DE19601656A1 - Bedämpfter Ultraschallwandler - Google Patents

Description

Zur Ermittlung und Anzeige des Abstands von Kraftfahrzeugen gegenüber anderen Kraftfahrzeugen und Hindernissen werden Ultraschallwandler eingesetzt, die vorzugsweise in den Stoß­ fängern der Kraftfahrzeuge montiert werden. Diese Wandler sind somit einer ganzen Reihe von Umweltgrößen wie Tempera­ tur, Luftdruck, Feuchtigkeit, Schmutz und ähnlichem ausge­ setzt, welche die Resonanzfrequenz des Wandlers verschieben und damit die Empfindlichkeit der Anzeigeeinrichtung her­ absetzen. Um die Empfindlichkeit der Schwingkreise gegen derartige Parameter zu mindern, hat man durch die Bedämpfung der angeschlossenen elektrischen Schwingkreise deren Güte herabgesetzt.

Andererseits ist es auch bekannt geworden, den an einen Re­ sonator angekoppelten Piezoschwinger dadurch zu bedämpfen, daß Dämpfungsmaterial an Teilen des Schwingers und/oder des Resonators angreift. So ist es beispielsweise aus der DE-OS 34 41 684 bekannt, durch eine Schaumstoffschicht, die an einem Teil des Resonators angreift, diesen zu bedämpfen. Im Gegensatz hierzu wird in der Gebrauchsmusteranmeldung G 8712391 das Dämpfungsmaterial an die innere Mantelfläche des Resonators angeklebt. Wiederum einen anderen Weg geht die DE-OS 41 40 040, bei der Dämpfungsmaterial auf einen zu dem Resonator gehörenden Deckel aufgeklebt wird, wobei der Pie­ zoschwinger selbst von Dämpfungsmaterial freigehalten wird.

Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, daß die Be­ dämpfung relativ gering ist und daß die bekannten Dämpfungs­ maßnahmen in der Herstellung vergleichsweise teuer sind.

Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat­ tung. Aufgabe der Erfindung ist es, durch kostengünstige Maßnahmen eine stärkere Bedämpfung des Wandlers zu errei­ chen.

Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ergebenden Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, in den Innen­ raum des Resonators einen diesen in der vollen Querschnitts­ fläche ausfüllenden Dämpfungskörper einzulegen und diesen unter Vorspannung zur Anlage an der gesamten Bodenfläche sowie, über die Höhe des Dämpfungskörpers, an der inneren Mantelfläche des Resonators zu bringen. Damit deckt der Dämpfungskörper über seine Höhe den Innenraum des Resonators ab, so daß er sowohl auf den Schwinger selbst, auf die an ihn angrenzenden Teilstücke des Resonatorbodens als auch über die Höhe des Dämpfungskörpers auf die Innenwand des Resonators einwirkt. Es ergibt sich somit eine sehr vorteil­ hafte und einfache doch gleichwohl recht wirksame Möglich­ keit der Bedämpfung des Wandlers.

Um die erwünschte Vorspannung zu erzeugen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach wirkt ein elastischer Silikonkörper auf den Dämpfungskörper ein, wobei sich der Silikonkörper durch Reibkräfte in der vorgesehenen Lage hält. Im übrigen ist es durch eine derartige Maßnahme einfach möglich, durch mehr oder weniger tiefes Einführen des Silikonkörpers die Bedämp­ fung des Ultraschallwandlers einzustellen. Nach der Einstel­ lung des Ultraschallwandlers wird der Stopfen dann mit einer Vergußmasse vergossen und so gegenüber den Seitenwänden des Resonators fixiert.

Eine besonders einfache Herstellung des Stopfens läßt sich durch die in Anspruch 3 beschriebenen Maßnahmen erreichen. Es ist auch möglich, die Stopfen in Form eines Strangs zu gießen und danach aufzutrennen oder auch mehrere Stopfen gleichzeitig in einer Gußform zu gießen, wobei die einzelnen Stopfen zur einfacheren Handhabung in der Gußform durch schmale Stege miteinander verbunden sein können.

Um den Stopfen leichter in den Resonatortopf einfügen zu können, wird die Merkmalskombination nach Anspruch 4 vor­ geschlagen. Das bedeutet, daß die hauptsächliche Bedämpfung auf die Membran selbst und den auf ihr befestigten Piezosch­ winger ausgeübt wird. Durch die vergleichsweise kräftigen Dämpfungsmaßnahmen ist es möglich, im Kaltziehverfahren ge­ wonnene Resonatortöpfe mit den aus Anspruch 5 ersichtlichen Merkmalen anzuwenden.

Eine andere wirksame Lösung der Aufgabenstellung gibt die Merkmalskombination nach Anspruch 5 an. Hierbei wird u. U. der Resonator selbst aus einem eine hinreichende Dämpfung aufweisenden Material hergestellt (Anspruch 6), so daß die Bedämpfung des Innenraums des Resonators weitgehend ent­ fällt. Es kann in diesem Fall hinsichtlich des Resonatorin­ nenraums bei den bekannten Möglichkeiten bleiben, die auch darin bestehen kann, auf eine Bedämpfung im Innenraum weit­ gehend zu verzichten, indem etwa eine Schaumstoffschicht dazu dient, die Anschlußdrähte von Eigenschwingungen frei­ zuhalten.

Eine weitere Möglichkeit kann gemäß Anspruch 7 darin beste­ hen, den zylindertopfförmigen Resonator, sei er nun aus Kunststoff oder Metall, mit einer Schicht aus Thermoplast oder Duroplast zu umgießen, um die hinreichende Dämpfung zu bekommen. Auch hier kann wieder eine entsprechend abge­ schwächte Bedämpfung des Resonatorinnenraums erfolgen, die bis zu dem Verzicht auf eine dortige Bedämpfung überhaupt führen kann.

Die Merkmale nach Anspruch 7 beschreiben weiterhin Möglich­ keiten in der Bedämpfung des Resonators, indem dort nur ge­ zielte Bereiche mit einer bedämpfenden Kunststoffschicht überzogen werden.

Eine weitere Vereinfachung kann darin bestehen, gemäß An­ spruch 8 eine einfache kreisförmige Metallmembran mit Duro­ plast derart zu umgießen, daß die Mantelflächen komplett aus Duroplast sind, während die Ränder der Eisenmembran mit dem Duroplast zumindest umgossen sind. Es kann aber auch die gesamte Eisenmembran mit einer dämpfenden Kunststoffschicht überzogen werden.

Da der Resonator noch entkoppelt in dem Wandlergehäuse auf­ gehängt werden soll, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 9. Danach werden die zur Arretierung eines oder mehrerer den Resonator gegenüber dem Gehäuse entkoppelnder weicher Gummiringe um die Mantelfläche des Resonators laufende Haltenuten einge­ gossen. Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn der Wandler innerhalb des Wandlergehäuses mit einem elektrischen Ver­ stärker versehen ist. Hierdurch erhält man stärkere Aus­ gangssignale des Wandlers, die weniger einer Störung durch elektrische Störeinflüsse auf dem durch das Kraftfahrzeug verlaufenden Verbindungsleitungen ermöglicht. Dabei ist es auch denkbar, die elektrischen Schaltelemente unmittelbar in den elastischen Sicherungsstopfen zu integrieren.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeich­ nung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Resonator mit Dämpfungskörper und

Fig. 2 einen Resonatortopf, der aus einem mit Kunststoff umgossenen Eisentopf besteht.

Fig. 1 zeigt einen topfförmigen Resonator aus Aluminium, wobei an der Innenfläche des Bodens 2 ein Piezoschwinger 3 eingelegt und vorzugsweise festgeklebt ist. Auf den Pie­ zoschwinger und die ggf. nicht durch den Schwinger abgedeck­ te Innenfläche des Bodens wirkt ein Dämpfungskörper 4 ein, der vorzugsweise unter Vorspannung mit einer vorgegebenen Kraft auf den Boden des Resonators, den Piezoschwinger selbst und Teile der inneren Mantelfläche des Resonators einwirkt. Der Dämpfungskörper 4 ist mit einem Schlitz 5 ver­ sehen, um die Zuführung eines elektrischen Kabels 6 zu dem Schwinger 3 zu ermöglichen.

Der Dämpfungskörper wird in dem Innenraum des Resonators 1 durch einen Silikonkörper 7 beaufschlagt, der eine in Rich­ tung des Piezoschwingers gerichtete Kraft auf den Dämpfungs­ körper ausübt. Die Abmessungen des Silikonkörpers sind so gewählt, daß er durch Reibung an der Innenwand des Resona­ tortopfes 1 fixiert ist, wodurch eine leichte Montage gege­ ben ist. Nach Ende der Justage kann dann der Silikonkörper 7 in dem Resonator durch eine von außen aufgebrachte, in der Zeichnung nicht dargestellte Vergußmasse fixiert werden.

Es ist nicht notwendig, daß der Resonatortopf aus Aluminium geformt ist. Er kann auch aus einem schwingungsfähigen Kunststoff wie beispielsweise Duroplast gebildet sein. So­ weit durch diesen Kunststofftopf eine hinreichende Dämpfung erreicht wird, können sich die weiter oben beschriebenen Dämpfungsmaßnahmen erübrigen oder doch nur in abgeschwächter Form angewendet werden.

Der Resonatortopf 1 besitzt zwei umlaufende Nuten 8 und 9 in seiner äußeren Mantelfläche, in die Wülste eines Elastomer- Rings 10 eingreifen. Dieser aus dem weichen, elastischen Elastomer bestehende Dämpfungsring 10 dient dazu, den Reso­ natortopf 1 gegenüber dem nicht dargestellten Wandlergehäuse stark gedämpft zu lagern.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Bedämpfung eines Resonatortopfes, die mit der oben beschriebenen Bedämpfung des Innenraums des Resonators einhergehen kann, aber auch unter Umständen ohne sie auskommt. Dabei ist der Resonator­ topf 11 aus einem gezogenen Eisentopf 12 gebildet, der mit einer Kunststoffumspritzung 13 versehen ist, die den Resona­ tortopf hinreichend bedämpft. Ein wesentlicher weiterer Vor­ teil besteht darin, daß die umlaufenden Nuten 8, 9 beim Gieß­ vorgang gleichzeitig mit eingeformt werden können.

Claims (9)

1. Ultraschallwandler, bei dem am Boden (2) eines im we­ sentlichen zylinderförmigen Resonatortopfes (1) ein pie­ zokeramischer Schwinger (3) angeordnet ist, wobei zu­ mindest an einigen Stellen des Resonators (1) zur Be­ dämpfung Dämpfungsmaterial (4) angreift, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Innenraum des Resonators ein aus Silikonschaum bestehender Dämpfungskörper (4) eingefügt ist, welcher unter Vorspannung sowohl auf den Schwinger (3) als auch auf die ggf. den Schwinger umgebende Boden­ fläche (2) des Resonators (1) einwirkt.

2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dämpfungskörper (4) durch einen im Reib­ schluß mit der inneren Mantelfläche des Resonators (1) gehaltenen Stopfen (7) unter Vorspannung gegen den Boden (2) des Resonatortopfes (1) gehalten ist.

3. Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stopfen (2) aus Silikonvollmaterial in eine definierte Form gegossen oder vorzugsweise mittels Was­ serstrahl in die gewünschte Form aufgeschnitten ist.

4. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Dämp­ fungskörpers (4) derart gewählt ist, daß er bei einge­ fügtem Stopfen (7) eine gegenüber der auf den Boden aus­ geübten Kraft vernachlässigbare kleine Kraft auf die innere Mantelfläche des Resonatortopfs (1) ausübt.

5. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatortopf (1) aus Aluminium oder Eisen gebildet ist.

6. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus Duroplast gebildet ist.

7. Ultraschallwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest Teile der Innenfläche und/oder der Außenfläche des Resonators (1) und/oder die dem Resonatorboden (2) abgewandte Fläche des Schwingers (3) mit einer Dämpfungsschicht aus Thermoplast und/oder Duraplast überzogen ist.

8. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatortopf (1) im wesentlichen aus einem Duroplastkörper gebildet ist, mit welchem eine Stahl-, Aluminium- oder Eisenmem­ bran vergossen ist.

9. Ultraschallwandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Kunststoffschicht an der äuße­ ren Mantelfläche des Resonators (1) umlaufende Nuten (8 oder 9) zur Aufnahme eines Entkoppelungskörpers (10) eingefügt sind, welcher den Resonator im Abstand zu dem Wandlergehäuse hält.