DE19835782A1 - Ultrschallwandler mit in Wandlerlängsrichtung angeordneter Platine für eine elektrische Schaltung - Google Patents
Ultrschallwandler mit in Wandlerlängsrichtung angeordneter Platine für eine elektrische SchaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, insbeson
dere für eine Abstandswarnanlage in Kraftfahrzeugen. Der
artige Warnanlagen dienen dazu, für den Fahrer nicht er
kennbare Hindernisse im Umfeld des Fahrzeugs zu melden und
so dem Fahrer bei Park- und Rangiervorgängen behilflich zu
sein. Aufgrund des ständig knapper werdenden Parkraums be
steht ein wachsender Bedarf an derartigen Parkhilfesyste
men, bei denen in der Regel mehrere Ultraschallwandler am
hinteren und vorderen Stoßfänger angebracht werden. Da auch
derartige Parkhilfesysteme für preiswertere Fahrzeugtypen
eingesetzt werden sollen, ist es erwünscht, den Aufbau und
die Montagefreundlichkeit der Ultraschallwandler zu verein
fachen. Der prinzipielle Aufbau derartiger Ultraschallwand
ler ist beispielsweise in der DE-OS 38 26 799 beschrieben.
Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler,
wie er sich aus den Merkmalen des Oberbegriffs des An
spruchs 1 ergibt. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkma
le des kennzeichnenden Teils nach Anspruch 1. Die Erfindung
besteht im Prinzip also darin, die die Elektronikschaltung
tragende Platine (vielfach auch als Leiterplatte bezeich
net) nicht mehr in der üblichen Weise quer zur Gehäuse
längsrichtung einzusetzen, sondern diese im wesentlichen in
Längsrichtung des Wandlers einzufügen. Hierdurch ergeben
sich viele vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeiten, wie
sie weiter unten erläutert werden. Diese Weiterbildungs
möglichkeiten bestehen insbesondere in einer stark verein
fachten Verbindungstechnik der Baugruppen innerhalb des
Wandlers, in einer vereinfachten Bestückung des Wandlers
mit seinen Baugruppen und Bauelementen sowie einer stark
vereinfachten Anschlußtechnik des Wandlers selbst sowie
einer verbesserten Lagestabilisierung des Wandlers inner
halb des Gehäuses. Eine vereinfachte Bestückung ergibt sich
dadurch, daß die Platine in Längsrichtung des Wandlersge
häuses in dieses eingeschoben werden kann. Das schwierige
Einfügen der Platine in ihrer quer zur Gehäuselängsrichtung
stehenden Lage entfällt somit. Weiterhin erstreckt sich die
Platine nunmehr in Richtung der ersten und zweiten Verbin
dungsleitungen, so daß sich zum Einen die Länge der Verbin
dungsleitungen verkürzt und zum Anderen die Verbindungs
leitungen nicht mehr so stark gekrümmt werden müssen. An
ders gesehen bildet die Platine selbst also jetzt einen
Abschnitt der Verbindung zwischen dem Piezzo-Kristall und
den äußeren Anschlüssen des Wandlers.
Vielfach ist es erwünscht, die elektrische Schaltung auf
der Platine vor dem endgültigen Verschließen des Gehäuses
oder während des Einbaus in das Gehäuse durchzumessen bzw.
abzugleichen. Hierbei ist es also erwünscht, mit möglichst
kurzen Verbindungswegen das Verstärkungs- und/oder Schwin
gungsverhalten der elektrischen Schaltung zu messen. Hier
für empfiehlt sich insbesondere die Verwendung der in An
spruch 2 aufgeführten Merkmale. Die Verbesserung besteht im
Prinzip also an dieser Stelle darin, anstelle einzelner
über Lötverbindung anzuschließender Verbindungsdrähte eine
lösbare elektrische Verbindung vorzusehen, so daß sowohl
die Meßvorgänge als auch der Anschluß des gehäuseseitigen
Anschlußsteckers in einfacher Weise mit der Platine elek
trisch verbunden werden kann.
Um die Kontaktgabe und den Aufbau der zweiten Verbindungs
leitungen zu verbessern, empfiehlt sich insbesondere in
Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach
Anspruch 3. Dabei sind die zweiten Verbindungsleitungen
durch in Längsrichtung des Gehäuses erstreckende federnde
Kontaktarme gebildet, so daß anders ausgedrückt, die
Steckerstifte gleichzeitig auch die zweiten Verbindungsleitun
gen bilden.
Die Kontaktarme können teilweise mit dem Gehäuse vergossen
sein, müssen es aber nicht. Es genügt auch, wenn sie in
entsprechende Ausnehmungen eingelegt und von diesen geführt
werden.
Um den Kontakt zu verbessern, empfiehlt sich in Weiterbil
dung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2.
Danach sind die Federarme federnd ausgeführt, um einen
bleibenden Kontakt auch bei geringfügigen Lageänderungen
der Leiterplatte zu gewährleisten. Im übrigen sorgen die
Kontaktfedern für eine auf die Leiterplatte gerichtete Vor
spannung, die sie auch mechanisch in der vorgegebenen Lage
halten.
Das Vergießen der federnden Kontaktarme mit dem Gehäuse
sorgt gleichzeitig für eine gute Verbindung und einen f
esten Halt dieser Arme im Gehäuse.
Um die Bestückung des Gehäuses mit der Leiterplatte und
auch der anderen Komponenten wie Stopfen und Resonator zu
vereinfachen, empfiehlt sich in Weiterbildung die Merkmals
kombination nach Anspruch 4. Die Leiterplatte kann somit in
einfacher Weise mit ihren Kanten in die parallel verlaufen
den Nuten eingeschoben und von dem ersten Gehäuseteil ge
halten werden. Dabei sind ihre Kontakte bei Anwendungen der
Merkmale nach Anspruch 5 wegen der vorspringenden Arme zu
Meßzwecken leicht zugänglich. Nach dem Meßvorgang kann das
mit dem Kontaktarm versehene zweite Gehäuseteil mit dem
ersten Gehäuseteil zusammengefügt werden, wobei dessen fe
dernde Kontaktarme an den zugeordneten Kontakten der Kon
taktleiste auf der Leiterplatte angreifen. Dabei spannen
die federnden Kontaktarme die Leiterplatte in Richtung des
Innenraums des Gehäuses des ersten Gehäuseteils vor und
halten somit die Leiterplatte fest in der gewünschten Lage.
Um den Raum innerhalb des Gehäuses gut auszunutzen und die
Länge des Gehäuses zu verringern, läßt sich vorteilhaft die
Merkmalskombination nach Anspruch 6 anwenden. Dabei kommen
die Kontaktarme in radialer Richtung aus dem Anschluß
stecker des ersten Gehäuseteils und können hierdurch eine ver
gleichsweise große Länge erhalten. Diese wiederum läßt sich
zur Verbesserung der Federwirkung der Kontaktarme ausnut
zen. Die Arme können damit vergleichsweise lang und ohne
komplizierte Formgebung ausgeführt sein.
Durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 lassen sich die beiden
Gehäuseteile besonders einfach und lösbar zusammenfügen.
Weiter oben wurde der Vorschlag gemacht, die zweiten Ver
bindungsleitungen durch lange Kontaktarme zu bilden, so daß
anders ausgedrückt die Steckerstifte gleichzeitig die Ver
bindungsfunktion zur Platine hin übernehmen. Eine besonders
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 1
oder 2 besteht in der Merkmalskombination nach Anspruch 8.
Dabei werden die Verbindungsleitungen weder durch einzeln
anzulötende Drähte noch durch federnde Kontaktarme, sondern
durch eine flexible Leiterfolie gebildet. Hierdurch ent
fällt das Anlöten der einzelnen Verbindungsleitungen an die
Kontakte der Leiterplatte. Vielmehr können alle Kontaktie
rungsvorgänge in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt
werden. Durch die erfindungsgemäße Lage der Platine wird
die flexible Leiterfolie nur geringfügig gebogen. Im übri
gentkann die Folie aus einem hochbelastbaren thermisch sta
bilen Material bestehen, so daß auch ein Ausgießen bzw.
Ausschäumen des Gehäuses die Verbindungsleitung (Leiterfo
lie) nicht beschädigt. Eine besonders große Vereinfachung
erhält man durch die Anwendung der Merkmale nach Anspruch
9. Dabei wird nur eine einzige flexible Leiterfolie vor
gesehen, auf der sowohl die ersten und zweiten Verbindungs
leitungen aufgebracht sind, so daß sich hierdurch die Zahl
der zu bestückenden Bauelemente verringert. Um die elek
trische Schaltung mit der flexiblen Leiterfolie zu verbin
den, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die
Merkmalskombination nach Anspruch 10. Hierbei wird die
elektrische Schaltung auf einer gesonderten in sich festen
Leiterplatte aufgebracht, so daß diese zu Meß- und Ab
gleichzwecken leicht handhabbar und mechanisch befestigbar
ist. Die Befestigung kann durch eine Stempellötung, Durch
kontaktierung oder ein ähnlich gebräuchliches Verfahren
erfolgen. Um den für die Bestückung und die Leiterführung
auf der starren Leiterplatte zur Verfügung stehenden Platz
zu vergrößern, empfiehlt sich in Weiterbildung die Merk
malskombination nach Anspruch 11. Es wird also auf der fle
xiblen Leiterfolie eine allseits umrandete Ausnehmung vor
gesehen, in die kurze Abschnitte der kontaktierbaren Lei
terbahnen ragen. Diese Kontakte werden mit Verbindungskon
takten der Leiterplatte verbunden. Durch diese Maßnahme
wird ein Übergreifen der Leiterfolie über die starre Lei
terplatte weitgehend vermieden, so daß ein größerer Be
stückungsraum zur Verfügung steht. Außerdem besteht die Mög
lichkeit, bei beidseitig genutzten Leiterplatten von beiden
Seiten auf die Leiterplatte weiterhin zugreifen zu können.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Leiterplatte schafft
weiterhin die Möglichkeit einer einfachen und sicheren La
gerung der Platine bzw. Leiterplatte, wobei die zur Verbin
dung dienende Platine auch als flexible Leiterfolie ausge
staltet sein kann, wie weiter oben erläutert. Dabei kann
eine entsprechende Führungsnut an jeder Seite der Folie
bzw. Platte vorgesehen sein oder aber auch nur eine ein
seitige Führung eingesetzt werden.
Eine weitere Vereinfachung, mit der sich die zusätzliche
Leiterplatte einsparen läßt, ergibt die Merkmalskombination
nach Anspruch 13. Dabei wird die elektrische Schaltung im
wesentlichen durch einen hochintegrierten Baustein darge
stellt, der direkt auf der flexiblen Folie sitzt, so daß
die sonst notwendige Verbindung zwischen Bauelementen und
Leiterplatten und der Leiterplatte wiederum mit der Folie
durch eine direkte Verbindung des Bausteins gegenüber der
Folie ersetzt ist.
Eine weitere aus der Erfindung resultierende vorteilhafte
Weiterbildung beschreibt Anspruch 14. Danach wird der
Piezzo-Kristall mit seinen Anschlüssen direkt auf die Leit
erfolie aufgesetzt und mit dieser elektrisch verbunden.
Hierbei können wiederum gleichzeitig mehrere Kontaktstellen
gleichzeitig kontaktiert werden und man erhält eine sehr
stabile und sichere erste Verbindung zwischen der elektri
schen Schaltung und dem Piezzo-Kristall. Außerdem kann die
erste Verbindungsleitung mit dem Piezzo-Kristall so als
mechanische Einheit gehandhabt werden.
Um die für den Wandler notwendige in der Regel topfförmige
Membran sicher und störungsfrei lagern zu können, empfiehlt
sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination
nach Anspruch 15. Die Verwendung eines Silikon-Rings ist an
sich bekannt und beispielsweise in der DE-OS 196 01 656
beschrieben. Die Erfindung macht es aber möglich, daß die
Membran in eine spritzgegossene ringförmige Schicht aus
elastischerem Material eingegossen wird, wobei regelmäßig
der Boden des Membrantopfes gegenüber dem Übertragungsmedi
um Luft zugänglich sein soll, so daß vorzugsweise zumindest
Teile der Mantelfläche des Topfs durch die elastische Zwi
schenschicht eingehüllt werden. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung kann dann die äußere Gehäusewand die Zwi
schenschicht zumindest teilweise umschließen (Anspruch 16).
Um das Gehäuseinnere in der erwünschten Weise zu bedämpfen
und das Gehäuse zu schließen, empfiehlt sich in Weiterbil
dung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch
16. Hierbei wird eine Zugentlastung geschaffen, da sich
durch die beispielsweise zackenförmigen Randstrukturen Hin
terschneidungen beispielsweise hinsichtlich der Ausgießmas
se ergeben, die die Leiterfolie bzw. die Leiterplatte si
chern und somit gleichzeitig für eine Zugentlastung der
Verbindungsleitungen sorgen. Als Ausgießmasse hat sich ge
mäß der Merkmalskombination nach Anspruch 18 ein Ausschäu
men des Innenraums des Gehäuses bewährt.
Vielfach ist es erwünscht, daß der Abgang der Anschlußlei
tungen von dem Wandler beliebig gewählt werden kann. Hier
bei empfiehlt sich insbesondere die Verwendung der Merk
malskombination nach Anspruch 19.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die zweiten Verbin
dungsleitungen in einem festen und thermisch sowie mecha
nisch hochbelastbaren sowie biegbaren Material gelagert
sind, so daß die Lage der Anschlußleitungen zum Kabelsatz
hin gegenüber dem Wandlergehäuse unkritisch wird.
Die Kontaktgabe der zweiten Anschlußleitungen hin zu dem
mehrere Wandler mit einer zentralen Steuerung verbindenden
Kabelsatz kann durch einfache kontaktierbare Bezirke auf
dem herausragenden Teil der zweiten Verbindungsleitung be
stehen. Diese Bezirke können durch einen wasserdichten
Steckeranschluß gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch
21 gefaßt sein, so daß man eine biegsame Anschlußleitung
für den Wandler erhält. Eine andere Anschlußmöglichkeit an
den Kabelsatz ist in der Merkmalskombination nach Anspruch
22 beschrieben. Danach besteht der Kabelsatz ebenfalls vor
zugsweise durch eine flexible Leiterfolie, so daß zum An
schluß des Wandlers an den Kabelsatz nur die beiden Folien
z. B. durch Durchkontaktierung oder Stempellötung mitein
ander verbunden werden müssen.
Die Verwendung von Leiterfolien sowohl für die abgehende
zweite Verbindungsleitung des Wandlers als auch für den
Kabelsatz hat den Vorteil, daß die Merkmalskombination nach
Anspruch 23 zur Befestigung dieser Bauelemente an den Stoß
fängern angewendet werden kann. Da nämlich die Leiterfolien
flach sind, steht eine genügend große Fläche für eine fest
haftende Klebeschicht zur Verfügung.
Als Verbindungsmöglichkeit zwischen den als flexible Lei
terfolien ausgestalteten Kabelsatz und der Verbindungslei
tung bzw. der Verbindungsleitung und der Leiterplatte emp
fiehlt sich gemäß Anspruch 24 eine Stempellötung, aber auch
andere Verbindungsmöglichkeiten können sich hier bewähren
wie beispielsweise eine Kontaktnietung oder ähnliches. Um
die Löt- oder Nietverbindung zu sichern, empfiehlt sich in
Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach
Anspruch 25. Dabei wird eine Zugentlastungsschelle vorgese
hen, die eine Bewegungsmöglichkeit der Leiterfolien in
Längsrichtung der Leiterbahnen verhindern. Diese Schellen
können direkt im Kontaktierungsbereich angebracht sein und
bei einem entsprechende Aufbau der Schelle gleichzeitig
auch die Kontaktierung bewirken.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an
hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung einen erfin
dungsgemäßen Wandler in einer ersten Blickrich
tung.
Fig. 2 den Wandler nach Fig. 1 aus einer zweiten Blick
richtung.
Fig. 3 in auseinandergezogener Darstellung die Anwendung
einer flexiblen Leiterfolie für die Verbindungs
leitungen.
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit einer
als Zugentlastung wirkenden Randstruktur der Folie.
Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 3.
Fig. 6 ausschnittsweise eine gegenüber Fig. 3 geänderte
Ausführungsform.
Fig. 7 eine Halterungsmöglichkeit der Platine innerhalb
des Gehäuses.
Fig. 8 in stark schematisierter Ausführungsform einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Wandler.
Fig. 9 in perspektivischer Ansicht den Wandler mit her
ausgeführter flexibler Leitungsfolie als Wandler
anschluß.
Fig. 10 in symbolischer Darstellung einen Kabelsatz mit
Anschlußmöglichkeit für die einzelnen Wandler.
Fig. 11 eine Zugentlastungsschelle mit einem Kontaktie
rungsbereich zwischen Wandlerabgang und Kabelsatz
und
Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 9 mit Zug
entlastungsschelle.
Das Gehäuse des in Fig. 1 gezeigten Wandlers besteht aus
einem ersten Gehäuseteil 1 und einem zweiten Gehäuseteil 2,
wobei das zweite Gehäuseteil in den Figuren teilweise aufge
brochen dargestellt ist.
Das erste Gehäuseteil besitzt zwei vorspringende, einander
gegenüberliegende Haltearme 3, die zwei Führungsnuten 4
tragen, welche zur Führung und Aufnahme der Ränder 5 der
Leiterplatte 6 dienen. Damit kann die Leiterplatte 6 zwi
schen die Haltearme 3 eingeschoben und von diesen gehalten
werden.
Die Leiterplatte ist mit einer Kontaktleiste 7 versehen,
die aus einzelnen Kontakten 8 an dem dem zweiten Gehäuse
teil 2 zugewandten Ende 9 der Leiterplatte 6 angeordnet
sind. Wie ohne weiteres ersichtlich, sind bei Einbau der
Leiterplatte 6 in die Haltearme 3 die Kontakte 8 von außen
leicht zugänglich, so daß Abgleichsmessungen für die auf
der Leiterplatte 6 befindlichen Schaltkreise ohne Schwie
rigkeiten durchgeführt werden können.
Nach dem Abgleich der Leiterplatte wird das zweite Gehäuse
teil 2 mit dem ersten Gehäuseteil 1 über dessen Rastlaschen
10 zusammengefügt, welche dargestellte Rücksprünge (13) an
dem zweiten Gehäuseteil 2 im zusammengebauten Zustand hin
tergreifen.
Um die Drehlage des Sensors beim Einbau in einen Stoßfänger
festzulegen, ist das zweite Gehäuseteil 2 mit asymmetrisch
angeordneten Ausnehmungen 33 versehen. Hierdurch wird eine
drehrichtige Lage der beiden Gehäuseteile zueinander er
zwungen.
Um die drehrichtige Lage des zusammengebauten Gehäuses in
der Stoßstange zu erzwingen, ist ein Führungsansatz 14 an
der Außenfläche des zweiten Gehäuseteils 2 vorgesehen. Die
Lage in Längsrichtung des Sensors ist durch einen umlaufen
den Vorsprung 15 festgelegt.
Über einen im wesentlichen ringförmigen Stopfen ist der
Resonator 18 des Wandlers in dem Innenraum des ersten Ge
häuseteils 1 gehalten.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung der Kontaktleiste
auf der Seite 9 der Leiterplatte 6 beschränkt. Entsprechen
de Kontakte können auch auf der gegenüberliegenden Seite 19
der Leiterplatte vorgesehen werden und beispielsweise zur
Kontaktierung dieser Platte mit dem in dem Resonator 17
befindlichen Piezzo-Kristall dienen. Hierzu können ebenso
wiederum Federarme vorgesehen sein, die an ihrem einen Ende
an dem Piezzo-Kristall angreifen und an ihrem anderen Ende
zu den nicht dargestellten Kontakten auf der Leiterplatten
seite 19 angreifen. Dabei kann der Resonator 18 beispiels
weise einen Einsatz besitzen, welcher die federnde Kontakt
gabe zwischen dem Gehäuse des Resonators bzw. dem Piez
zo-Kristall auf der einen Seite und den Kontakten auf der
Seite 19 der Leiterplatte 6 sicherstellen.
In die Halteelemente (Haltearme) könnte zusätzlich auch die
Verrastfunktion integriert werden (skizziert in Fig. 1),
die durch einen nicht dargestellten Rasthaken im Haltearm
angedeutet sein können. Haltearme 3, aufgebaut als 3D-MID-Teil
(leitfähiger Kunststoff), können weiterhin zur Kontak
tierung zwischen Resonator 18 und Leiterplatte 6 dienen.
Die Vorteile dieser Maßnahmen sind klar ersichtlich, da
hierdurch in einfacher Weise das erste Gehäuseteil 1 von
beiden Seiten in Längsrichtung des Wandlers bestückbar ist,
wobei von der einen Seite die Leiterplatte 6 eingeschoben
wird und von der anderen Seite Resonator 18 und Stopfen 17
eingefügt werden.
Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung aus einer
anderen Blickrichtung den Wandler nach Fig. 1. Für die Er
findung besonders wichtig sind die federnden Kontaktarme
20, die in radialer Richtung von einem nicht näher darge
stellten radial angeordneten Anschlußstecker 21 in den In
nenraum des zweiten Gehäuseteils 2 sich erstrecken. Die
Federarme 20 tragen an ihren in dem Innenraum des zweiten
Gehäuseteils 2 befindlichen Enden sich in Längsrichtung des
Wandlers erstreckende Anschlußklemmen 22, die die Kontakte
8 zu beiden Seiten der Leiterplatte 2 aufnehmen und so eine
gute elektrische Verbindung schaffen. Um die Kontaktgabe zu
verbessern und den Weg der Klemmen 22 zu begrenzen, kann
eine Aufnahmeklaue 23 an der Rückwand des zweiten Gehäuse
teils 20 angespritzt sein. Die Erfindung läßt sich mit an
deren Worten kurz wie folgt zusammenfassend beschreiben:
Ein Ultraschallwandler, bestehend aus den Teilen Membran 18, Stopfen 17, Gehäuse vorne 1, bestückte Leiterplatte 6 und Gehäuse hinten 7 soll montiert werden. Um die Ferti gungszeit zu senken, soll ein einfacheres Handling sowie die Einsparung von Lötprozessen angestrebt werden. Hierzu sind am vorderen Gehäuseteil Haltearme angespritzt, welche die Leiterplatte tragen. An der Leiterplatte sind Steck verbindungskontaktierungen angebracht, um eine einfache Steckverbindungs-Kontaktierung mit dem modifizierten hinte ren Gehäuseteil 2 realisieren zu können. Die Membran mit aufgeschobenem Stopfen wird von vorne in das vordere Gehäu seteil eingeschoben.
Ein Ultraschallwandler, bestehend aus den Teilen Membran 18, Stopfen 17, Gehäuse vorne 1, bestückte Leiterplatte 6 und Gehäuse hinten 7 soll montiert werden. Um die Ferti gungszeit zu senken, soll ein einfacheres Handling sowie die Einsparung von Lötprozessen angestrebt werden. Hierzu sind am vorderen Gehäuseteil Haltearme angespritzt, welche die Leiterplatte tragen. An der Leiterplatte sind Steck verbindungskontaktierungen angebracht, um eine einfache Steckverbindungs-Kontaktierung mit dem modifizierten hinte ren Gehäuseteil 2 realisieren zu können. Die Membran mit aufgeschobenem Stopfen wird von vorne in das vordere Gehäu seteil eingeschoben.
Am vorderen Gehäuseteil sind 2 Flügel 3 mit Nut 4 an
gespritzt, in welche die Leiterplatte eingeschoben wird,
und während des Lötvorganges der Leiterplatten die Litzen
an die Leiterplatte sowie den Laserabgleich fixiert wird.
Das Handling des Wandlers in diesem vormontierten Zustand
wird hierdurch erleichtert. Nach erfolgtem Abgleich wird
das hintere Gehäuseteil mit angespritzten, kundenspezifi
schen Steckergehäuse aufgesteckt bzw. geclipst. Im hinteren
Gehäuseteil sind Steckerstifte mit Steckerbuchsen einge
spritzt, wie sie auch bei Platinen-Steckverbindungen im
Computerbereich vorzufinden sind. Entsprechend ist die Lei
terplatte mit aufgebrachten Stecksockelkontaktierungen ver
sehen.
Eine weitere Möglichkeit ist der Wegfall sämtlicher Löt
verbindungen im Wandler. Hierzu ist die Kontaktierung Piez
zomembran/Leiterplatte mittels Ringkontakt zu realisieren,
welche sich im Bereich der Membran mittels Federn, und im
Bereich der Leiterplatte ebenfalls mit Steckverbindungen
kontaktiert.
- - einfacheres Handling
- - Lötvorgang für Kontaktierung Steckmuf fe/Leiterplatte entfällt
- - somit Reduzierung der Fertigungszeit
- - einfacher Ausbau falls beim Abgleich deren Ausfall.
In Fig. 3 ist eine flexible Leiterfolie 50 gezeigt, welche
erste Verbindungsleitungen 51 und zweite Verbindungsleitun
gen 52 umfaßt. Die flexible Leiterfolie 50 hat eine durch
gehende Ausnehmung 53, in die kurze Ansätze 54 ragen, in
welche die Leiterbahnen 49 der Verbindungsleitungen 51, 52
münden. Diese Leiterbahnenden sind als blanke Kontaktstel
len ausgestaltet, auf welche Kontakte einer Platine 56 auf
gesetzt werden können, die beispielsweise als starre Lei
terplatte ggf. aber auch als flexible Leiterplatte ausge
staltet sein kann. Auf der Leiterplatte sitzen elektroni
sche Bauelemente und entsprechende Leitungsverbindungen,
die beispielsweise durch einen Elektronikbaustein 57 re
präsentiert werden. Die Kontakte 55 werden mit den als Kon
taktstellen 54 wirkenden Ansätzen in geeigneter Weise elek
trisch miteinander verbunden, beispielsweise durch Stempel
lötung, Durchkontaktierung oder Nietkontaktierung. Vorteil
haft dabei ist, daß die flexible Leiterfolie sowohl beide
Verbindungsleitungen 51, 52 als auch die Aufnahmefläche für
die Leiterplatte 56 umfaßt. Das dem Piezzo-Kristall bzw.
der Piezzo-Keramik 58 zugeordnete Leitungsende 59 dient zur
Befestigung des Piezzo-Kristalls an der Leiterfolie 50,
wobei über diese Leiterfolie gleichzeitig die Kontaktierung
der Piezzo-Keramik 58 gegenüber der ersten Verbindungslei
tung 51 vorgenommen wird. Einzelheiten sind in Fig. 5 dar
gestellt.
Die zweite Verbindungsleitung 52 mündet in einem Stecker
gehäuse 60, welches entsprechende Steckkontakte bzw. Steck
stifte besitzt und welches über ein Rastelement 61 in eine
Steckaufnahme lösbar eingefügt werden kann. Dieser als was
serdichter Steckeranschluß MQS ausgeführte Stecker kann
beispielsweise mit dem Wandlergehäuse verrastet sein, aber
auch wie im Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert, über die
Verbindungsleitung 52 gegenüber dem Sensorgehäuse beweglich
angeordnet sein.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt A von Fig. 1 skizziert ver
größert gezeichnet. Wesentlich dabei ist der strukturierte
Rand 63, welcher bei einem eingeschäumten oder ausgegosse
nen Gehäuse für eine Zugentlastung in Längserstreckungs
richtung der flexiblen Leiterfolie 50 sorgt.
Es ist allerdings nicht notwendig, daß die erste Verbin
dungsleitung 21 mit der zweiten Verbindungsleitung 52 über
die Randbereiche 64, 65 miteinander verbunden sind. Die Ver
bindung kann auch über die Leiterplatte 56 selbst und ent
sprechende mechanische bzw. elektrische Verbindungen ge
schehen, wobei die elektrischen Verbindungen gleichzeitig
auch eine mechanische Verbindung schaffen. Der strukturier
te Rand 63 kann in diesem Falle auch in den entsprechenden
Randbereichen der Platine 56 bzw. der Leiterplatte 56 an
gebracht werden. Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung
des Ausschnittes B in Fig. 1. Dabei ist zu sehen, daß der
Piezzo-Kristall 59 eine im wesentlichen kreisscheibenförmi
ge Gestalt hat, auf dessen dem Betrachter zugewandten Flä
che das ringförmig ausgeschnittene Ende 66 der Verbindungs
leitung 51 liegt, wobei in der ringförmig ausgeschnittenen
Fläche die Kontaktierungsebenen 67 des Piezzo-Kristalls 59
zu erkennen sind, an denen Anschlußenden 68 der Leiterbah
nen der Verbindungsleitung 51 kontaktiert sind.
Fig. 6 zeigt eine abweichende Lösung für den Aufbau der
Elektronikschaltung, wobei statt der Leiterplatte 56 ein
hoch integrierter Baustein auf die keine Ausnehmung auf
weisende flexible Leiterfolie 50 gesetzt ist.
Der hoch integrierte Baustein ASIC ist mit 69 bezeichnet.
Die gegenüber Fig. 3 nicht dargestellten Bereiche können
wie in Fig. 3 gezeigt ausgeführt sein.
In Fig. 7 ist in aufgeschnittener Darstellung ein Gehäuse
teil für den Wandler gezeigt. Besonders wichtig dabei sind
die Einschubnuten 70, die zur Führung des Randes der flexi
blen Leiterfolie 50 bzw. des Randes der Leiterplatte 56
bzw. Platine dienen.
In Fig. 8 ist in symbolischer Darstellung die Bauelemente-
Gruppe Fig. 3 in das einteilige Sensorgehäuse 71 eingefügt.
Man sieht, daß die Leiterplatte 56 mit elektronischen Bau
elementen 57, 87 beidseitig bestückt ist, wobei der elektro
nische Baustein 57 entsprechend Fig. 3 durch die Ausnehmung
53 der flexiblen Leiterfolie 50 ragt. Der Piezzo-Kristall
59 sitzt am Boden 72 des Wandlertopfs 73, das Innere des
hohlzylinderförmigen Gehäuses 71 ist mit Kunststoff ausge
gossen bzw. ausgeschäumt, um die in dem Gehäuse 71 sitzen
den Baugruppen zu sichern bzw. den Innenraum des als Reso
nator 73 dienenden Wandlertopfes in geeigneter Weise zu
bedämpfen. Ein freies Ende 74 der zweiten Verbindungslei
tung 52 ragt aus der Vergußmasse 75 des Wandlergehäuses 71,
so daß der gemäß Fig. 3 an das Ende der Verbindungsleitung
52 angefügte Stecker 60 gegenüber dem Wandlergehäuse frei
bewegbar ist. Üblicherweise wird man für das Wandlergehäuse
71 regelmäßig ein festes wenig elastisches Material vorse
hen. Da aber andererseits die Mantelflächen des Wandler
topfs 73 elastisch aufgehängt sein müssen, wird vorgeschla
gen, um den Topf eine elastische Schicht 76 zu gießen, die
einen Zwischenraum zwischen dem Topf 73 und dem Gehäuse 71
ausfüllt. Die elastische Schicht kann auch durch einen ent
sprechend ausgeformten Silikonring gebildet sein. Anderer
seits ist es möglich, erst die elastische Schicht 76 an die
Mantelfläche des Wandlertopfs 73 anzugießen und danach in
einem zweiten Schritt in einem Spritzgußverfahren das Wand
lergehäuse 71 zu formen. In Fig. 9 ist ein zweigeteiltes
Gehäuse 77 dargestellt, wobei aus diesem Wandlergehäuse das
freie Ende 74 der Verbindungsleitung 52 ragt. Die auf die
flexible Leiterfolie aufgebrachten Leiterbahnen 78 münden
in Kontaktbezirken 79, über die der Wandler 77 an eine zen
trale Steuerung anschließbar ist. In dem freien Ende 74
sind noch vier Löcher 80 eingezeichnet, die beispielsweise
zur Zugentlastung der Verbindungsleitung 52 im Kontaktbe
reich dienen können. Hierzu kann wie in Fig. 12 gezeigt
eine Schelle 82 vorgesehen sein, die das freie Ende 74 der
Verbindungsleitung 52, des Wandlers 77 sichert. In Fig. 11
ist eine geeignete Zugentlastungsschelle 82 gezeigt, wobei
der Schellenkörper gegenüber dem Fahrzeug beispielsweise
über einen in Fig. 10 dargestellten Stoßfänger gesichert
ist. Die Schelle 82 in Fig. 11 kann beispielsweise durch
geeignete Ausgestaltung nicht nur zur Zugentlastung dienen,
sondern auch die Kontaktierung unterstützen, wobei zur Zug
entlastung Stifte 85 durch die Löcher 80 greifen. Der
Deckel der Schelle 82 ist durch eine Rastverbindung gesichert.
In Fig. 10 ist noch dargestellt, daß ein Kabelsatz 85 zur
Verbindung einzelner an dem Stoßfänger 83 befestigter Wand
ler mit einem zentralen Stecker 86 dienen kann. Der Kabel
satz 85 kann dabei wiederum als flexible Leiterfolie ausge
staltet sein, deren Leiterbahnen 78 entsprechend Fig. 11
über die zugeordneten Kontaktbezirke 79 durch Stempellötung
miteinander verbunden sind. Der Kabelsatz 85 ist in eine
Anzahl von abgehenden Enden 86 aufgeteilt, die zu den frei
en Enden 74 der einzelnen nicht dargestellten Wandler ge
führt sind. Der als flache flexible Leiterfolie ausgestal
tete Kabelsatz 85 kann mit einer Klebschicht versehen sein,
mit der er an der Innenseite des Stoßfängers 83 festgeklebt
wird. Die Kontaktbezirke bilden Lötstellen und dienen als
vorbereitete Lotdepots. Die Zinken 88 greifen durch ent
sprechende Löcher 80 in beiden Folienabschnitten 86, 74
durch, wobei die Folienabschnitte laschenartig von dem
Wandlergehäuse 74 bzw. dem Kabelsatz 85 abstehen (Fig. 9,
Fig. 10). Die flexiblen Leiterfolien können aus Polyamid
gefertigt sein. Dabei handelt es sich um einen Kunststoff
mit hoher mechanischer und thermischer Belastbarkeit. Auf
diesen Kunststoff werden mittels geeigneter Verfahren die
einzelnen Leiterbahnen aufgebracht und mit einer weiteren
Folie abgedeckt. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses kann
folgendermaßen vorgegangen werden: Die Membran wird entwe
der in einem Silikonring innerhalb des Gehäuses gelagert
oder direkt in das Gehäuse eingespritzt bzw. in das ein
teilige zylinderförmige Gehäuseteil 71 eingeschoben. Über
die Leiterplatte bzw. Platine 56 wird die flexible Leit
erfolie 50 gelegt und die Leiterplatte mittels Stempellö
tung (5fach) mit der Folie elektrisch leitend und mecha
nisch verbunden. Anschließend wird der gesamte Strang ein
schließlich des vormontierten Piezzo-Kristalls nach vorn in
das Gehäuse eingeführt. Der Piezzo-Kristall 59 wird auf dem
Gehäuseboden durch applizierten Kunststoff aufgebracht und
so auf die Membran aufgeklebt und die flexible Leiterfolie
im Bereich der Leiterplatte über die in das Gehäuse 71 in
tegrierte Einschubnut 70 gesichert. Der Teil der Leiter
platte, welcher noch durchzumessen und mit einem Laser ab
zugleichen ist, schaut hierbei noch aus dem Gehäuse heraus.
Nach dem Laserabgleich wird dann die Leiterplatte voll in
das Gehäuse 51 eingeschoben und vergossen bzw. ausge
schäumt. Es ist auch denkbar, wie in Fig. 77 gezeigt, das
Gehäuse 71 zweiteilig auszuführen.
Claims (25)
1. Ultraschallwandler, insbesondere für eine Abstands
warnanlage mit einem Gehäuse (71, 74), in welchem ein
mit einem Piezzo-Kristall (59) versehener Resonator
(73) sowie eine elektrische Schaltung (57, 58) tragen
de Platine (56) angeordnet sind, wobei der Wandler
mit kontaktierbaren Anschlußkontakten versehen ist
und wobei erste Verbindungsleitungen (51) den
Piezzo-Kristall (59) mit der elektrischen Schaltung (57, 58)
und zweite Verbindungsleitungen (52) die elektrische
Schaltung mit den Kontakten (79, 60) verbinden und
wobei die Kontakte mit einem Kabelsatz (85) verbind
bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine
(56) in einer Ebene angeordnet ist, deren Senkrechte
im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des
Gehäuses (71, 77) steht.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Verbindungsleitung (20) mit
elektrischen Kontakten (22) versehen ist, welche lei
terplattenseitig mit Kontakten (7) einer Kontaktlei
ste (8) an der Platine (6) lösbar verbunden sind.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweiten Verbindungsleitungen (20)
durch mit dem Gehäuse (1, 2) vorzugsweise vergossene
federnde Kontaktarme (20) gebildet sind (Fig. 1 und
Fig. 2).
4. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse
(1, 2) in radialer Richtung geteilt ist und das den
Resonator (18) aufnehmende erste Gehäuseteil (1) mit
in Längsrichtung des Wandlers bzw. der Strahlungs
richtung erstreckenden Führungsnuten (4) versehen
ist, welche die Leiterplatte (6) an deren seitlichen
Rändern (5) hält.
5. Ultraschallwandler nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste Gehäuseteil (1) mit seitli
chen Haltearmen (3) versehen ist, die die Führungs
nuten (4) tragen und die im zusammengebauten Zustand
des Gehäuses in den Innenraum des zweiten Gehäuse
teils (2) ragen, wobei die Kontakte (8) der Leiter
platte (6) mit den federnden Kontaktarmen (20) des
zweiten Gehäuseteils (2) verbunden sind.
6. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden
Kontaktarme (20) sich in radialer Richtung erstrecken
und in einen von dem zweiten Gehäuseteil (2) radial
abgehenden Anschlußstecker (21) münden.
7. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Gehäuseteile (1, 2) rastend miteinander verbindbar
sind.
8. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Verbin
dungsleitungen (51, 52) durch eine flexible Leiterfo
lie (50) gebildet werden, auf der Leiterbahnen (55)
aufgebracht sind.
9. Ultraschallwandler nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die ersten und zweiten Verbindungslei
tungen (51, 52) auf einer gemeinsamen einstückigen
elastischen Leiterfolie (50) aufgebracht sind.
10. Ultraschallwandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung auf
einer im wesentlichen starren Leiterplatte bzw. Pla
tine (56) aufgebracht ist, wobei die Leiterplatte
(56) Kontakte der elektrischen Schaltung trägt, die
mit den Verbindungsleitungen (51, 52) auf der flexi
blen Leiterfolie (50) verbindbar sind.
11. Ultraschallwandler nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die flexible Leiterfolie (50) mit einer
durchgehenden Ausnehmung (53) versehen ist, in die
kontaktierbare Leiterbahnen (49) ragen und daß die
Verbindungskontakte (55) der elektrischen Schaltung
(57, 58) auf der Leiterplatte (56) mit den kontaktier
baren Leiterbahnen (49) verbindbar sind.
12. Ultraschallwandler mit mindestens einer in Gehäuse
längsrichtung erstreckenden Einschubnut (70)versehen
ist, in der der zugeordnete Randbereich (64, 65) der
Leiterfolie und/oder Leiterplatte (56) seitlich gela
gert ist.
13. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung
(57, 58) in Form eines hoch integrierten Bausteins
(57) direkt auf der Leiterfolie (50) sitzt und über
dessen Anschlußleiste direkt mit den Leiterbahnen
(49) verbindbar ist.
14. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß der Piezzo-Kristall (59)
direkt auf das ihm zugewandten Ende (58) der Leit
erfolie (50) aufgesetzt ist und seine elektrischen
Kontaktierungsebenen (67) direkt mit den zugeordneten
Leiterbahnen (49) der Leiterfolie (50) kontaktiert
sind.
15. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen topf
förmige Membran (73) über eine sie umgebende elasti
sche Zwischenschicht (76) in das membranseitige Ende
des Gehäuses (71) eingefügt ist und daß die Zwischen
schicht (76) durch einen Silikonring oder durch eine
spritzgegossene ringförmige Schicht aus einem von dem
Gehäusematerial abweichenden weicheren Material ge
bildet ist.
16. Ultraschallwandler nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gehäusewand die Zwischenschicht
(76) zumindest teilweise umgibt.
17. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis
16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenrändern
(64, 65) der Leiterfolie (50) und/oder der Leiterplat
te (56) zur Zugentlastung Strukturen (63) vorgesehen
sind.
18. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Re
sonator (73), dem Piezzo-Kristall (59), der Leiterfo
lie (50) und ggf. der Leiterplatte (56) versehene
Gehäuse (71) mit einer geeigneten Vergußmasse (75)
ausgeschäumt bzw. ausgegossen ist.
19. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis
18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein freies
Ende (74) der zweiten Verbindungsleitung (52) aus dem
Gehäuse (71) ragt.
20. Ultraschallwandler nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anschlußkontakte (79) kontaktier
bare Bezirke auf dem herausragenden Teil (74) auf dem
freien Ende (74) der zweiten Verbindungsleitung (52)
sind.
21. Ultraschallwandler nach Anspruch 20, dadurch gekenn
zeichnet, daß die kontaktierbaren Bezirke (79) im
Endbereich der zweiten Verbindungsleitung (52) liegen
und durch einen wasserdichten Steckeranschluß (60)
umfaßt sind.
22. Ultraschallwandler nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die kontaktierbaren Bezirke (79) mit
tels eines Lötvorgangs an einen Kabelsatz (85) an
geschlossen sind, wobei der Kabelsatz (85) vorzugs
weise durch eine flexible Leiterfolie in Form eines
Flachbandes ausgestaltet ist.
23. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kabel
satz (85) dienende Flachband einseitig mit einer
Klebschicht versehen ist, über welche das Flachband
an die Innenfläche eines Stoßfängers (83) befestigbar
ist.
24. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbezirke (79)
mit den zugeordneten Leiterbahnen des Flachbandes
(85) durch Stempellötung durchkontaktiert sind.
25. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Zug
entlastungsschelle (82) vorgesehen ist, die im Bereich der
Kontaktierung die Leiterfolien (74, 85, 86) gegenüber
dem Stoßfänger (83) sichert.
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DE19835782A DE19835782A1 (de) | 1997-08-23 | 1998-08-07 | Ultrschallwandler mit in Wandlerlängsrichtung angeordneter Platine für eine elektrische Schaltung |
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