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Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor, welcher eine topfförmige Membran mit einem Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist und mit einem Entkopplungsring, welcher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich umfasst dessen Innenumfangswand an einer äußeren Mantelfläche der Membran zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist. Dabei ist die Membran mit dem Entkopplungsring in eine Aussparung eines Verkleidungsteils, insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar. Die Erfindung betrifft ferner eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil, insbesondere einem Stoßfänger, und einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung in eine Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt ist.
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Heutige Kraftfahrzeuge weise üblicherweise eine Mehrzahl von Ultraschallsensorvorrichtungen auf, die Fahrerassistenzeinrichtungen, wie beispielsweise Park- u./o. Bremsassistenzsystemen, zugeordnet sind und Informationen über die Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere über Hindernisse oder Objekte in der Umgebung und deren Abstände zum Kraftfahrzeug liefern. Die Ultraschallsensorvorrichtungen sind verteilt am Kraftfahrzeug, zumindest im Front- und Heckbereich des Kraftfahrzeugs, angeordnet und gewöhnlich an Verkleidungsteilen, insbesondere an Stoßfängern, verbaut.
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Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung ist dabei regelmäßig in einer entsprechenden Öffnung oder Aussparung des Verkleidungsteils des Kraftfahrzeugs derart angeordnet, dass ein stirn- bzw. frontseitiger Membranboden einer topfförmigen Membran eines Ultraschallsensors der Ultraschallsensorvorrichtung im Wesentlichen bündig mit der äußeren Oberfläche des Verkleidungsteils abschließt, wobei im Betrieb über den Membranboden Ultraschallwellen ausgesendet und empfangen werden können. Der Ultraschallsensor beziehungsweise die Membran des Ultraschallsensors wird dabei üblicherweise durch einen Entkopplungsring entkoppelt. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass Körperschall von dem Ultraschallsensor auf das Verkleidungsteil übertragen werden kann, der ansonsten Störungen verursachen würde.
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Eine Ultraschallsensorvorrichtung und eine Ultraschallsensoranordnung der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
DE 20 2014 011 304 U1 oder der
EP 2 812 723 B1 bekannt und es wird hinsichtlich der grundsätzlichen Bedeutung auf die Offenbarung dieser beiden Schriften vollumfänglich Bezug genommen. Dabei weist der Entkopplungsring zwischen Ultraschallsensor und einem Stoßfänger an einem axialen Ende des Ringbereichs des Entkopplungsrings einen sich senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden, den Ringbereich vollständig umlaufenden Rand auf. Von diesem vollflächigen Rand aus erstrecken sich in eine axiale Richtung senkrecht zu dem Rand im Wesentlichen koaxial umlaufende elastische Rippen, wobei in Umfangsrichtung zwischen den Rippen jeweils eine Vertiefung oder Unterbrechung angeordnet ist. Die Rippen wirken dabei wie Druckfedern zur Vorspannung in axialer Richtung des Entkopplungsringes zwischen Ultraschallsensor und Stoßfänger.
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Durch eine derartige Ausgestaltung variiert in nachteiliger Weise die Vorspannung des Entkopplungsrings zwischen Ultraschallsensor und Stoßfänger in axialer Richtung erheblich schon bei einer Variation der Materialdicke des Stoßfängers von 2 bis 4 mm. Durch die Variation der Materialdicke des Stoßfängers von 2 bis 4 mm ist bei einer Gesamthöhe des Entkopplungsringes von 5 mm nur eine geringe Materialdicke für den Rand und die Rippen von etwa 0,7 mm realisierbar, da diese im Extremfall auf 1 mm Gesamthöhe zusammengepresst werden müssen. Zum einen erzeugen die Rippen bei steigender Stoßfängerdicke eine deutlich steigende Vorspannkraft. Zum anderen steigt bei steigender Stoßfängerdicke die Gefahr der Knickung der Rippen, also die Gefahr eines Umklappens der Rippen und daraus resultierend eine deutlich abnehmende Vorspannkraft.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie für eine entsprechende Ultraschallsensoranordnung anzugeben.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 15 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Demnach umfasst eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug einen Ultraschallsensor, welcher eine topfförmige Membran mit einem Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie einen Entkopplungsring, welcher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich aufweist dessen Innenumfangswand an einer äußeren Mantelfläche der Membran zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist. Dabei ist die Membran mit dem Entkopplungsring in eine Aussparung eines Verkleidungsteils, insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar.
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Erfindungsgemäß ist an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs ein den Ringbereich zumindest teilweise umlaufendes Vorspannelement angeordnet, welches sich von dem axialen Ende aus in axialer Richtung in Richtung zum Membranboden hin und in radialer Richtung nach außen hin erstreckt.
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Durch eine solche Anbindung des Vorspannelement an den Ringbereich und Ausgestaltung des Vorspannelements ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung im Bereich des dem Membranboden abgewandten axialen Endes des Ringbereichs vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung dann das Vorspannelement aufgrund seiner Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden kann. Dadurch kann die Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke des Vorspannelements ausreichend groß realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat somit insgesamt den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ultraschallsensorvorrichtung bereitgestellt wird.
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Das Vorspannelement wirkt wie eine Biegefeder in einer axialen Richtung und spannt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in der Aussparung des Verkleidungsteils den Entkopplungsring zwischen Ultraschallsensor und Verkleidungsteil axial vor.
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Vorteilhafterweise ist der Entkopplungsring, vorzugsweise vollständig, aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Polymer, bevorzug einem Silikon ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Vorspannelement unmittelbar von dem axialen Ende aus in axialer Richtung in Richtung zum Membranboden hin und in radialer Richtung nach außen hin. Das Vorspannelement schließt sich also unmittelbar an das axiale Ende des Ringbereichs an. Insbesondere weist der Entkopplungsring somit an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs keinen senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden, den Ringbereich vollständig umlaufenden Rand auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Vorspannelement in Umfangsrichtung radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Somit weist das Vorspannelement eine radial nach Innen in Richtung des Ringbereichs gerichtete Wölbung auf. Vorzugsweise ist das Vorspannelement dabei entlang seiner gesamten Erstreckung in Umfangsrichtung radial nach innen gewölbt ausgestaltet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Vorspannelement über sein gesamtes Querschnittsprofil eine im Wesentlichen konstante Materialdicke auf.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an einer dem Ringbereich zugewandten Oberfläche des Vorspannelements ein Krafteinleitungselement zur Einleitung einer Vorspannkraft in axialer Richtung in das Vorspannelement angeordnet. Das Vorspannelement weist also an seiner dem Ringbereich zugewandten Oberfläche ein Krafteileitungselement auf, über das im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils die Vorspannkraft in axialer Richtung in das Vorspannelement eingeleitet wird, wobei sich das Krafteinleitungselement in axialer Richtung bevorzug über die Oberfläche des Vorspannelements hinaus erstreckt. In Umfangrichtung erstreckt sich das Krafteinleitungselement insbesondere nur über einen Teilbereich des Vorspannelements, wobei das Krafteinleitungselement in Umfangsrichtig vorzugsweise mittig auf der dem Ringbereich zugewandten Oberfläche des Vorspannelements angeordnet ist. Vorteilhafterweise weist das Krafteinleitungselement ein keilförmiges Querschnittsprofil auf.
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Vorteilhafterweise weist der Entkopplungsring zumindest zwei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente auf, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, und wobei vorzugsweise die zwei Vorspannelemente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorteilhafterweise weisen dabei die zwei Vorspannelemente in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung auf und sind beide Vorspannelemente insbesondere zueinander identisch ausgebildet. Insbesondere weisen die Vorspannelemente zudem ein jeweiliges Krafteinleitungselement auf, wobei die Krafteinleitungselemente vorzugsweise zueinander identisch ausgebildet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring aber zumindest drei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente auf, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, und wobei die Vorspannelemente in Umfangsrichtung jeweils voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorteilhafterweise weisen dabei alle Vorspannelemente in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung auf und sind alle Vorspannelemente insbesondere zueinander identisch ausgebildet. Insbesondere weisen alle Vorspannelemente ein jeweiliges Krafteinleitungselement auf, wobei die Krafteinleitungselemente vorzugsweise zueinander identisch ausgebildet sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs zumindest einen sich senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden Randabschnitt auf, der im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils ein Anschlagelement bildet, das mit einer an dem Verkleidungsteil ausgebildeten Anschlagfläche zusammenwirkt.
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Dabei ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Randabschnitt in Umfangsrichtung unmittelbar angrenzend zu dem Vorspannelement angeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Entkopplungsring zumindest drei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, sowie an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs zumindest drei sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckende Randabschnitte, die im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils ein jeweiliges Anschlagelement bilden, das mit einer an dem Verkleidungsteil ausgebildeten Anschlagfläche zusammenwirkt. Dabei ist in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen ein jeweiliger Randabschnitt angeordnet, wobei ein jeweiliger Randabschnitt unmittelbar angrenzend zu seinen beiden benachbarten Vorspannelementen angeordnet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring ein einziges den Ringbereich vollständig umlaufendes Vorspannelement auf. In diesem Fall weist der Entkopplungsring insbesondere keinen Randabschnitt auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an der Außenumfangswand des Ringbereichs zumindest eine Wölbung auf, die den Ringbereich umfangsseitig umgibt und welche sich in radialer Richtung von dem Ringbereich, bevorzugt senkrecht zu der Außenumfangswand, zu einem freien Ende erstreckt. Vorzugsweise umgibt die Wölbung dabei den Ringbereich umfangsseitig vollständig. Vorteilhafterweise verjüngt sich ein Querschnitt der Wölbung von dem Ringbereich zum freien Ende hin. Die Wölbung ermöglicht eine zusätzlich in radiale Richtung elastisch dämpfende Wirkung des Entkopplungsrings.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils das freie Ende der Wölbung an dem Verkleidungsteil an. Dadurch kann der Entkopplungsring zusätzlich in radiale Richtung elastisch dämpfend wirken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an der Außenumfangswand des Ringbereichs zwei Wölbungen auf, wobei die zwei Wölbungen in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorzugsweise umgeben die Wölbungen dabei jeweils den Ringbereich umfangsseitig vollständig. Vorteilhafterweise verjüngt sich jeweils ein Querschnitt der Wölbungen von dem Ringbereich zum freien Ende hin. Die beiden Wölbungen können sich in radialer Richtung gleich weit erstrecken oder können in radialer Richtung eine unterschiedliche Erstreckung aufweisen. Der Entkopplungsring kann auch mehr als zwei solche Wölbung aufweisen. Vorteilhafterweise liegt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils das jeweilige freie Ende einer jeden Wölbung an dem Verkleidungsteil an.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Entkopplungsring einstückig ausgebildet.
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Vorteilhafterweise weist die Ultraschallsensorvorrichtung einen Sensorhalter zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung an dem Verkleidungsteil auf, wobei der Ultraschallsensor und/oder der Entkopplungsring in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil, insbesondere einem Stoßfänger, und einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung, insbesondere die Membran mit dem Entkopplungsring, in eine Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt ist.
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Die für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Ultraschallsensoranordnung.
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Vorteilhafterweise ist die Ultraschallsensorvorrichtung so in die Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt, dass der Membranboden der Membran und eine Außenseite des Verkleidungsteils im Wesentlichen eine Ebene bilden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer Draufsicht einen Entkopplungsring,
- 2 in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring gemäß 1 sowie eine Lage der Schnittebenen der 3a und 3b,
- 3a einen Querschnitt durch die Vorspannelemente des Entkopplungsrings gemäß 2,
- 3b einen Querschnitt durch die Randabschnitte des Entkopplungsrings gemäß 2,
- 4a eine Ultraschallsensoranordnung mit einem Stoßfänger sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung mit einem Entkopplungsring gemäß 1 bis 3b in einem montierten Zustand in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente,
- 4b die Ultraschallsensoranordnung gemäß 4a in einem Querschnitt durch die Randabschnitte des Entkopplungsrings,
- 5 einen Entkopplungsring in einer alternativen Ausführungsform in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente,
- 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Entkopplungsring in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
- 7 einen Querschnitt durch den Entkopplungsring gemäß 6,
- 8 in einem Querschnitt eine Ultraschallsensoranordnung mit einem Stoßfänger sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung mit einem Entkopplungsring gemäß 6 bis 7 in einem montierten Zustand,
- 9 in einer Draufsicht einen Entkopplungsring in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
- 10 in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring gemäß 9.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3b ist ein Ausführungsbeispiel eines Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst neben dem Entkopplungsring 1 einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist, und ist zur zumindest bereichsweisen Anordnung in eine Aussparung 6 eines Stoßfängers 7 eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Entkopplungsring 1 ist einstückig aus einem elastischen Material ausgebildet.
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In 1 ist der Entkopplungsring 1 in einer Draufsicht dargestellt. Der Entkopplungsring 1 umfasst einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich 8 mit einer Innenumfangswand 9 und einer Außenumfangswand 10. Der Entkopplungsring 1 weist ferner sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Vorspannelemente 11 auf, welche den Ringbereich 8 jeweils teilweise umlaufen. Die Vorspannelemente 11 sind jeweils in Umfangsrichtung entlang ihrer gesamten Erstreckung in Richtung des Ringbereichs 8 radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Die Vorspannelemente 11 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 wirkt eine jedes dieser Vorspannelemente 11 wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
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Der Entkopplungsring 1 weist zudem in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen 11 und unmittelbar angrenzend an die zwei benachbarten Vorspannelemente 11 einen jeweiligen Randabschnitt 12 auf, folglich insgesamt sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Randabschnitte 12. Die Randabschnitte 12 erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen und umlaufen jeweils teilweise den Ringbereich 8. Die Randabschnitte 12 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 bilden die Randabschnitte 12 Anschlagelemente, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 zusammenwirken.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring 1 gemäß 1 sowie eine Lage der Schnittebenen der 3a und 3b, wobei in 3a ein Querschnitt durch die Vorspannelemente 11 des Entkopplungsrings 1 dargestellt ist, und wobei in 3b ein Querschnitt durch die Randabschnitte 12 des Entkopplungsrings 1 dargestellt ist.
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Aus 2 und 3a ist gut ersichtlich, dass die Vorspannelemente 11 jeweils unmittelbar an einem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet sind, sich also unmittelbar von diesem axialen Ende 14 aus erstrecken. Im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 stellt dieses axiale Ende 14 das dem Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 abgewandte axiale Ende 14 des Ringbereichs 8 dar. Die Vorspannelemente 11 erstrecken sich dabei jeweils von diesem axialen Ende 14 aus in axialer Richtung Z zu dem gegenüberliegenden, weiteren axialen Ende 15 des Ringbereichs 8 und somit zum Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 hin und in radialer Richtung R nach außen hin. Zudem weisen die Vorspannelemente 11 jeweils über ihr gesamtes Querschnittsprofil eine konstante Materialdicke auf. Durch eine solche Ausgestaltung ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung R im Bereich des dem Membranboden 5 abgewandten axialen Endes 14 des Ringbereichs 8 vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 dann die Vorspannelemente 11 aufgrund ihrer Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden können. Dadurch kann eine Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke der Vorspannelemente 11 und Randabschnitte 12 ausreichend groß realisiert werden.
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Darüber hinaus ist in 2 und 3b gut ersichtlich, dass auch die Randabschnitte 12 jeweils unmittelbar an dem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet sind und sich von diesem axialen Ende 14 aus senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen hin erstecken.
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4a zeigt eine Ultraschallsensoranordnung 16 für ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger 7 sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 mit einem Entkopplungsring 1 gem. 1 bis 3b in einem montierten Zustand in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente 11. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie den Entkopplungsring 1.
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Der Entkopplungsring 1 ist mit der Innenumfangswand 9 seines Ringbereichs 8 an einer äußeren Mantelfläche 17 der Membran 4 anliegend angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 bzw. die Membran 4 mit dem Entkopplungsring 1 ist so in eine Aussparung 6 des Stoßfängers 7 eingesetzt, dass der Membranboden 5 der Membran 4 und eine Außenseite 18 des Stoßfängers 7 eine Ebene bilden. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 weist ferner einen Sensorhalter 19 zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung 2 an dem Stoßfänger 7 auf, wobei der Ultraschallsensor 3 und der Entkopplungsring 1 in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters 19 zumindest abschnittsweise angeordnet sind.
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In der Darstellung der 4a ragen die Enden bzw. Spitzen der Vorspannelemente 11 fehlerhafterweise scheinbar in den Stoßfänger 7 hinein (da das Zeichenprogramm ein Abbiegen der Enden bzw. Spitzen der Vorspannelemente 11 nicht darstellen konnte). In der Realität sind die Vorspannelemente 11 aber natürlich um dieses Maß entsprechend umgebogen. Die Vorspannelemente 11 wirken also wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannen den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
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In 4b ist die Ultraschallsensoranordnung 16 gemäß 4a in einem Querschnitt durch die Randabschnitte 12 des Entkopplungsrings 1 gezeigt. Aus 4b ist nochmals ersichtlich, dass die Randabschnitte 12 Anschlagelemente bilden, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 zusammenwirken.
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5 zeigt einen Entkopplungsring 1 in einer alternativen Ausführungsform in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente 11. Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1, wobei der Entkopplungsring 1 hier an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 zwei Wölbungen 20 aufweist, die sich jeweils in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstrecken. Die zwei Wölbungen 20 sind in axialer Richtung Z voneinander beabstandet angeordnet und umgeben jeweils den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig. Zudem erstrecken sich die beiden Wölbungen 20 in radialer Richtung R gleich weit. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das jeweilige freie Ende einer jeden Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
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In den 6 bis 7 ist ein Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 6 ist der Entkopplungsring 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. In 7 ist der Entkopplungsring 1 in einem Querschnitt dargestellt.
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Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1, wobei der Entkopplungsring 1 hier nur ein einziges, den Ringbereich 8 vollständig umlaufendes Vorspannelement 11 aufweist. Dadurch weist der Entkopplungsring 1 keinen Randabschnitt 12 auf.
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Das Vorspannelement 11 ist wiederrum unmittelbar an einem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet, erstreckt sich also unmittelbar von diesem axialen Ende 14 aus. Im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 stellt dieses axiale Ende 14 das dem Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 abgewandte axiale Ende 14 des Ringbereichs 8 dar. Das Vorspannelement 11 erstreckt sich dabei wiederrum von diesem axialen Ende 14 aus in axialer Richtung Z zu dem gegenüberliegenden, weiteren axialen Ende 15 des Ringbereichs 8 und somit zum Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 hin und in radialer Richtung R nach außen hin. Auch durch eine solche Ausgestaltung ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung R im Bereich des dem Membranboden 5 abgewandten axialen Endes 14 des Ringbereichs 8 vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 dann das Vorspannelement 11 aufgrund seiner Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden kann.
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Dadurch kann eine Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke des Vorspannelements 11 ausreichend groß realisiert werden.
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Darüber hinaus ist an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 eine einzige Wölbung 20 ausgebildet, die sich in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstreckt und den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig umgibt. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das freie Ende der Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
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8 zeigt in einem Querschnitt eine Ultraschallsensoranordnung 16 für ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger 7 sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 mit einem Entkopplungsring 1 gem. 6 bis 7 in einem montierten Zustand, wobei hier die Wölbung 20 an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 nicht dargestellt ist.
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Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie den Entkopplungsring 1. Der Entkopplungsring 1 ist mit der Innenumfangswand 9 seines Ringbereichs 8 an einer äußeren Mantelfläche 17 der Membran 4 anliegend angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 bzw. die Membran 4 mit dem Entkopplungsring 1 ist so in eine Aussparung 6 des Stoßfängers 7 eingesetzt, dass der Membranboden 5 der Membran 4 und eine Außenseite 18 des Stoßfängers 7 eine Ebene bilden. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 weist ferner einen Sensorhalter 19 zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung 2 an dem Stoßfänger 7 auf, wobei der Ultraschallsensor 3 und der Entkopplungsring 1 in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters 19 zumindest abschnittsweise angeordnet sind.
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In der Darstellung der 8 ragt das Enden bzw. die Spitze des Vorspannelements 11 fehlerhafterweise scheinbar in den Stoßfänger 7 hinein (da das Zeichenprogramm ein Abbiegen des Endes bzw. der Spitze des Vorspannelements 11 nicht darstellen konnte). In der Realität ist das Vorspannelement 11 aber natürlich um dieses Maß entsprechend umgebogen. Das Vorspannelement 11 wirkt also wie eine Biegefeder allseitig in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
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In den 9 bis 10 ist ein Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 9 ist der Entkopplungsring 1 in einer Draufsicht gezeigt. In 10 ist der Entkopplungsring 1 in einer perspektivischen Darstellung dargestellt.
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Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1, wobei der Entkopplungsring 1 hier sieben gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Vorspannelemente 11 aufweist, welche den Ringbereich 8 jeweils teilweise umlaufen. Die Vorspannelemente 11 sind wiederum jeweils in Umfangsrichtung entlang ihrer gesamten Erstreckung in Richtung des Ringbereichs 8 radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Die Vorspannelemente 11 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 wirkt eine jedes dieser Vorspannelemente 11 wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
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Die Vorspannelemente 11 weisen hier jeweils an ihrer dem Ringbereich 8 zugewandten Oberfläche ein Krafteinleitungselement 11a auf zur Einleitung der Vorspannkraft in axialer Richtung Z in das Vorspannelement 11. Dabei erstreckt sich das jeweilige Krafteinleitungselement 11a in axialer Richtung Z jeweils über die Oberfläche des entsprechenden Vorspannelements 11 hinaus. In Umfangrichtung erstreckt sich das jeweilige Krafteinleitungselement 11a nur über einen Teilbereich des entsprechenden Vorspannelements 11, wobei das jeweilige Krafteinleitungselement 11a in Umfangsrichtig mittig auf der dem Ringbereich 8 zugewandten Oberfläche des entsprechenden Vorspannelements 11 angeordnet ist. Das Krafteinleitungselement 11a selbst weist ein keilförmiges Querschnittsprofil auf. Mittels derartiger, an den Vorspannelementen 11 angeordneter Krafteinleitungselemente 11a wird eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung des Vorspannkraft in das jeweilige Vorspannelement 11 bewirkt.
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Auch weist der Entkopplungsring 1 in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen 11 und unmittelbar angrenzend an die zwei benachbarten Vorspannelemente 11 einen jeweiligen Randabschnitt 12 auf, folglich insgesamt sieben gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Randabschnitte 12. Die Randabschnitte 12 erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen und umlaufen jeweils teilweise den Ringbereich 8. Die Randabschnitte 12 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 bilden die Randabschnitte 12 Anschlagelemente, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 zusammenwirken.
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Darüber hinaus ist an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 eine Wölbung 20 ausgebildet, die sich in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstreckt und den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig umgibt. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das freie Ende der Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Entkopplungsring
- 2
- Ultraschallsensorvorrichtung
- 3
- Ultraschallsensor
- 4
- Membran
- 5
- Membranboden
- 6
- Aussparung
- 7
- Stoßfänger
- 8
- Ringbereich
- 9
- Innenumfangswand
- 10
- Außenumfangswand
- 11
- Vorspannelement
- 11a
- Krafteinleitungselement
- 12
- Randabschnitt
- 13
- Anschlagfläche
- 14
- axiales Ende
- 15
- weiteres axiales Ende
- 16
- Ultraschallsensoranordnung
- 17
- Mantelfläche
- 18
- Außenseite
- 19
- Sensorhalter
- 20
- Wölbung
- R
- radiale Richtung
- Z
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014011304 U1 [0004]
- EP 2812723 B1 [0004]
