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Die
Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler mit einem Gehäuse, mit
einer Membran, mit einem an der Membran angeordneten Piezoelement, mit
einem die Membran in dem Gehäuse
haltenden Halteelement und mit einem mit dem Piezoelement verbundenen
Leiterbahnenelement.
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Solche
bekannten Ultraschallwandler finden in der modernen Kfz-Technik
insbesondere als Bauteil von Einparkhilfen Verwendung. An einen
Ultraschallwandler sind dabei verschiedene Anforderungen zu stellen.
Zum einen sollte die Membran schwingungsfähig und dicht gelagert sein.
Außerdem sollte
der Ultraschallwandler aus optischen, aerodynamischen und aeroakustischen
Gründen
mit der den Ultraschallwandler umgebenden Fahrzeugoberfläche eine
einheitliche Ebene bilden.
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Aus
der
DE 198 35 782
A1 ist ein Ultraschallwandler bekannt geworden, der ein
Gehäuse,
eine Membran und einen Stopfen zwischen dem Gehäuse und der Membran aufweist.
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Aus
der
DE 196 01 570
A1 ist bekannt geworden, einen Schallwandler mittels eines
Formteils in einer Öffnung
einer Wandung anzuordnen, wobei das Formteil zur Ausfüllung eines
Spaltes zwischen dem Schallwandler und der Wandung konusförmig ausgebildet
ist.
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Ultraschallwandler
müssen
gegen die Umgebung derart abgedichtet sein, dass weder Staub, Schmutz
oder Feuchtigkeit in den Ultraschallwandler eindringen und dadurch
nicht die Funktion der in dem Ultraschallwandler angeordneten hochsensiblen Bauteile
beeinträchtigt
werden kann.
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Eine
weitere Anforderung an einen solchen Ultraschallwandler ist, dass
er einen einfachen Aufbau aufweisen soll und auf einfache und kostengünstige Art
und Weise montierbar ist.
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Wünschenswert
ist auch, dass der Ultraschallwandler positionsgenau in einer den
Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung montierbar ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallwandler
vorzuschlagen, der den oben genannten Anforderungen gerecht wird.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird ein Ultraschallwandler mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen.
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Die
Erfindung weist dabei den Vorteil auf, dass die Membran durch das
gummiartige, konisch geformte Halteelement schwingungsfähig gelagert ist.
Außerdem
wird durch die sich verjüngende
Geometrie des Halteelements eine Verminderung des Durchmessers an
der in eingebautem Zustand des Ultraschallwandlers sichtbaren Fläche des
Ultraschallwandlers erreicht. Gerade dieser verminderte Durchmesser
des Ultraschallwandlers führt
zu einer gleichmäßigen Oberfläche des
mit dem Ultraschallwandler verbauten Fahrzeugteils, was eine Reduzierung
unerwünschter
aerodynamischer oder aeroakustischer Auswirkungen zur Folge hat.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass aufgrund des sich verjüngenden
Konus des Halteelements eine konzentrische Ausrichtung des Ultraschallwandlers
in einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung gewährleistet
ist. Dies ist insbesondere für
eine funktionssichere Anbringung des Ultraschallwandlers erforderlich,
der eine exakte Positionierung voraussetzt.
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Durch
den Konus des Halteelements wird also zum einen die sichtbare und
damit vom Fahrtwind angreifbare Fläche des Ultraschallwandlers
reduziert und zum anderen zentriert sich der Ultraschallwandler
bei der Montage in entsprechend geformten Halterungen selbsttätig.
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Dabei
dichtet das Halteelement den Zwischenraum zwischen der Membran und
dem Halteelement ab. Eine solche Dichtung wird insbesondere aufgrund
der gummiartigen Ausbildung des Halteelements erreicht.
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Ferner
dichtet das Halteelement auch den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und
dem Halteelement ab. Aufgrund der gummiartigen Ausbildung des Halteelements
ist auch eine solche Dichtung erfindungsgemäß gewährleistet.
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Zudem
ist vorgesehen, dass das Halteelement außerdem den Zwischenraum zwischen
dem Ultraschallwandler und einer den Ultraschallwandler aufnehmenden
Halterung abdichtet. Dies kann insbesondere dann der Fall sein,
wenn die Halterung einen dem Halteteil entsprechenden Innenkonus
aufweist, an welchem das Halteteil aufliegt.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Piezoelement eine Piezokeramik. Die Verwendung von Piezokeramik
hat sich in Ultraschallwandlern als besonders geeignet herausgestellt.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement
mit einem, insbesondere pastösen
Klebstoff an der Membran angeklebt oder in die Membran eingeklebt
ist. Ein solches Anbringen des Piezoelements an der Membran ist auf
einfache und kostengünstige
Art und Weise realisierbar.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Leiterbahnenelement flexibel ausgestaltet. Durch eine solche Ausgestaltung reduziert
sich insbesondere die Anzahl der einzelnen Litze, welche an dem
Piezoelement kontaktiert werden müssen.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Halteelement
an seiner dem Gehäuse
zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund aufweist, der in wenigstens
eine an der dem Halteelement zugewandten Seite des Gehäuses vorhandene
Rille eingreift. Eine solche Ringbund-Rille-Verbindung ist auf einfache
und kostengünstige Weise
realisierbar und weist zudem gute Abdichtungseigenschaften auf.
Denkbar ist selbstverständlich
auch, dass das Gehäuse
den Ringbund und das Halteelement die mit dem Ringbund korrespondierende
Rille aufweist.
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Eine
andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Halteelement
an seiner der Membran zugewandten Seite wenigstens einen Ringbund aufweist,
der in wenigstens eine an der dem Halteelement zugewandten Seite
der Membran vorhandene Rille eingreift. Eine solche vorteilhafte
Ringbund-Rille- Verbindung
eignet sich auch zur Verbindung und Abdichtung des Halteelements
mit der Membran.
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Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Gehäuse
zweiteilig ausgebildet. Eine solche zweiteilige Ausbildung erlaubt
insbesondere eine Montage der in dem Gehäuse befindlichen Bauteile auf
einfache Weise.
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Nach
einer Variante der Erfindung ist das Gehäuse in seinem das Halteelement
aufnehmenden Bereich verstärkt.
Eine solche Verstärkung
gewährleistet
eine sichere und stabile Unterbringung des Halteelements an dem
Gehäuse.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse in seinem
das Halteelement umgebenden Bereich eine konisch ausgestaltete Innenseite
aufweist und dass die konisch ausgestaltete Innenseite das konusförmige Halteelement formschlüssig aufnimmt.
Bei der Montage des Halteelements wird dieses von der konisch ausgestalteten Innenseite
des Gehäuses
selbsttätig
zentriert. Außerdem
kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse zur Auflage an einer den
Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung dient.
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Eine
Variante der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse Führungs- und Schnapp- und/oder Rastelemente
zur Befestigung an einer den Ultraschallwandler aufnehmenden Halterung
aufweist. Gerade durch solche Schnapp- und/oder Rastelemente kann
der Ultraschallwandler auf einfache Weise an der Halterung funktionssicher
und positionsgenau befestigt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind
der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung
anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Ultraschallwandler,
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2 den
Ultraschallwandler nach 1 im Längsschnitt, und
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3 einen
Ultraschallwandler in an einem Fahrzeugteil montierten Zustand.
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In
der 1 ist ein Ultraschallwandler 1 mit einem
Gehäuse 2 sowie
mit einer Membran 3 dargestellt. Die Membran 3 wird
dabei in dem Gehäuse 2 mit
einem Halteelement 4 gehalten. Das Halteelement 4 ist
gummiartig ausgebildet, um die Membran 3 schwingungsfähig zu lagern.
Auf der in 1 nicht zu sehenden Seite der
Membran 3 ist ein Piezoelement angeordnet, welches die
vom Ultraschallwandler 1 ausgesandten bzw. empfangenen
Ultraschallwellen versendet bzw. empfängt. Das Halteelement 4 weist
außerdem
einen Konus 5 auf, wobei die Membran 3 in dem
Bereich des verjüngenden
Ende des Konus 5 des Halteelements 4 angeordnet
ist. Durch eine solche konische Ausgestaltung des Halteelements 4 wird
eine Verminderung des Druckmessers an der im montierten Zustand
sichtbaren Fläche
des Ultraschallwandlers 1 bei gleichzeitiger konzentrischer
Ausrichtung erreicht.
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Wie
in 1 gut zu erkennen ist, ist das Gehäuse 2 zweiteilig
ausgebildet und setzt sich aus den beiden Gehäuseteilen 6 und 7 zusammen.
Das Gehäuseteil 7 ist
dabei lösbar
an dem Gehäuseteil 6 angeordnet.
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An
dem Gehäuseteil 7 ist
ein Rastelement 8 zur Befestigung des Ultraschallwandlers 1 in
einer nicht dargestellten Halterung angeordnet. Außerdem ist
an dem Gehäuseteil 6 ein
Führungselement 9 vorhanden,
welches zur positionsgenauen Einführung des Ultraschallwandlers 1 in
eine Halterung dient. An dem der Membran 3 abgewandten
Seite des Gehäuses 2 weist
das Gehäuse 2 einen
Ringbund 10 auf. Weiterhin sieht das Gehäuse 2 einen
Steckerabschnitt 11 zur Aufnahme eines Steckers vor, der
die von dem Ultraschallwandler 1 abgesendeten und empfangenen
Signale einer Auswerteeinheit zuführt. Zur funktionssicheren
Anbringung eines solchen Steckers sieht der Steckerabschnitt 11 ein
Rastelement 12 vor.
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In 2,
welche einen Längsschnitt
durch 1 zeigt, sind die einzelnen Bauteile des Ultraschallwandlers 1 deutlich zu
erkennen. Zu sehen ist hierbei ein Piezoelement 13, welches
von der Membran 3 in dem Ultraschallwandler 1 gehalten
wird. Dabei ist das Piezoelement 13 mittels eines flexiblen Leiterbahnenelements 14 mit
einer Leiterplatte 15 verbunden. Durch die Verwendung eines
solchen flexiblen Leiterbahnenelements 14 sowie des gummiartigen
Halteelements 4 ist eine freie Schwingbarkeit der Membran 3 gewährleistet.
Das Piezoelement 13 ist dabei vorzugsweise mit einem pastösen Klebstoff an
der Membran 3 angeklebt. Denkbar ist auch, dass das Piezoelement 13 in
die Membran 3 eingeklebt ist.
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In
der 2 ist außerdem
deutlich zu sehen, dass das Halteelement 4 den Zwischenraum
zwischen der Membran 3 und dem Halteelement 4 abdichtet.
Ebenso dichtet das Halteelement 4 den Zwischenraum zwischen
dem Gehäuse 2 und
dem Halteelement 4 ab.
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Weiterhin
wird aus 2 deutlich, dass das Halteelement 4 an
seiner der Membran 3 zugewandten Seite zwei Ringbunde 16 aufweist,
die in zwei an der dem Halteelement 4 zugewandten Seite
der Membran 3 vorhandene Rillen eingreifen.
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Außerdem weist
das Halteelement 4 an seiner dem Gehäuse zugewandten Seite einen
weiteren Ringbund 17 auf, der in eine an dem Gehäuse 2 vorhandene
Rille eingreift.
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Die
Art und Weise wie die beiden Gehäuseteile 6 und 7 miteinander
verbunden sind ist der 2 zu entnehmen. Nachdem die
Leiterplatte 15 in dem Ultraschallwandler 1 montiert
ist, wird das Gehäuseteil 7 von
der der Membran 3 abgewandten Seite des Ultraschallwandlers 1 entlang
einer an dem Gehäuseteil 6 vorhandenen
Nut 18 axial auf den Ultraschallwandler 1 aufgeschoben.
Zur Befestigung des Gehäuseteils 7 sieht
das Gehäuseteil 6 ein
Ringnutsegment 19 vor, in welches das Gehäuseteil 7 über eine
Anfasung 20 einschnappbar ist. Dadurch ist ein einfaches
und sicheres Montieren des Gehäuseteils 7 an
dem Gehäuseteil 6 möglich.
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In
dem Steckerabschnitt 11 des Gehäuses 2 sind verschiedene
Steckerelemente angeordnet. Deutlich zu erkennen sind drei Stromschienen 21, welche
den Steckerabschnitt 11 mit der Leiterplatte 15 verbinden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Ultraschallwandler 1 nach 2 wird
das Halteteil 4 sowie die Membran 3 vorzugsweise
zur Montage axial von der dem Gehäuseteil 7 abgewandten
Seite des Ultraschallwandlers 1 in diesen eingeführt. Zur
sicheren Verbindung des Halteteils 4 mit dem Gehäuse 2 rastet
der Ringbund 17 in die an dem Gehäuse 2 vorhandene Rille
ein.
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Bei
einer etwas anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass das Gehäuse 2 in
seinem das Halteelement 4 umgebenden Bereich eine konisch
ausgestaltete Innenseite aufweist, wobei die konisch ausgestaltete
Innenseite das konusförmige
Halteelement 4 formschlüssig
aufnimmt.
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Die 3 zeigt
den Ultraschallwandler 1 in montiertem Zustand an einem
Fahrzeugteil 22. Das Fahrzeugteil 22 sieht dafür einen
Durchbruch 23 sowie eine den Durchbruch 23 umgebende
Halterung 24 vor. Deutlich zu erkennen ist, wie an der
Halterung 24 vorhandene Schnapparme 25 mit dem
Rastelement 8, welches in 1 deutlich
zu erkennen ist, verschnappt sind. Dadurch wird eine funktionssichere
Befestigung des Ultraschallwandlers 1 in der Halterung 24 gewährleistet.
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Aus 3 wird
auch deutlich, dass das Halteelement 4 den Zwischenraum
zwischen dem Ultraschallwandler 1 und der den Ultraschallwandler
laufnehmenden Halterung 24 aufgrund der gummiartigen und
konusförmigen
Ausbildung des Halteelements 4 abdichtet.
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Eine
solche in 3 dargestellte Ausgestaltung
weist insbesondere den Vorteil auf, dass keine lackierfähigen Kunststoffe
bzw. Materialien für
das Gehäuse 2 notwendig
sind.
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Außerdem wird
die Anzahl der unterschiedlichen Werkstoffe im Sichtbereich des
Ultraschallwandlers 1 reduziert. Dabei ist es denkbar,
dass die Membran 3 auf herkömmliche Art und Weise entsprechend
dem Fahrzeugteil 22 lackiert wird. Außerdem wird durch die konzentrische
Ausrichtung des Ultraschallwandlers 1 in der Halterung 24 zwischen
der Membran 3 und dem den Durchbruch 23 umgebenden
Bereich des Fahrzeugteils 22 ein gleichmäßiger Ringspalt
gebildet. Ein solcher gleichmäßiger Ringspalt
hat optische, aeroakustische sowie aerodynamische Vorteile. Der
Ultraschallwandler 1 ist also optimal in das Fahrzeugteil 22 integriert.