DE4238924A1 - Elektroakustischer Wandler - Google Patents

Elektroakustischer Wandler

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektroakustischen Wandler nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE-OS 34 41 684 ist bereits ein elektroakustischer Wandler bekannt, welcher zum Einbau in ein Fahrzeug geeignet ist. Der elektroakustische Wandler umfaßt einen piezoelektrischen Keramik­ körper, welcher in eine Aluminiumkappe eingebracht ist. Die Vorder­ seite der Aluminiumkappe dient dabei als Membran fuhr die Abgabe der Ultraschallschwingungen des piezoelektrischen Keramikkörpers. Der elektroakustische Wandler wird in einer in der Fahrzeugaußenwand vorgesehenen Aussparung befestigt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße elektroakustische Wandler mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, daß der piezoelektrische Keramikkörper für eine direkte Hinterblechmontage geeignet ist. Die Bereitstellung einer Aussparung in der Außenwand des Fahrzeuges erübrigt sich somit. Durch die An­ ordnung eines den piezoelektrischen Keramikkörper umfassenden Be­ grenzungsmittels beschrankt sich die Schallschwingung lediglich auf die innerhalb des Begrenzungsmittels liegende Flasche der Fahrzeug­ außenwand.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen elektroakustischen Wandlers möglich. Die Ausgestaltung des Begrenzungsmittels in Form eines Rings stellt in vorteilhafter Weise eine besonders einfache und aufwandsarme Realisierung dar, indem keine Veränderung der Fahrzeugaußenwand für den Einbau des elektroakustischen Wandlers nötig ist, und der Ring z. B. lediglich durch Kleben befestigt werden kann. Durch ellipsenförmige Ausge­ staltung des Ringes wird die Richtcharakteristik in für den bevor­ zugten Anwendungsbereich "Einparkhilfe" vorteilhafter Weise ver­ ändert, da der Öffnungswinkel in horizontaler Richtung vergrößert und in vertikaler Richtung verkleinert wird. Die Anregung des Wandlers über den Kontakt zur Fahrzeugaußenwand stellt eine be­ sonders aufwands- und raumsparende Realisierung des elektrischen Anschlußes dar, weil nur noch eine zusätzliche elektrische Anschluß­ leitung zum elektroakustischen Wandler vorgesehen werden muß. Die nur teilweise Metallisierung der Oberfläche des piezoelektrischen Keramikkörpers ergibt eine weitere vorteilhafte Beeinflussung der Richtcharakteristik, da die Abstrahlung elliptischer Schallkeulen mit großem horizontalen Öffnungswinkel angeregt wird.
Die Anregung des piezoelektrischen Keramikkörpers auf einer Ober­ welle seiner Resonanzfrequenz bewirkt eine Verbreiterung der akusti­ schen Keule, wodurch der Öffnungswinkel der Anordnung vergrößert wird. Die Anbringung eines Bedämpfungselements um den piezo­ elektrischen Keramikkörper unterstützt zum einen die Anregung des piezoelektrischen Keramikkörpers auf einer Oberwelle und verringert zum anderen die Abklingzeit der Ultraschallschwingungen, was einen weiteren Vorteil bedeutet. Es erweist sich weiter als vorteilhaft, das Bedämpfungselement mit einer ellipsenförmigen Aussparung zu ver­ sehen, da ebenfalls die Richtcharakteristik verbessert wird, indem die Vertikalkomponente der Schallkeule stärker gedämpft wird als die Horizontalkomponente.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektro­ akustischen Wandler,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen elektro­ akustischen Wandler.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist der Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandler dargestellt. Ein zylindrischer piezo­ elektrischer Keramikkörper 1 mit zwei parallelen Stirnseiten ist auf der einen Stirnseite ganzflächig mit einer Metallisierung 4 versehen und mit dieser Stirnseite über einen elektrisch leitfähigen Kleber 6 auf der Innenseite einer Außenwand 2 eines Fahrzeugs befestigt.
Die Metallisierung 4 umgreift die Mantelfläche des piezoelektrischen Keramikkörpers 1 auf einem Teil seines Umfangs. Auf der anderen Stirnseite ist der piezoelektrische Keramikkörper 1 nur teilweise mit der Metallisierung 4 bedeckt. Eine Teilmetallisierung 10 bedeckt die restliche Fläche der anderen Stirnseite, ohne die Metallisierung 4 zu berühren. An der Teilmetallisierung 10 ist ein Draht befestigt. Dieser Draht bildet die Leitung 5. Um den piezoelektrischen Keramik­ körper 1 herum ist ein Begrenzungsmittel 3 in Form eines Rings ange­ ordnet, welches ebenfalls auf der Innenseite der Außenwand 2 des Fahrzeugs befestigt ist und dessen Innendurchmesser eine Fläche A begrenzt, welche die Membran für die Schwingung des piezo­ elektrischen Keramikkörpers 1 bildet. Zwischen dem piezoelektrischen Keramikkörper 1 und dem Ring 3 ist ein Bedämpfungselement 7 vorge­ sehen. An einem weiteren Punkt an der Innenseite der Außenwand 2 des Fahrzeugs ist eine zweite Leitung 8 elektrisch leitfähig befestigt.
Über die Leitungen 5, 8 und den Kontakt des piezoelektrischen Keramikkörpers 1 zur Außenwand 2 des Fahrzeugs wird eine elektrische Wechselspannung an den piezoelektrischen Keramikkörper 1 angelegt. Der piezoelektrische Keramikkörper 1 erzeugt dadurch mechanische Schwingungen welche er auf die Außenwand 2 als Membran überträgt. Der Ring 3 begrenzt dabei die Fläche A der Membran, wobei sich auf­ grund seiner großen Masse nahezu keine Schwingungen auf die außer­ halb des Rings 3 liegende Außenwand 2 des Fahrzeugs übertragen. Das Bedämpfungselement 7, welches z. B. aus Gummi oder Schaumstoff ge­ bildet sein kann, bewirkt ein rasches Abklingen der Membran­ schwingung, was nötig ist, damit die Membran zur Ruhe kommt, bevor die an einem Objekt reflektierte Schallwelle wiederum auf der Membran auftrifft.
Der bevorzugte Einsatzbereich des elektroakustischen Wandlers ist die Abstrahlung und Rezeption von Ultraschallwellen für ein System zur Abstandserkennung von Hindernissen zur Unterstützung des Fahr­ zeuglenkers bei Parkmanövern.
Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen elektro­ akustischen Wandler. Die Metallisierung 4 auf dem piezoelektrischen Keramikkörper 1 bedeckt diesen auf der oberen Stirnseite nur in Form zweier der kreisförmigen Außenlinie des piezoelektrischen Keramik­ körpers 1 einbeschriebener ellipsenförmiger Flächen, deren kleinere Halbachsen den Mittelpunkt der kreisrunden Stirnfläche des piezo­ elektrischen Keramikkörpers 1 schneiden. Die Teilmetallisierung 10 bedeckt den restlichen Flächenanteil der oberen Stirnfläche, ohne die Metallisierung 4 zu berühren. Außerdem weist das Bedämpfungs­ element 7 eine in etwa ellipsenförmige Aussparung 9 auf.
Die größere Halbachse der in etwa ellipsenförmigen Aussparung 9 liegt dabei parallel zur größeren Halbachse der in etwa ellipsen­ förmigen Metallisierung 4 auf dem piezoelektrischen Keramikkörper 1 und schneidet ebenso wie die kleinere Halbachse der in etwa ellipsenförmigen Aussparung 9 den Mittelpunkt der Stirnfläche des piezoelektrischen Keramikkörpers 1.
Die Schnittlinie I-I bezeichnet den Schnitt, entlang dessen die Fig. 1 dargestellt ist.
Durch die in der oben beschriebenen Weise angebrachten, nur teil­ weisen Metallisierungen 4, 5 wird die Form der vom piezoelektrischen Keramikkörper 1 erzeugten Schallkeule in der Art beeinflußt, daß der Öffnungswinkel der Schallkeule in horizontaler Richtung größer ist, als der Öffnungswinkel in vertikaler Richtung. Ebenso bewirkt die in etwa ellipsenförmige Aussparung 9 eine weitere Eingrenzung des vertikalen Öffnungswinkels und eine weitere Vergrößerung des hori­ zontalen Öffnungswinkels.
Die Anregung des piezoelektrischen Keramikkörpers 1 erfolgt außerdem auf einer Oberwelle der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Keramikkörpers 1. Durch sich dadurch ausbildende zusätzliche Schwingungsknoten wird die Membranfläche A virtuell in mehrere einzelne Membranflächen unterteilt, wodurch sich der gesamte Öffnungswinkel der Schallkeule vergrößert. Zur Anwendung des elektroakustischen Wandlers im Nahbereich eines Fahrzeugs, insbe­ sondere als Einparkhilfe, ist eine kurze Abklingzeit für die Fähig­ keit des elektroakustischen Wandlers wichtig, reflektierte Schallwellen als mechanische Anregung aufzunehmen, in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln und an die Leitungen 5, 8 weiterzu­ geben. Ebenso ist für diese Anwendung die Ausgestaltung des elektro­ akustischen Wandlers dergestalt, daß der horizontale Öffnungswinkel der Schallkeule wesentlich größer als der vertikale Öffnungswinkel der Schallkeule ist, zweckmäßig.
Weitere hier nicht dargestellte Anwendungsmöglichkeiten erschließen sich durch unterschiedliche Formgebung des Ringes 3, der zur Ver­ wendung für ein System als Einparkhilfe insbesondere annähernd ellipsenförmig ausgebildet sein kann, wobei beim Einbau in ein Fahr­ zeug die größere Halbachse der Form des Ringes 3 vertikal zur Erd­ oberfläche angeordnet ist. Je nach Anwendungsbereich kann die Membranfläche durch andere Formen des Ringes 3 wie z. B. Rechteck begrenzt werden. Ebenso zweckmäßig ist die Ausbildung der Metalli­ sierung 4 auf der oberen Stirnfläche in Form von Kreissegmenten, an Stelle der in Fig. 2 dargestellten ellipsenförmigen Flächen.

Claims (9)

1. Elektroakustischer Wandler, insbesondere Ultraschall-Wandler, zum Einbau an eine Außenwand eines Fahrzeuges mit einem piezoelektrischen Keramikkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der piezo­ elektrische Keramikkörper (1) auf der Innenseite der Außenwand (2) des Fahrzeuges elektrisch leitend befestigt ist, und daß der piezo­ elektrische Keramikkörper (1) auf der der geklebten Fläche gegen­ überliegenden Fläche einen elektrischen Kontakt zu einer Leitung (5) aufweist und daß an der Außenwand (2) ein Begrenzungsmittel (3) vor­ gesehen ist, das eine mit dem piezoelektrischen Keramikkörper (1) verbundene Fläche (A), welche ein Teil der Außenwand (2) ist, bezüg­ lich des Schwingverhaltens von der restlichen Außenwand (2) ent­ koppelt.
2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Begrenzungsmittel (3) ein Ring großer Masse oder hoher Biegesteifigkeit ist, der um den piezoelektrischen Keramik­ körper (1) herum angeordnet und an der Innenseite der Außenwand (2) des Fahrzeugs befestigt ist.
3. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Begrenzungsmittel (3) eine annähernd ellipsen­ förmige Form aufweist, deren größere Halbachse beim Einbau in das Fahrzeug vertikal zu liegen kommt.
4. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Keramikkörper (1) eine Teilmetallisierung (10) aufweist, an die eine elektrische Leitung (5) anschließbar ist, und daß der elektroakustische Wandler über die elektrische Leitung (5) und über den elektrisch leitenden Kontakt zur Außenwand (2) des Fahrzeugs zu Schwingungen anregbar ist.
5. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilmetallisierung (10) den piezoelektrischen Keramikkörper (1) auf der der Außenwand (2) abgewandten Seite in Form eines im eingebauten Zustand horizontalen mittleren Flächenan­ teils bedeckt.
6. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Keramikkörper (1) auf einer Oberwelle seiner Resonanzfrequenz zu Schwingungen anregbar ist.
7. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem piezoelektrischen Keramik­ körper (1) und dem Begrenzungsmittel (3) ein Bedämpfungselement (7) angebracht ist.
8. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bedämpfungselement (7) eine in etwa ellipsen­ förmige Aussparung (9) aufweist, und daß die größere Halbachse des annähernd ellipsenförmig ausgebildeten Rings (3) parallel zur größeren Halbachse der annähernd ellipsenförmigen Aussparung (9) ist.
9. Elektroakustischer Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ring (3) eine größere Masse aufweist, als die Fläche A der Außenwand (2).
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