DE4238924A1 - Elektroakustischer Wandler - Google Patents
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Description
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.
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.
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.
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).
Priority Applications (2)
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GB9323759A GB2272819B (en) | 1992-11-19 | 1993-11-18 | Electroacoustic transducer |
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GB (1) | GB2272819B (de) |
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