, the tab runs parallel to a plane formed by the two contact pins and is as wide as or wider than a distance between the two contact pins.

Somit wird vorteilhafterweise eine von den beiden Kontaktstifte ausgebildete Kapazität in einem Abschnitt der Kontaktstifte, der entlang der Lasche verläuft, durch die Lasche abgeschirmt.Thus, a capacitance formed by the two contact pins is advantageously shielded by the tab in a section of the contact pins that runs along the tab.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die metallische Haube mit der Leiterplatte kontaktiert und geerdet.According to a further embodiment, the metallic hood is contacted with the circuit board and grounded.

Demgemäß kann vorteilhafterweise eine Erdung der metallischen Haube über eine Leiterbahn der Leiterplatte bereitgestellt werden. Die Leiterplatte kann neben den zwei Kontaktstiften, die der Kontaktierung des Schallwandlerelements dienen, auf weitere Kontaktstifte aufgepresst sein, die das Innere des Kunststoffgehäuses mit einem Äußeren des Kunststoffgehäuses verbinden. Auf diese Weise kann eine Fahrzeugmasse zur Erdung der metallischen Haube in den Ultraschallsensor und zu der metallischen Haube geführt werden.Accordingly, grounding of the metallic hood can advantageously be provided via a conductor track of the circuit board. In addition to the two contact pins that serve to contact the sound transducer element, the circuit board can be pressed onto further contact pins that connect the interior of the plastic housing with an exterior of the plastic housing. In this way, a vehicle ground for grounding the metal hood can be routed into the ultrasonic sensor and to the metal hood.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die metallische Haube mittels eines durchgängig mit einer der Wände der metallischen Haube ausgebildeten Federstifts mit der Leiterplatte kontaktiert, der in eine Durchkontaktierung der Leiterplatte eingepresst ist.According to a further embodiment, the metallic hood is contacted with the circuit board by means of a spring pin which is formed continuously with one of the walls of the metallic hood and which is pressed into a through-hole in the circuit board.

Es ist demgemäß vorteilhafterweise möglich, die metallische Haube beim Zusammenbau des Ultraschallsensors auf besonders einfache Weise in die Durchkontaktierungen der Leiterplatte einzupressen, woraufhin der Federstift aufgrund der Rückstellkraft nach dem Einpressen einen stabilen Sitz einnimmt. Somit kann die gesamte Metallhaube vorteilhafterweise auf einfache Weise vibrationsfest und stabil auf der Leiterplatte montiert werden.It is therefore advantageously possible to press the metallic hood into the plated-through holes of the circuit board in a particularly simple manner when assembling the ultrasonic sensor, whereupon the spring pin assumes a stable seat due to the restoring force after being pressed in. The entire metal hood can thus advantageously be mounted on the circuit board in a simple, vibration-proof and stable manner.

Vorzugsweise ist mehr als eine Wand der metallischen Haube mit einem jeweiligen Federstift versehen; besonders vorzugsweise sind mindestens drei der vier senkrecht zu der Leiterplatte verlaufende Wände, die senkrecht auf der Leiterplatte stehen, mit einem jeweiligen Federstift versehen.Preferably, more than one wall of the metallic hood is provided with a respective spring pin; Particularly preferably, at least three of the four walls that run perpendicular to the circuit board and stand vertically on the circuit board are provided with a respective spring pin.

Der Federstift kann insbesondere einteilig mit der metallischen Haube ausgebildet sein.The spring pin can in particular be formed in one piece with the metallic hood.

Die Durchkontaktierung kann auch als Kontaktloch oder Via bezeichnet werden. Sie kann isnbesondere eine metallisierte, beispielsweise verzinnte, Innenfläche aufweisen, die auf Masse gelegt ist und mit dem Federstift in Kontakt ist, wenn dieser in die Durchkontaktierung eingepresst ist.The through-hole can also be referred to as a contact hole or via. In particular, it can have a metallized, for example tin-plated, inner surface that is grounded and is in contact with the spring pin when it is pressed into the plated-through hole.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Federstift als eine ein Langloch umschließende Öse ausgebildet.According to a further embodiment, the spring pin is designed as an eyelet enclosing an elongated hole.

Demgemäß kann der Federstift besonders einfach einteilig mit dem Rest der Metallhaube ausgebildet werden, beispielsweise durch Stanzen aus einem metallischen Blech.Accordingly, the spring pin can be particularly easily formed in one piece with the rest of the metal hood, for example by punching from a metallic sheet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die metallische Haube aus Kupfer- oder Messingblech mit einer Blechdicke zwischen 0,2 und 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm, hergestellt.According to a further embodiment, the metallic hood is made of copper or brass sheet with a sheet thickness between 0.2 and 0.4 mm, preferably 0.3 mm.

Demgemäß werden elektrische Wirbelströme mit einer Frequenz im Arbeitsbereich des Ultraschallsensors optimal und gleichzeitig mit dem mindestnotwendigen Materialaufwand gedämpft. So beträgt beispielsweise eine Eindringtiefe eines elektrischen Wirbelstroms mit einer Frequenz von 50 kHz in Kupfer ca. 0,3 mm.Accordingly, electrical eddy currents with a frequency in the working range of the ultrasonic sensor are optimally dampened and at the same time with the minimum amount of material required. For example, the penetration depth of an electrical eddy current with a frequency of 50 kHz in copper is approximately 0.3 mm.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die metallische Haube einteilig aus dem Kupfer- oder Messingblech gestanzt und gefaltet.According to a further embodiment, the metallic hood is punched and folded in one piece from the copper or brass sheet.

Demgemäß ist ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren möglich.Accordingly, a simple and cost-effective manufacturing process is possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Membrantopf ein metallischer Membrantopf, der nicht hochohmig mit Masse verbunden ist.According to a further embodiment, the membrane pot is a metallic membrane pot that is not connected to ground with a high resistance.

Demgemäß ist der Membrantopf geerdet und kann vorteilhafterweise ebenfalls eine Schirmwirkung gegen elektromagnetische Störfelder entfalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, in der die metallische Haube außerdem die Lasche aufweist, die bis zu dem Membrantopf verläuft, kann somit ein gesamter Strompfad der noch nicht verstärkten Rohsignale des Schallwandlerelements von dem metallischen Element über die Kontaktstifte bis zu der Treiberschaltung durch das Zusammenspiel von metallischem Membrantopf, metallischer Haube und deren Wände und deren Lasche gegen elektrische Störfelder abgeschirmt werden.Accordingly, the membrane pot is grounded and can advantageously also have a shielding effect against electromagnetic interference fields. In a particularly preferred embodiment, in which the metallic hood also has the tab that extends to the membrane pot, an entire current path of the not yet amplified raw signals of the sound transducer element can be created from the metallic element via the contact pins to the driver circuit through the interaction of metallic membrane pot, metallic hood and its walls and its tab are shielded against electrical interference fields.

Der Membrantopf kann beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein. Alternativ hierzu kann der Membrantopf aus einem nichtmetallischen Material hergestellt sein und mindestens eine metallische Beschichtung aufweisen; auch ein solcher Membrantopf gilt als metallischer Membrantopf im Sinne der vorliegenden Ausführungsform.The membrane pot can be made of aluminum, for example. Alternatively, the membrane pot can be made of a non-metallic material and have at least one metallic coating; Such a membrane pot is also considered a metallic membrane pot in the sense of the present embodiment.

Unter „geerdet“ ist insbesondere eine mindestens nicht hochohmige Verbindung mit einer Masse zu verstehen. Unter „nicht hochohmig“ ist insbesondere ein Widerstand zu Masse von weniger als 1000 Ohm, vorzugsweise weniger als 800 Ohm, besonders vorzugsweise weniger als 600 Ohm zu verstehen.“Grounded” means, in particular, a connection to a ground that is at least not high-resistance. “Not high-resistance” is understood to mean, in particular, a resistance to ground of less than 1000 ohms, preferably less than 800 ohms, particularly preferably less than 600 ohms.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen des ersten Aspekts vorgeschlagen. According to a further aspect, a motor vehicle with an ultrasonic sensor according to the first aspect or one of the embodiments of the first aspect is proposed.

Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Automobil oder ein Personenkraftwagen oder auch ein Lastkraftwagen sein.The motor vehicle can be, for example, an automobile or a passenger car or even a truck.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors angegeben. Das Verfahren umfasst: Einpressen zweier Kontaktstifte in ein Kunststoffgehäuse; Einsetzen eines Membrantopfs mit einer Ultraschallmembran und einem an der Ultraschallmembran von innen angebrachten Schallwandlerelement zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran in eine Öffnung des Kunststoffgehäuses; Kontaktieren der Kontaktstifte mit dem Schallwandlerelement; Aufpressen einer Leiterplatte, auf der eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Schallwandlerelements montiert ist, auf Enden der Kontaktstifte dergestalt, dass die Enden durch die Leiterplatte hindurchtreten; Herstellen einer metallischen Haube durch Ausstanzen eines Rohlings aus einem Kupfer- oder Metallblech und Falten des Rohlings; und Montieren der metallischen Haube auf die Leiterplatte dergestalt, dass die metallische Haube gemeinsam mit der Leiterplatte die durch die Leiterplatte hindurchtretenden Enden der Kontaktstifte allseitig umgibt und schirmt.According to a third aspect, a method for producing an ultrasonic sensor is specified. The method includes: pressing two contact pins into a plastic housing; Insertion of a membrane pot with an ultrasonic membrane and a sound transducer element attached to the ultrasonic membrane from the inside for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane into an opening in the plastic housing; Contacting the contact pins with the sound transducer element; Pressing a circuit board on which a driver circuit for driving the sound transducer element is mounted onto ends of the contact pins in such a way that the ends pass through the circuit board; Making a metallic hood by punching out a blank from a sheet of copper or metal and folding the blank; and mounting the metallic hood on the circuit board in such a way that the metallic hood, together with the circuit board, surrounds and shields on all sides the ends of the contact pins passing through the circuit board.

Die für den vorgeschlagenen Ultraschallsensor beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Kraftfahrzeug und das vorgeschlagene Herstellungsverfahren entsprechend.The embodiments and features described for the proposed ultrasonic sensor apply accordingly to the proposed motor vehicle and the proposed manufacturing method.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt einen Ultraschallsensor gemäß Ausführungsbeispielen;
  • 2 zeigt ein Kraftfahrzeug gemäß Ausführungsbeispielen;
  • 3A-D zeigen mögliche elektrische Störfelder;
  • 4 zeigt einen Schnitt A-A in 1 eines Ultraschallsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5 zeigt einen Schnitt B-B in 4;
  • 6 zeigt einen Schnitt A-A in 1 eines Ultraschallsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 7 zeigt einen Schnitt B-B in den 6, 8;
  • 8 zeigt einen Schnitt C-C in den 6, 7;
  • 9 zeigt einen Rohling gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
  • 10 zeigt ein Herstellungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Further advantageous refinements and aspects of the invention are the subject of the subclaims and the exemplary embodiments of the invention described below. The invention is further explained in more detail using preferred embodiments with reference to the accompanying figures.
  • 1 shows an ultrasonic sensor according to exemplary embodiments;
  • 2 shows a motor vehicle according to exemplary embodiments;
  • 3A -D show possible electrical interference fields;
  • 4 shows a section AA in 1 an ultrasonic sensor according to a first exemplary embodiment;
  • 5 shows a cut BB in 4 ;
  • 6 shows a section AA in 1 an ultrasonic sensor according to a second exemplary embodiment;
  • 7 shows a cut BB in the 6 , 8th ;
  • 8th shows a section CC in the 6 , 7 ;
  • 9 shows a blank according to the second exemplary embodiment; and
  • 10 shows a manufacturing method according to a third exemplary embodiment.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.In the figures, identical or functionally identical elements have been given the same reference numbers unless otherwise stated.

1 zeigt einen Ultraschallsensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen. Der Ultraschallsensor weist ein Gehäuse 2 aus Kunststoff und einen in eine (in 1 nicht dargestellte) Öffnung des Gehäuses 2 eingesetzten metallischen Membrantopf 7 mit einer Ultraschallmembran 8 auf. Das Gehäuse weist einen Korpus 3, einen Überwurfring 4, einen Deckel 5 und einen Erweiterungsabschnitt 6 auf. Der Überwurfring 4 hält den Membrantopf 7 an dem Korpus 3 des Gehäuses 2. Der Deckel 5 wird nach der Montage der nachstehend näher beschriebenen Komponenten in einem Innenraum des Gehäuses 2 auf den Korpus 3 aufgesetzt. Der Überwurfring 4, der Deckel 2 und der Erweiterungsabschnitt 6 können beispielsweise durch Ultraschallschweißen an den Korpus 3 gefügt sein. 1 shows an ultrasonic sensor 100 according to exemplary embodiments. The ultrasonic sensor has a housing 2 made of plastic and a (in 1 (not shown) opening of the housing 2 inserted metallic membrane pot 7 with an ultrasonic membrane 8. The housing has a body 3, a union ring 4, a cover 5 and an extension section 6. The union ring 4 holds the membrane pot 7 on the body 3 of the housing 2. The cover 5 is placed on the body 3 in an interior of the housing 2 after the components described in more detail have been assembled. The union ring 4, the lid 2 and the extension section 6 can be joined to the body 3, for example by ultrasonic welding.

Der Ultraschallsensor 100 ist dazu eingerichtet, durch Ansteuern der Ultraschallmembran 8 Ultraschallsignale auszusenden, wobei eine zentrale Richtung einer ausgestrahlten Ultraschallsignalkeule mit einer Axialrichtung 13 des Membrantopfs 7 zusammenfällt. Hierbei dient die Ultraschallmembran 8 als „Lautsprecher“. Der Ultraschallsensor 100 ist ferner dazu eingerichtet, beispielsweise aus einem Umfeld eines Kraftfahrzeugs 1 (2) reflektierte Ultraschallsignale zu empfangen. Hierbei dient die Ultraschallmembran 8 als „Mikrofon“. Signale zum Ansteuern der Ultraschallmembran 8 sowie von der Ultraschallmembran 8 gelieferte Empfangssignale werden durch (nicht dargestellte) Signalleitungen durch den Erweiterungsabschnitt 6 aus dem Gehäuse 2 des Ultraschallsensors 100 herausgeführt.The ultrasonic sensor 100 is set up to emit ultrasonic signals by controlling the ultrasonic membrane 8, with a central direction of an emitted ultrasonic signal lobe coinciding with an axial direction 13 of the membrane pot 7. The ultrasonic membrane 8 serves as a “loudspeaker”. The ultrasonic sensor 100 is also set up to, for example, from the environment of a motor vehicle 1 ( 2 ) to receive reflected ultrasound signals. The ultrasonic membrane 8 serves as a “microphone”. Signals for controlling the ultrasonic membrane 8 as well as received signals supplied by the ultrasonic membrane 8 are led out of the housing 2 of the ultrasonic sensor 100 through signal lines (not shown) through the extension section 6.

2 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß Ausführungsbeispielen. Das Kraftfahrzeug 1 weist mehrere der Ultraschallsensoren 100 auf. Ein erster Ultraschallsensor 101 ist in einem Frontstoßfänger 52 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Drei Ultraschallsensoren 102, 103, 104 sind in einem Seitenschweller 9 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Ein Ultraschallsensor 105 ist in einem Heckstoßfänger 10 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. 2 shows a motor vehicle 1 according to exemplary embodiments. The motor vehicle 1 has several of the ultrasonic sensors 100. A first ultrasonic sensor 101 is arranged in a front bumper 52 of the motor vehicle 1. Three ultrasonic sensors 102, 103, 104 are arranged in a side sill 9 of the motor vehicle 1. An ultrasonic sensor 105 is arranged in a rear bumper 10 of the motor vehicle 1.

In dem Frontstoßfänger 52 des Kraftfahrzeugs 1 ist beispielsweise außerdem in unmittelbarer Nähe des Ultraschallsensors 101 eine Leitung 11 eines Local Instrumentation Network, LIN, angeordnet. LIN ist ein einfacher Standard für datenbasierte Fahrzeugbordnetze und wird beispielsweise für Regensensoren, Wischermotoren, Spritzvorrichtungen und dergleichen verwendet. Die Signale eines LIN sind rechteckig mit einem Hub von 12 V und weisen eine Anstiegsrate von 2 V / µs auf. Ein LIN arbeitet mit einer Frequenz von 19 kHz. Eine harmonische Oberschwingung davon liegt bei dem Dreifachen, d. h. 57 kHz, und damit in einem Bereich, in dem auch der Ultraschallsensor 101 akustische Ultraschallsignale aussendet und empfängt. Innerhalb des Ultraschallsensors 101 werden, wie später anhand von 4 und 5 erläutert, von einem Schallwandlerelement 25 (5) elektrische Signale erzeugt, die den akustischen Ultraschallsignalen entsprechen. Somit stellen elektrische Felder, die von der Leitung 11 des LIN erzeugt, werden, potentielle Störfelder für den Ultraschallsensor 101 dar. Beispielsweise könnte der Ultraschallsensor 101 fälschlich den Empfang eines Ultraschallechos signalisieren, obwohl tatsächlich lediglich ein Störfeld von einem Signal auf der Leitung 11 den Ultraschallsensor 101 gestört hat. Man spricht hier von „Geisterechos“.In the front bumper 52 of the motor vehicle 1, for example, a line 11 of a local instrumentation network, LIN, is also arranged in the immediate vicinity of the ultrasonic sensor 101. LIN is a simple standard for data-based vehicle electrical systems and is used, for example, for rain sensors, wiper motors, spray devices and the like. The signals of one LIN are rectangular with a swing of 12V and have a slew rate of 2V/µs. A LIN operates at a frequency of 19 kHz. A harmonic harmonic of this is three times this, ie 57 kHz, and thus in a range in which the ultrasonic sensor 101 also emits and receives acoustic ultrasonic signals. Within the ultrasonic sensor 101, as will be seen later using 4 and 5 explained, from a sound transducer element 25 ( 5 ) generates electrical signals that correspond to the acoustic ultrasound signals. Electric fields generated by the line 11 of the LIN therefore represent potential interference fields for the ultrasonic sensor 101. For example, the ultrasonic sensor 101 could falsely signal the reception of an ultrasonic echo, although in fact there is only an interference field from a signal on the line 11 of the ultrasonic sensor 101 disturbed. One speaks here of “ghost echoes”.

Dieses Problem ist im Frontstoßfänger 52 des Kraftfahrzeugs 1 besonders ausgeprägt, da hier ein erforderlicher Mindestabstand zwischen Ultraschallsensor 101 und Leitung 11 aufgrund begrenzter Platzverhältnisse möglicherweise nicht eingehalten werden kann.This problem is particularly pronounced in the front bumper 52 of the motor vehicle 1, since a required minimum distance between ultrasonic sensor 101 and line 11 may not be maintained here due to limited space.

In 3A-D sind mögliche relative räumliche Anordnungen von Ultraschallsensor 101 und Leitung 11 gezeigt. Mit Pfeilen ist der Verlauf von Feldlinien eines elektrischen Störfelds angegeben. Wie in 3A-D zu sehen, wirkt das elektrische Störfeld vor allem von links und von oben auf den Ultraschallsensor 101 ein.In 3A -D possible relative spatial arrangements of ultrasonic sensor 101 and line 11 are shown. The course of field lines of an electrical interference field is indicated by arrows. As in 3A -D, the electrical interference field primarily affects the ultrasonic sensor 101 from the left and from above.

4 zeigt einen Schnitt A-A in 1 des Ultraschallsensors 100 bei Ausgestaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und 5 zeigt einen Schnitt B-B in 4. Im Weiteren wird auf 4 und 5 Bezug genommen. Eine Richtungsangabe „nach unten“ und eine Ortsangabe „unten“ beziehen sich im Folgenden hierbei auf eine Richtung entlang der Axialrichtung 13 nach unten in 5 bzw. in die Blattebene hinein in 4. Eine Richtungsangabe „nach oben“ und eine Ortsangabe „oben“ beziehen sich im Folgenden auf eine Richtung entgegen der Axialrichtung 13 nach oben in 5 bzw. aus der Blattebene heraus in 4. 4 shows a section AA in 1 the ultrasonic sensor 100 when designed according to a first exemplary embodiment, and 5 shows a cut BB in 4 . Further on 4 and 5 Referenced. In the following, a direction indication “downward” and a location indication “downward” refer to a direction along the axial direction 13 downwards 5 or into the leaf plane 4 . A direction indication “upwards” and a location indication “upwards” refer below to a direction opposite to the axial direction 13 upwards 5 or from the leaf level into 4 .

Wie in 5 zu sehen, ist der Membrantopf 7 auf eine Kante 11 des nach unten offenen Korpus 3 aufgesetzt. Der Überwurfring 4 ist auf den Membrantopf 7 und den Korpus 3 aufgesetzt. Demgemäß ist der Membrantopf 7 in eine Öffnung 12 des durch Korpus 3 und Überwurfring 4 gebildeten Gehäuses 2 eingesetzt.As in 5 As can be seen, the membrane pot 7 is placed on an edge 11 of the body 3, which is open at the bottom. The union ring 4 is placed on the membrane pot 7 and the body 3. Accordingly, the membrane pot 7 is inserted into an opening 12 of the housing 2 formed by the body 3 and the union ring 4.

In einem Innenraum 14 des Gehäuses 2 ist eine Leiterplatte 16 angeordnet. Auf der Leiterplatte 16 sind elektronische Bauelemente 17, 18 einer Treiberschaltung 19 angeordnet. Die Treiberschaltung 19 kann weiterhin nicht gezeigte Leiterbahnen umfassen, die auf oder in der Leiterplatte 16 verlaufen.A circuit board 16 is arranged in an interior 14 of the housing 2. Electronic components 17, 18 of a driver circuit 19 are arranged on the circuit board 16. The driver circuit 19 can also include conductor tracks, not shown, which run on or in the circuit board 16.

In dem Korpus 3 des Gehäuses 2 sind mehrere erste Kontaktstifte 20, 21 verpresst. Ferner sind in dem Korpus 3 und dem Erweiterungsabschnitt 5 des Gehäuses 6 mehrere zweite Kontaktstifte 22, 23, 24 verpresst.Several first contact pins 20, 21 are pressed into the body 3 of the housing 2. Furthermore, several second contact pins 22, 23, 24 are pressed into the body 3 and the extension section 5 of the housing 6.

Die ersten Kontaktstifte 20, 21 dienen der Kontaktierung der Treiberschaltung 19 mit einem an einer Innenseite der Ultraschallmembran 8 angeordneten Piezoelement 25. Untere Enden der ersten Kontaktstifte 19, 20 sind indirekt über jeweilige lose, nicht unter Spannung stehende, Feindrähte 26 mit dem Piezoelement 25 kontaktiert. Ein unterer Bereich 28 des Innenraums 14 im Bereich der losen Drähte 26 kann mit einem Schaum verfüllt sein. So wird eine vorteilhafte Schwingungsentkopplung zwischen der Ultraschallmembran 8 mit dem Piezoelement 25 einerseits und dem Gehäuse 3 und der Leiterplatte 16 andererseits erzielt.The first contact pins 20, 21 are used to contact the driver circuit 19 with a piezo element 25 arranged on the inside of the ultrasonic membrane 8. Lower ends of the first contact pins 19, 20 are indirectly contacted with the piezo element 25 via respective loose, non-tensioned fine wires 26 . A lower area 28 of the interior 14 in the area of the loose wires 26 can be filled with foam. In this way, an advantageous vibration decoupling is achieved between the ultrasonic membrane 8 with the piezo element 25 on the one hand and the housing 3 and the circuit board 16 on the other hand.

Die zweiten Kontaktstifte 22, 23, 24 dienen der Kontaktierung der Treiberschaltung 19 mit (nicht gezeigten) Leitungen, die durch den Erweiterungsabschnitt 6 aus dem Ultraschallsensor 100 herausführen und beispielsweise mit einem (nicht gezeigten) Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 (2) verbindbar sind.The second contact pins 22, 23, 24 serve to contact the driver circuit 19 with lines (not shown) that lead out of the ultrasonic sensor 100 through the extension section 6 and, for example, with a control unit (not shown) of the motor vehicle 1 ( 2 ) can be connected.

Die Leiterplatte 16 weist mehrere Durchkontaktierungen 29-33 auf. Die Leiterplatte ist auf obere Enden 35, 36 der Kontaktstifte 20-24 aufgepresst, so dass die oberen Enden 35, 36 der Kontaktstifte 20-24 durch die Durchkontaktierungen 29-33 der Leiterplatte 16 hindurchtreten. Auf diese Weise sind die Kontaktstifte 20-24 mit der Treiberschaltung 19 kontaktiert. Gleichzeitig ergibt sich somit ein fester Sitz der Leiterplatte 16 auf den Kontaktstiften 20-24.The circuit board 16 has several plated-through holes 29-33. The circuit board is pressed onto upper ends 35, 36 of the contact pins 20-24, so that the upper ends 35, 36 of the contact pins 20-24 pass through the plated-through holes 29-33 of the circuit board 16. In this way, the contact pins 20-24 are contacted with the driver circuit 19. At the same time, this results in a tight fit of the circuit board 16 on the contact pins 20-24.

Zudem ist die Leiterplatte 16 besonders vorzugsweise auf einem umlaufenden und nach innen auskragenden Vorsprung 15 des Gehäuses 2 aufsitzend gelagert. Eine Auflagerung auf dem weit unten angeordneten Vorsprung 15 wird dadurch ermöglicht, dass die Bauelemente 17, 18 der Treiberschaltung 19 auf der Oberseite der Leiterplatte 16, also auf der gleichen Seite wie die durch die Leiterplatte 16 hindurchtretenden oberen Enden 35, 36 der Kontaktstifte 20-24 angeordnet sind. Somit ist die Leiterplatte 16 vorteilhafterweise stabil und fest, insbesondere vibrationsfest, in dem Gehäuse 2 verpresst und gelagert.In addition, the circuit board 16 is particularly preferably mounted on a circumferential and inwardly projecting projection 15 of the housing 2. A support on the projection 15 arranged far below is made possible by the components 17, 18 of the driver circuit 19 being on the top side of the circuit board 16, i.e. on the same side as the upper ends 35, 36 of the contact pins 20 passing through the circuit board 16. 24 are arranged. Thus, the circuit board 16 is advantageously stable and fixed, in particular vibration-proof, pressed and stored in the housing 2.

Im Betrieb wird die Treiberschaltung 19 über die Kontaktstifte 22, 23, 24 und die nicht gezeigten Leitungen von dem nicht gezeigten Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 (2) angesteuert. Die Treiberschaltung generiert ein geeignetes elektrischen Ansteuersignal für das Piezoelement 25 und überträgt dieses über die Kontaktstifte 20, 21 und die losen Feindrähte 26 an das Piezoelement 25. In Reaktion auf das Ansteuersignal regt das Piezoelement 25 die Ultraschallmembran 8 des Membrantopfs 7 zu Schwingungen an, wodurch ein akustisches Ultraschallsignal in der Axialrichtung 13 ausgesendet wird. Wenn dieses Ultraschallsignal in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 (2) zurück zu der Ultraschallmembran 8 reflektiert wird, wird diese zu Schwingungen angeregt. Das Piezoelement 25 erfasst die Schwingungen der Ultraschallmembran 8 und sendet ein elektrisches Empfangssignal, welches für das empfangene Ultraschallsignal indikativ ist, über die losen Feindrähte 26 und die Kontaktstifte 20, 21 an die Treiberschaltung 19. Die Treiberschaltung 19 verstärkt das Empfangssignal und sendet es über die Kontaktstifte 22, 23, 24 und die nicht gezeigten Leitungen an das nicht gezeigte Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 (2). Das nicht gezeigte Steuergerät kann anhand einer Laufzeitdifferenz zwischen Aussenden des Ultraschallsignals und Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals beispielsweise einen Abstand zu einem Hindernis in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 (2) bestimmen.During operation, the driver circuit 19 is controlled by the control unit, not shown, via the contact pins 22, 23, 24 and the lines (not shown). Motor vehicle 1 ( 2 ) controlled. The driver circuit generates a suitable electrical control signal for the piezo element 25 and transmits this to the piezo element 25 via the contact pins 20, 21 and the loose fine wires 26. In response to the control signal, the piezo element 25 excites the ultrasonic membrane 8 of the membrane pot 7 to oscillate, whereby an acoustic ultrasonic signal is emitted in the axial direction 13. If this ultrasonic signal is in the vicinity of the motor vehicle 1 ( 2 ) is reflected back to the ultrasonic membrane 8, this is excited to oscillate. The piezo element 25 detects the vibrations of the ultrasonic membrane 8 and sends an electrical reception signal, which is indicative of the received ultrasonic signal, to the driver circuit 19 via the loose fine wires 26 and the contact pins 20, 21. The driver circuit 19 amplifies the reception signal and sends it via the Contact pins 22, 23, 24 and the lines, not shown, to the control unit, not shown, of the motor vehicle 1 ( 2 ). The control device, not shown, can, for example, determine a distance to an obstacle in the surroundings of the motor vehicle 1 ( 2 ) determine.

Hierbei ist zu beachten, dass über die Kontaktstifte 20, 21 und die Feindrähte 26, 27 ein nicht verstärktes und daher sehr schwaches elektrisches Empfangssignal von dem Piezoelement 25 zu der Treiberschaltung 19 übertragen wird. Dieses Empfangssignal ist besonders anfällig für elektrische und magnetische Störfelder.It should be noted here that a non-amplified and therefore very weak electrical received signal is transmitted from the piezo element 25 to the driver circuit 19 via the contact pins 20, 21 and the fine wires 26, 27. This received signal is particularly susceptible to electrical and magnetic interference fields.

Der Abstand zwischen den Kontaktstiften 20 und 21 ist daher, wie in 4 gezeigt, eng gewählt. Der Abstand zwischen den beiden Kontaktstiften 20, 21 beträgt beispielsweise nicht mehr als 5 mm, vorzugsweise nicht mehr als 3 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 1 mm. Auf diese Weise ist eine Induktivität einer von den Kontaktstiften 20, 21, der Leiterplatte 16 und dem Piezoelement 25 gebildeten Spule, über die ein magnetisches Störfeld einkoppeln könnte, gering.The distance between the contact pins 20 and 21 is therefore, as in 4 shown, chosen to be narrow. The distance between the two contact pins 20, 21 is, for example, not more than 5 mm, preferably not more than 3 mm, particularly preferably not more than 1 mm. In this way, an inductance of a coil formed by the contact pins 20, 21, the circuit board 16 and the piezo element 25, via which a magnetic interference field could couple, is low.

Des Weiteren ist der Membrantopf 7 aus einem Metall ausgebildet oder mit einer metallischen Beschichtung versehen und schirmt daher die losen Feindrähte 26 gegenüber elektrischen Störfeldern ab. Besonders vorzugsweise ist der Membrantopf 7 auch direkt oder zumindest nicht hochohmig, beispielsweise mit einem Widerstand von 600 Ohm bis 800 Ohm, jedenfalls mit einem Widerstand von kleiner als 1000 Ohm, auf Masse gelegt, um diese Schirmwirkung bestmöglich entfalten zu können. Hierzu kann beispielsweise eine nicht dargestellte, in dem Korpus 3 verlaufende Leitung verwendet werden, die den Membrantopf 2 mit einem der zweiten Kontaktstifte 22-24 verbindet.Furthermore, the membrane pot 7 is made of a metal or provided with a metallic coating and therefore shields the loose fine wires 26 from electrical interference fields. Particularly preferably, the membrane pot 7 is also connected to ground directly or at least not with high resistance, for example with a resistance of 600 ohms to 800 ohms, in any case with a resistance of less than 1000 ohms, in order to be able to develop this shielding effect in the best possible way. For this purpose, for example, a line (not shown) running in the body 3 can be used, which connects the membrane pot 2 to one of the second contact pins 22-24.

Auch die ersten Kontaktstifte 20, 21 werden in ihrem Verlauf einerseits von dem Membrantopf 7 und andererseits von der Leiterplatte 16 vergleichsweise gut geschirmt.The first contact pins 20, 21 are also comparatively well shielded along their course by the membrane pot 7 on the one hand and by the circuit board 16 on the other hand.

Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass elektrische Störfelder in den Signalweg vom Piezoelement 25 bis zu der Treiberschaltung 19 insbesondere an den durch die Leiterplatte 16 hindurchgetretenen und nach oben vorstehenden oberen Enden 35 der ersten Kontaktstifte 20, 21 einkoppeln.However, the inventors have recognized that electrical interference fields couple into the signal path from the piezo element 25 to the driver circuit 19, in particular at the upper ends 35 of the first contact pins 20, 21 which pass through the circuit board 16 and protrude upwards.

Daher ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf der Leiterplatte 16 eine metallische Haube 40 derart angeordnet, dass sie gemeinsam mit der Leiterplatte 16 die oberen Enden 35 der ersten Kontaktstifte 20, 21 allseitig umgibt und schirmt.Therefore, according to the first exemplary embodiment, a metallic hood 40 is arranged on the circuit board 16 in such a way that, together with the circuit board 16, it surrounds and shields the upper ends 35 of the first contact pins 20, 21 on all sides.

Experimente haben gezeigt, dass demgemäß ein Störeinfluss der in 3A-3D gezeigten elektrischen Felder signifikant reduziert werden. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt bei den in 3B und 3D gezeigten Konfigurationen, in denen das elektrische Störfeld von oben auf den Ultraschallsensor 100, 101 einwirkt.Experiments have shown that there is a disruptive influence of the in 3A-3D electric fields shown can be significantly reduced. This effect is particularly pronounced in the 3B and 3D configurations shown in which the electrical interference field acts on the ultrasonic sensor 100, 101 from above.

Die metallische Haube 40 umgibt und schirmt jedoch weder die oberen Enden 36 der zweiten Kontaktstifte 22-24 noch die Bauelemente 17, 18 der Treiberschaltung 19. Auch der grö-ßere Teil der nicht dargestellten Leiterbahnen auf der Leiterplatte 16 wird nicht von der metallischen Haube 40 bedeckt. Demgemäß kann die metallische Haube 40 vorteilhaft mit einer geringen Größe und einem geringen Gewicht ausgebildet werden. Die metallische Haube 40 lässt sich damit mit einfachen Mitteln, vergleichbar wie auch andere Bauelemente 17, 18, vibrationsfest auf der Leiterplatte 16 montieren und trägt kaum zu einem Gewichtsanstieg des Ultraschallsensors 100 dabei. Insbesondere ist bei einer derart kleinen metallischen Haube 40 besonders vorteilhafterweise kein Vergießen des Innenraums 14 des Ultraschallsensors 100 erforderlich, um Vibrationsfestigkeit zu erreichen.However, the metallic cover 40 surrounds and shields neither the upper ends 36 of the second contact pins 22-24 nor the components 17, 18 of the driver circuit 19. The majority of the conductor tracks (not shown) on the circuit board 16 are also not covered by the metallic cover 40. Accordingly, the metallic cover 40 can advantageously be designed with a small size and a low weight. The metallic cover 40 can thus be mounted on the circuit board 16 in a vibration-resistant manner using simple means, comparable to other components 17, 18, and hardly contributes to an increase in the weight of the ultrasonic sensor 100. In particular, with such a small metallic cover 40, it is particularly advantageous that no encapsulation of the interior 14 of the ultrasonic sensor 100 is required in order to achieve vibration resistance.

Die metallische Haube 40 kann insbesondere aus einem Kupfer- oder Messingblech hergestellt sein. Die Blechdicke ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass eine Eindringtiefe eines zu erwartenden elektrischen Störfelds im Wesentlichen ganz in dem Blech aufgenommen wird, das Blech jedoch nicht unnötig dick wird. Im Falle des anhand von 2 diskutierten LIN als Störquelle ist eine Blechdicke von 0,3 mm ausreichend. Vorzugsweise beträgt die Blechdicke wenigstens 0,2 und höchstens 0,4 mm.The metallic hood 40 can in particular be made from a copper or brass sheet. The sheet thickness is preferably set up in such a way that a penetration depth of an expected electrical interference field is essentially completely absorbed in the sheet, but the sheet does not become unnecessarily thick. In the case of based on 2 For the LIN discussed as a source of interference, a sheet thickness of 0.3 mm is sufficient. The sheet thickness is preferably at least 0.2 and at most 0.4 mm.

6 zeigt einen Schnitt A-A in 1 eines Ultraschallsensors 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 7 zeigt einen Schnitt B-B in den 6, 8, und 8 zeigt einen Schnitt C-C in den 6, 7. Im Weiteren wird auf die 6 bis 8 Bezug genommen. Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels, die den Merkmalen des ersten Ausführungsbeispiels gleichen, werden nicht erneut detailliert beschreiben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel wie folgt: 6 shows a section AA in 1 an ultrasonic sensor 100 according to a second exemplary embodiment, 7 shows a cut BB in the 6 , 8th , and 8th shows a section CC in the 6 , 7 . In the following we will refer to the 6 to 8 Referenced. Features of the second embodiment that are similar to the features of the first embodiment will not be described again in detail. The second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment as follows:

Die Leiterplatte 16 liegt nicht entlang ihres gesamten Umfangs bündig an einer Innenfläche 37 des Korpus 3 an. In einem Abschnitt links in 6, 7, der dem Erweiterungsabschnitt 6 des Gehäuses 2 gegenüberliegend angeordnet ist, ist eine Aussparung 38 in der Leiterplatte 16 ausgebildet. Die metallische Haube 40 ist an einem Rand 39 der Leiterplatte 16, der an die Aussparung 38 angrenzt, angeordnet und steht geringfügig in die Aussparung 38 vor.The circuit board 16 is not flush against an inner surface 37 of the body 3 along its entire circumference. In a section left in 6 , 7 , which is arranged opposite the extension section 6 of the housing 2, a recess 38 is formed in the circuit board 16. The metallic hood 40 is arranged on an edge 39 of the circuit board 16, which adjoins the recess 38, and protrudes slightly into the recess 38.

Der ringförmige auskragende Vorsprung 15 des Korpus 3 des Gehäuses 2, auf dem die Leiterplatte 16 aufsitzend gelagert ist, weist in einem Bereich der Aussparung 38 der Leiterplatte 16 ebenfalls eine Aussparung 47 auf.The annular projecting projection 15 of the body 3 of the housing 2, on which the circuit board 16 is mounted, also has a recess 47 in an area of the recess 38 of the circuit board 16.

Die metallische Haube 40 weist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem oberhalb der Leiterplatte 16 angeordneten Abschnitt eine Würfel- oder Quaderform mit vier senkrecht zu der Leiterplatte verlaufenden, vertikalen Wänden 41, 42, 43, 44 und einer parallel zu der Leiterplatte 16 über den Enden 35 der ersten Kontaktstifte 20, 21 verlaufenden, horizontalen Wand 45 auf. Hierbei ist eine äußere vertikale Wand 41 nahe bei dem Rand 39 der Leiterplatte 16 über der Aussparung 38 angeordnet. Wie insbes. in 7 zu sehen, verläuft eine durchgängig mit der äußeren vertikalen Wand 41 ausgebildete Lasche 46 von einem unteren Ende der vertikalen Wand 41 durch die Aussparung 38 der Leiterplatte 16 an dem Rand 39 der Leiterplatte 16 vorbei und durch die Aussparung 47 in dem nach innen auskragenden Vorsprung 15 des Gehäuses 2 nach unten auf den Membrantopf 7 zu. Die Lasche 46 verläuft, wie in 7, 8 zu sehen ist, parallel zu einer von den ersten Kontaktstiften 20, 21 gebildeten Ebene. Die Lasche 46 ist, wie in 8 zu sehen ist, nur wenig breiter als ein Abstand zwischen den ihrerseits parallel zueinander auf den Membrantopf 7 zu verlaufenden ersten Kontaktstiften 20, 21. Die Lasche 46 ist insbesondere nicht breiter als und vorzugsweise schmaler als die äußere Wand 41, deren Verlängerung sie darstellt.According to the second exemplary embodiment, the metallic hood 40 has a cube or cuboid shape in a section arranged above the circuit board 16 with four vertical walls 41, 42, 43, 44 running perpendicular to the circuit board and one parallel to the circuit board 16 above the ends 35 the first contact pins 20, 21 extending horizontal wall 45. Here, an outer vertical wall 41 is arranged close to the edge 39 of the circuit board 16 above the recess 38. Like esp. in 7 To see, a tab 46 formed continuously with the outer vertical wall 41 runs from a lower end of the vertical wall 41 through the recess 38 of the circuit board 16, past the edge 39 of the circuit board 16 and through the recess 47 in the inwardly projecting projection 15 of the housing 2 downwards towards the membrane pot 7. The tab 46 runs as in 7 , 8th can be seen, parallel to a plane formed by the first contact pins 20, 21. The tab 46 is, as in 8th can be seen, only slightly wider than a distance between the first contact pins 20, 21, which in turn run parallel to one another on the membrane pot 7. The tab 46 is in particular not wider than and preferably narrower than the outer wall 41, the extension of which it represents.

Mit der auf den Membrantopf 7 zu verlaufenden Lasche 46 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann vorteilhafterweise auch ein vertikaler Abschnitt der ersten Kontaktstifte 20, 21 zwischen der Leiterplatte 16 und dem Membrantopf 7 gegen elektrische Störfeldeinträge insbesondere von links in 7 (vgl. 3A und 3C) abgeschirmt werden.With the tab 46 extending towards the membrane pot 7 according to the second exemplary embodiment, a vertical section of the first contact pins 20, 21 between the circuit board 16 and the membrane pot 7 can advantageously be protected against electrical interference field entries, particularly from the left 7 (see. 3A and 3C ) must be shielded.

Wie in 7 gezeigt ist, weist eine innere vertikale Wand 42, die gegenüber der äußeren vertikalen Wand 41 angeordnet ist, zudem einen Federstift 48 auf. Der Federstift 48 ist in eine weitere Durchkontaktierung 34 der Leiterplatte 16 eingepresst und wird von einer Federkraft (Rückstellkraft) des Federstifts 48 stabil in der Durchkontaktierung 34 gehalten. Die Durchkontaktierung 34 kann eine verzinnte Innenoberfläche aufweisen, die auf Masse gelegt ist. Demgemäß ist die metallische Haube 40 über den Federstift 48 der inneren vertikalen Wand 42 mit der Leiterplatte 16 kontaktiert und geerdet.As in 7 As shown, an inner vertical wall 42, which is arranged opposite the outer vertical wall 41, also has a spring pin 48. The spring pin 48 is pressed into a further through-hole 34 of the circuit board 16 and is held stably in the through-hole 34 by a spring force (restoring force) of the spring pin 48. The via 34 may have a tinned inner surface that is grounded. Accordingly, the metallic hood 40 is contacted and grounded with the circuit board 16 via the spring pin 48 of the inner vertical wall 42.

9 zeigt einen Rohling 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Rohling 50 ist eine aus einem Kupfer- oder Messingblech mit einer Dicke zwischen 0,2 und 0,4 mm, vorzugsweise von 0,3 mm, ausgestanzte Form. Wenn der Rohling 49 entlang der gestrichpunktpunkteten Faltlinien beispielsweise nach hinten in der Blattebene gefaltet wird, ergibt sich die metallische Haube 40 (6-8) mit den vier vertikalen Wänden 41-44, der horizontalen Wand 45, der Lasche 46, die sich durchgängig an die äußere vertikale Wand 41 anschließt, und dem Federstift 48. 9 shows a blank 50 according to the second exemplary embodiment. The blank 50 is a shape punched out of a copper or brass sheet with a thickness between 0.2 and 0.4 mm, preferably 0.3 mm. If the blank 49 is folded along the dot-dash fold lines, for example backwards in the plane of the sheet, the metallic hood 40 results ( 6-8 ) with the four vertical walls 41-44, the horizontal wall 45, the tab 46, which continuously adjoins the outer vertical wall 41, and the spring pin 48.

Der Federstift 48 ist insbesondere beispielsweise als eine ein Langloch 49 umschließende Öse 51 ausgebildet. Die Öse weist beispielsweise eine Wandstärke von 0,3 mm auf, und das Langloch 49 ist beispielsweise eine 1-mm-Bohrung. Wenn der Federstift 48 in die Durchkontaktierung 34 (7) eingepresst wird, wird das Langloch 49 komprimiert und übt eine Rückstellkraft aus, die in der Durchkontaktierung 34 (7) senkrecht zu einer Innenoberfläche der Durchkontaktierung 34 (7) nach außen wirkt und die metallische Haube 40 (7) an der Leiterplatte 16 (7) fixiert.The spring pin 48 is designed in particular, for example, as an eyelet 51 enclosing an elongated hole 49. The eyelet has a wall thickness of 0.3 mm, for example, and the elongated hole 49 is, for example, a 1 mm hole. If the spring pin 48 is inserted into the plated-through hole 34 ( 7 ) is pressed in, the elongated hole 49 is compressed and exerts a restoring force, which is in the via 34 ( 7 ) perpendicular to an inner surface of the via 34 ( 7 ) acts to the outside and the metallic hood 40 ( 7 ) on the circuit board 16 ( 7 ) fixed.

10 veranschaulicht ein Herstellungsverfahren des Ultraschallsensors 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Es wird auch auf die 4 bis 10 Bezug genommen. 10 illustrates a manufacturing method of the ultrasonic sensor 100 according to a third embodiment. It will also be on the 4 until 10 Referenced.

In Schritt S1 werden die ersten Kontaktstifte 20, 21 und die zweiten Kontaktstifte 22-24 in den aus Kunststoff hergestellten Korpus 3 (in das Gehäuse 2) eingepresst.In step S1, the first contact pins 20, 21 and the second contact pins 22-24 are pressed into the body 3 made of plastic (into the housing 2).

In Schritt S2 wird der Membrantopf 7, an dessen Ultraschallmembran 8 von innen das Schallwandlerelement 25 angebracht ist, in eine Öffnung 12 des Gehäuses 2 eingesetzt. Beispielsweise kann der Membrantopf 7, wie in 7, 8 gezeigt, auf eine Kante 11 des Korpus 3 aufgesetzt und der Überwurfring 4 über den Membrantopf 7 und den Korpus 3 geworfen werden. Der Überwurfring kann sodann beispielsweise mittels Ultraschallschweißens an den Membrantopf 7 und den Korpus 3 gefügt werden.In step S2, the membrane pot 7, to whose ultrasonic membrane 8 the sound transducer element 25 is attached from the inside, is inserted into an opening 12 of the housing 2. For example, the membrane pot 7, as in 7 , 8th shown on one Edge 11 of the body 3 is placed and the union ring 4 is thrown over the membrane pot 7 and the body 3. The union ring can then be joined to the membrane pot 7 and the body 3, for example by means of ultrasonic welding.

In Schritt S3 werden die ersten Kontaktstifte 20, 21 mit dem Schallwandlerelement 25 kontaktiert. Hierzu werden beispielsweise die ersten Kontaktstifte 20, 21 mit den losen Feindrähten 26, 27 und die losen Feindrähte 26, 27 mit dem Schallwandlerelement 25 verlötet.In step S3, the first contact pins 20, 21 are contacted with the sound transducer element 25. For this purpose, for example, the first contact pins 20, 21 are soldered to the loose fine wires 26, 27 and the loose fine wires 26, 27 are soldered to the sound transducer element 25.

In Schritt S4 wird die Leiterplatte 16, auf der die Treiberschaltung 19 montiert ist, dergestalt auf die oberen Enden 35, 36 der Kontaktstifte 20-24 gepresst, dass die Enden 35, 36 durch die Leiterplatte 16 hindurchtreten.In step S4, the circuit board 16 on which the driver circuit 19 is mounted is pressed onto the upper ends 35, 36 of the contact pins 20-24 in such a way that the ends 35, 36 pass through the circuit board 16.

In Schritt S5 wird der in 9 gezeigte Rohling 50 aus einem Kupfer- oder Metallblech ausgestanzt und entlang der gestrichpunktpunkteten Faltlinien gefaltet, und so die metallische Haube 40 erhalten.In step S5 the in 9 Blank 50 shown is punched out of a copper or metal sheet and folded along the dot-dash fold lines, thus obtaining the metallic hood 40.

In Schritt S6 wird die metallische Haube 40 dergestalt auf die Leiterplatte 16 montiert, dass die metallische Haube 40 die durch die Leiterplatte 16 hindurchtretenden oberen Enden 35 der ersten Kontaktstifte 20, 21 allseitig umgibt und schirmt. Zum Montieren wird beispielsweise insbesondere der Federstift 48 in die Durchkontaktierung 34 der Leiterplatte 16 eingepresst, wodurch die metallische Haube 40 an der Leiterplatte 16 fixiert, mit dieser kontaktiert und geerdet wird.In step S6, the metallic hood 40 is mounted on the circuit board 16 in such a way that the metallic hood 40 surrounds and shields on all sides the upper ends 35 of the first contact pins 20, 21 passing through the circuit board 16. For mounting, for example, in particular the spring pin 48 is pressed into the through-hole 34 of the circuit board 16, whereby the metallic hood 40 is fixed to the circuit board 16, contacted with it and grounded.

Anschließend kann der Deckel 5 auf den Korpus 3 aufgesetzt und durch Ultraschallschwei-ßen an diesen gefügt werden.The cover 5 can then be placed on the body 3 and joined to it by ultrasonic welding.

So wird ein Ultraschallsensor 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erhalten.Thus, an ultrasonic sensor 100 according to the third embodiment is obtained.

Ein Ultraschallsensor 100 gemäß Ausführungsbeispielen kann somit insbesondere einfach herzustellen sein, eine vibrationsstabile Konstruktion mit vibrationsfester Lagerung der Leiterplatte 16 und vibrationsfester Anbringung der metallischen Haube 40 aufweisen, keinen Verguss eines Innenraums 14 des Kunststoffgehäuses 2 benötigen, leicht und bruchsicher sein, und dank der parallel verlaufenden ersten Kontaktstifte 20, 21 und der mindestens die durch die Leiterplatte 16 hindurchtretenden Enden 35 der ersten Kontaktstifte 20, 21 schirmenden metallischen Haube 40 eine hervorragende EMV-Störfestigkeit aufweisen.An ultrasonic sensor 100 according to exemplary embodiments can therefore be particularly easy to manufacture, have a vibration-stable construction with vibration-proof mounting of the circuit board 16 and vibration-proof attachment of the metallic hood 40, do not require casting of an interior 14 of the plastic housing 2, be light and unbreakable, and thanks to the parallel first contact pins 20, 21 and the metallic hood 40 which shields at least the ends 35 of the first contact pins 20, 21 passing through the circuit board 16 have excellent EMC interference immunity.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Merkmale, die für unterschiedliche Ausführungsbeispiele offenbart wurden, können auf jede geeignete Weise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine Widersprüche erzeugt werden.Although the present invention has been described using exemplary embodiments, it can be modified in many ways. Features disclosed for different embodiments may be combined in any suitable manner so long as this does not create contradictions.

Der Überwurfring 4 ist kein notwendiges Merkmal der Erfindung, und der Membrantopf 7 kann auch direkt in eine Öffnung des Korpus 3 des Gehäuses 2 eingesetzt sein.The union ring 4 is not a necessary feature of the invention, and the membrane pot 7 can also be inserted directly into an opening in the body 3 of the housing 2.

Die losen Feindrähte 26, 27 sind nicht notwendig. Die Kontaktstifte 20, 21 können auch auf andere Weise, beispielsweise direkt, mit dem Piezoelement 25 kontaktiert sein.The loose fine wires 26, 27 are not necessary. The contact pins 20, 21 can also be contacted with the piezo element 25 in another way, for example directly.

In den Figuren sind drei zweite Kontaktstifte 22-24 gezeigt, es können jedoch auch nur zwei oder mehr als drei zweite Kontaktstifte 22-24 zur externen Verbindung benutzt werden.Three second contact pins 22-24 are shown in the figures, but only two or more than three second contact pins 22-24 can also be used for external connection.

Die metallische Haube 40 braucht, insbesondere bei dem ersten, jedoch auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, nicht notwendigerweise eine Würfel- oder Quaderform mit fünf Wänden aufzuweisen. Sie kann beispielsweise auch halbkugelförmig ausgebildet sein.The metallic hood 40 does not necessarily need to have a cube or cuboid shape with five walls, particularly in the first but also in the second exemplary embodiment. For example, it can also be hemispherical.

Die Lasche 46 braucht bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht, wie in 7 gezeigt, bis nahe bei dem Membrantopf 7 zu verlaufen. Zur Erzielung des gewünschten zusätzlichen Schirmeffekts der Lasche 46 reicht es aus, wenn die Lasche von der Unterseite der Leiterplatte 16 mindestens ein Stück weit in Richtung des Membrantopfes 7 verläuft. Andererseits kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Lasche 46 auch ganz bis zu dem Membrantopf 7 verlaufen und diesen kontaktieren. Auf diese Weise kann der Membrantopf 7 vorteilhafterweise einfach über die Lasche 46 der metallischen Haube 40 geerdet werden.The tab 46 is not needed in the second exemplary embodiment, as in 7 shown to run close to the membrane pot 7. In order to achieve the desired additional shielding effect of the tab 46, it is sufficient if the tab extends from the underside of the circuit board 16 at least a certain distance in the direction of the membrane pot 7. On the other hand, according to an advantageous development, the tab 46 can also extend all the way to the membrane pot 7 and contact it. In this way, the membrane pot 7 can advantageously be easily grounded via the tab 46 of the metallic hood 40.

Es wurde lediglich ein an der inneren Wand 42 angebrachter Federstift 48 beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass ein jeweiliger Federstift 48 an einer oder mehreren von der inneren Wand 42, den seitlichen Wänden 43, 44 und der äußeren Wand 41 ausgebildet sein und in jeweilige Durchkontaktierungen 34 der Leiterplatte 16 eingepresst werden kann. Sind mehrere Federstifte 48 vorhanden, kann die metallische Haube 40 noch zuverlässiger auf der Leiterplatte 16 montiert und fixiert werden.Only a spring pin 48 attached to the inner wall 42 has been described. However, it is understood that a respective spring pin 48 can be formed on one or more of the inner wall 42, the side walls 43, 44 and the outer wall 41 and can be pressed into respective vias 34 of the circuit board 16. If several spring pins 48 are present, the metallic hood 40 can be mounted and fixed on the circuit board 16 even more reliably.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11
Kraftfahrzeugmotor vehicle
22
GehäuseHousing
33
KorpusCorpus
44
ÜberwurfringUnion ring
55
DeckelLid
66
ErweiterungsabschnittExtension section
77
MembrantopfDiaphragm pot
88th
UltraschallmembranUltrasonic membrane
99
SeitenschwellerSide skirts
1010
HeckstoßfängerRear bumper
1111
KanteEdge
1212
Öffnung im GehäuseOpening in the housing
1313
AxialrichtungAxial direction
1414
Innenrauminner space
1515
Vorsprung des GehäusesProjection of the housing
1616
LeiterplatteCircuit board
17, 1817, 18
BauelementComponent
1919
TreiberschaltungDriver circuit
20, 2120, 21
Kontaktstift, erster KontaktstiftContact pin, first contact pin
22-2422-24
Kontaktstift, zweiter KontaktstiftContact pin, second contact pin
2525
Piezoelement, SchallwandlerelementPiezo element, sound transducer element
26, 2726, 27
loser Feindrahtloose fine wire
2828
unterer Bereichlower area
29-3429-34
DurchkontaktierungThrough-hole plating
35, 3635, 36
obere Endenupper ends
3737
Korpus-InnenflächeBody inner surface
3838
Aussparung der LeiterplatteCircuit board cutout
3939
Rand der LeiterplatteEdge of the circuit board
4040
metallische Haubemetallic hood
4141
äußere vertikale Wandouter vertical wall
4242
innere vertikale Wandinner vertical wall
43, 4443, 44
seitliche vertikale Wandside vertical wall
4545
horizontale Wandhorizontal wall
4646
Laschetab
4747
Aussparung des auskragenden VorsprungsRecess of the cantilevered projection
4848
Federstiftspring pen
4949
LanglochLong hole
5050
gestanztes Metallblech, Rohlingstamped metal sheet, blank
5151
Öseeyelet
5252
FrontstoßfängerFront bumper
100-105100-105
UltraschallsensorUltrasonic sensor
S1-S6S1-S6
VerfahrensschritteProcedural steps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2017097496 [0007]WO 2017097496 [0007]
  • US 20190388936 A1 [0008]US 20190388936 A1 [0008]
  • US 20060229785 A1 [0009]US 20060229785 A1 [0009]

Claims (15)

Ultraschallsensor (100) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend: ein Kunststoffgehäuse (2), einen in eine Öffnung (12) des Kunststoffgehäuses (2) eingesetzten Membrantopf (7) mit einer Ultraschallmembran (8), ein an der Ultraschallmembran (8) von innen angebrachtes Schallwandlerelement (25) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran (8), eine im Innenraum (14) des Kunststoffgehäuses (2) angeordnete Leiterplatte (16), auf der eine Treiberschaltung (19) zum Ansteuern des Schallwandlerelements (25) montiert ist, zwei Kontaktstifte (20, 21) zur elektrischen Kontaktierung der Treiberschaltung (19) mit dem Schallwanderelement (25), wobei die Leiterplatte (16) derart auf die Kontaktstifte (20, 21) aufgepresst ist, dass Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) durch die Leiterplatte (16) hindurchtreten, und eine metallische Haube (40), die, gemeinsam mit der Leiterplatte (16), die durch die Leiterplatte (16) hindurchtretenden Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) allseitig umgibt und schirmt.Ultrasonic sensor (100) for a motor vehicle (1), comprising: a plastic housing (2), a membrane pot (7) inserted into an opening (12) of the plastic housing (2) with an ultrasonic membrane (8), a sound transducer element (25) attached to the ultrasonic membrane (8) from the inside for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane (8), a circuit board (16) arranged in the interior (14) of the plastic housing (2), on which a driver circuit (19) is mounted for controlling the sound transducer element (25), two contact pins (20, 21) for electrically contacting the driver circuit (19) with the sound transducer element (25), the circuit board (16) being pressed onto the contact pins (20, 21) in such a way that ends (35) of the contact pins (20, 21) pass through the circuit board (16), and a metallic hood (40), which, together with the circuit board (16), surrounds and shields on all sides the ends (35) of the contact pins (20, 21) passing through the circuit board (16). Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (19) ein oder mehrere elektronische Bauelemente (17, 18) umfasst, die auf derselben Seite der Leiterplatte (16) wie die metallische Haube (40) außerhalb der metallischen Haube (40) auf der Leiterplatte (16) montiert sind.Ultrasonic sensor according to Claim 1 , characterized in that the driver circuit (19) comprises one or more electronic components (17, 18) which are mounted on the circuit board (16) on the same side of the circuit board (16) as the metallic hood (40) outside the metallic hood (40). Ultraschallsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (14) in dem Kunststoffgehäuse (2) mindestens auf derselben Seite der Leiterplatte (16) wie die metallische Haube (40) nicht vergossen ist.Ultrasonic sensor Claim 2 , characterized in that an interior (14) in the plastic housing (2) is not cast at least on the same side of the circuit board (16) as the metallic hood (40). Ultraschallsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (16) auf einem Vorsprung (15) des Kunststoffgehäuses (2) aufsitzend gelagert ist.Ultrasonic sensor Claim 2 or 3 , characterized in that the circuit board (16) is mounted resting on a projection (15) of the plastic housing (2). Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haube (40) vier senkrecht zu der Leiterplatte (16) verlaufende Wände (41-44) und eine parallel zu der Leiterplatte (16) und über den Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) verlaufende Wand (45) aufweist.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic hood (40) has four walls (41-44) running perpendicular to the circuit board (16) and one wall (45) running parallel to the circuit board (16) and over the ends (35) of the contact pins (20, 21). Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Wand (41) der metallischen Haube (40) bei einem Rand (39) der Leiterplatte (16) angeordnet ist und eine durchgängig mit der äußeren Wand (41) ausgebildete Lasche (46) an dem Rand (39) der Leiterplatte (16) vorbei auf den Membrantopf (7) zu verläuft.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an outer wall (41) of the metallic hood (40) is arranged at an edge (39) of the circuit board (16) and a tab (46) formed continuously with the outer wall (41). ) runs past the edge (39) of the circuit board (16) towards the membrane pot (7). Ultraschallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (46) parallel zu einer durch die beiden Kontaktstifte (20, 21) gebildeten Ebene verläuft und so breit wie oder breiter als ein Abstand zwischen den beiden Kontaktstiften (20, 21) ist.Ultrasonic sensor Claim 6 , characterized in that the tab (46) runs parallel to a plane formed by the two contact pins (20, 21) and is as wide as or wider than a distance between the two contact pins (20, 21). Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haube (40) mit der Leiterplatte (16) kontaktiert und geerdet ist.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic hood (40) is contacted with the circuit board (16) and is grounded. Ultraschallsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haube (40) mittels eines durchgängig mit einer der Wände (42) der metallischen Haube (40) ausgebildeten Federstifts (48) mit der Leiterplatte kontaktiert ist, der in eine Durchkontaktierung (34) der Leiterplatte (16) eingepresst ist.Ultrasonic sensor Claim 8 , characterized in that the metallic hood (40) is contacted with the circuit board by means of a spring pin (48) which is formed continuously with one of the walls (42) of the metallic hood (40) and which is inserted into a through-hole (34) of the circuit board (16). is pressed in. Ultraschallsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federstift (48) als eine ein Langloch (49) umschließende Öse (51) ausgebildet ist.Ultrasonic sensor Claim 9 , characterized in that the spring pin (48) is designed as an eyelet (51) surrounding an elongated hole (49). Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haube (40) aus Kupfer- oder Messingblech mit einer Blechdicke zwischen 0,2 und 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm, hergestellt ist.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic hood (40) is made of copper or brass sheet with a sheet thickness between 0.2 and 0.4 mm, preferably 0.3 mm. Ultraschallsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Haube (40) einteilig aus dem Kupfer- oder Messingblech gestanzt und gefaltet ist.Ultrasonic sensor Claim 11 , characterized in that the metallic hood (40) is punched and folded in one piece from the copper or brass sheet. Ultraschallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrantopf (7) ein metallischer Membrantopf (7) ist, der nicht hochohmig mit Masse verbunden ist.Ultrasonic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane pot (7) is a metallic membrane pot (7) which is not connected to ground with a high resistance. Kraftfahrzeug (1) mit einem Ultraschallsensor (100, 101-105) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle (1) with an ultrasonic sensor (100, 101-105) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors (100), aufweisend: - Einpressen (S1) zweier Kontaktstifte (20, 21) in ein Kunststoffgehäuse (2); - Einsetzen (S2) eines Membrantopfs (7) mit einer Ultraschallmembran (8) und einem an der Ultraschallmembran (8) von innen angebrachten Schallwandlerelement (25) zur Schwingungsanregung und Schwingungserfassung der Ultraschallmembran (8) in eine Öffnung (12) des Kunststoffgehäuses (2); - Kontaktieren (S3) der Kontaktstifte (20, 21) mit dem Schallwandlerelement (25); - Aufpressen (S4) einer Leiterplatte (16), auf der eine Treiberschaltung (19) zum Ansteuern des Schallwandlerelements (25) montiert ist, auf Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) dergestalt, dass die Enden (35) durch die Leiterplatte (16) hindurchtreten; - Herstellen (S5) einer metallischen Haube (40) durch Ausstanzen eines Rohlings (50) aus einem Kupfer- oder Metallblech und Falten des Rohlings (50); - Montieren (S6) der metallischen Haube (40) auf die Leiterplatte (16) dergestalt, dass die metallische Haube (40) gemeinsam mit der Leiterplatte (16) die durch die Leiterplatte (16) hindurchtretenden Enden (35) der Kontaktstifte (20, 21) allseitig umgibt und schirmt.Method for producing an ultrasonic sensor (100), comprising: - pressing (S1) two contact pins (20, 21) into a plastic housing (2); - Insertion (S2) of a membrane pot (7) with an ultrasonic membrane (8) and a sound transducer element (25) attached to the ultrasonic membrane (8) from the inside for vibration excitation and vibration detection of the ultrasonic membrane (8) into an opening (12) of the plastic housing (2 ); - Contact (S3) the contact pins (20, 21). the sound transducer element (25); - Pressing (S4) a circuit board (16), on which a driver circuit (19) for controlling the sound transducer element (25) is mounted, onto ends (35) of the contact pins (20, 21) in such a way that the ends (35) pass through the Pass through the circuit board (16); - Manufacture (S5) of a metallic hood (40) by punching out a blank (50) from a copper or metal sheet and folding the blank (50); - Mounting (S6) the metallic hood (40) on the circuit board (16) in such a way that the metallic hood (40), together with the circuit board (16), passes through the circuit board (16) ends (35) of the contact pins (20, 21) surrounds and shields on all sides.
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