EP0909223A1 - Ultrasonic transducer with contact member - Google Patents

Ultrasonic transducer with contact member

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EP0909223A1
EP0909223A1 EP97929161A EP97929161A EP0909223A1 EP 0909223 A1 EP0909223 A1 EP 0909223A1 EP 97929161 A EP97929161 A EP 97929161A EP 97929161 A EP97929161 A EP 97929161A EP 0909223 A1 EP0909223 A1 EP 0909223A1
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Abstract

The invention concerns an ultrasonic transducer with a pot-shaped oscillating element which sits in a transducer housing and which has a piezo disc at the base. The aim of the invention is to simplify the electrical contacting of the connecting leads to the oscillating element or piezo disc and to make this more adaptable to automatic production. The device of the invention comprises contact springs (3, 4) which are no longer soldered to or caulked with the indicated element but only resiliently rest on the element. Improvements are made through a contact body (1) which essentially forms a cylinder, in which the contact springs (3, 4) are sealed and which at the same time can serve as a shock absorber.

Description

Ultraschallwandler mit KontaktgliedUltrasonic transducer with contact link
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, insbesondere für Abstandswarnanlagen an Kraftfahrzeugen. Derartige Wandler sind mit einer Piezoscheibe versehen, die durch Anlegen einer Spannung in Schwingungen versetzt wird. Diese Schwingungen werden auf ein Schwingelement übertragen, wobei es bekannt ist, zumindest eine der elektrischen Verbindungsleitungen über das Schwingelement zu der Piezoscheibe zu führen. Eine derartige Konstruktion ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 196 01 656.8 gezeigt.The invention relates to an ultrasonic transducer, in particular for distance warning systems on motor vehicles. Such transducers are provided with a piezo disk, which is set in vibration by applying a voltage. These vibrations are transmitted to a vibrating element, it being known to lead at least one of the electrical connecting lines via the vibrating element to the piezo disk. Such a construction is shown for example in German patent application 196 01 656.8.
Nachteilig bei derartigen Wandlern ist es, daß die elektrischen Leitungen entweder direkt mit dem Piezoelement verlötet werden müssen oder zumindest teilweise über das vorzugsweise aus Aluminium bestehende Schwingelement geführt werden. Das bedeutet, daß eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen der Zuführungsleitung und dem Schwingelement bzw. der Piezoscheibe geschaffen werden muß. Bei bekannten Lösungen wird die elektrische Leitung direkt mit der Piezoscheibe verlötet bzw. die Leitung in eine Nut des aus Aluminium bestehenden Schwingungselementes eingeführt und dort verstemmt. Beide elektrische Verbindungen können kritisch sein und sind für eine automatische Durchführung weniger geeignet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Wandler regelmäßig mit einem oberhalb der Scheibe angeordneten Dämpfungselement innerhalb des Schwingelementes versehen ist. Es muß also zusätzlich noch dafür gesorgt werden, daß die elektrischen Verbindungsleitungen durch entsprechende Bohrungen des Dämpfungselementes geführt werden, was eine vereinfachte Fertigung weiter erschwert. In der vorbekannten DE-OS 38 26 799 ist bereits vorgeschlagen worden, die Verbindung durch ineinander fügbare Kontaktstifte zu schaffen, wobei aber auch die Enden der Kontaktstifte wiederum dauerhaft mit dem Piezokristall verbunden werden müssen.A disadvantage of such transducers is that the electrical lines either have to be soldered directly to the piezo element or at least partially guided through the vibration element, which is preferably made of aluminum. This means that a permanent electrical connection between the feed line and the vibrating element or the piezo disk must be created. In known solutions, the electrical line is soldered directly to the piezo disk or the line is inserted into a groove of the vibration element made of aluminum and caulked there. Both electrical connections can be critical and are less suitable for automatic execution. Another disadvantage is that the transducer is regularly provided with a damping element arranged above the disc within the oscillating element. It must therefore also be ensured that the electrical connection lines are passed through corresponding holes in the damping element, which further complicates simplified production. In the previously known DE-OS 38 26 799 it has already been proposed to create the connection by means of contact pins which can be inserted into one another, but the ends of the contact pins in turn also have to be permanently connected to the piezo crystal.
Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, die elektrische Kontak- tierung derartiger Wandler zu vereinfachen und die maschinelle Fertigung zu erleichtern.The invention is therefore based on an ultrasound transducer of the type resulting from the preamble of claim 1. The object of the invention is to simplify the electrical contacting of such transducers and to facilitate mechanical production.
Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die Anschlußleitung nicht mehr dauerhaft z.B. durch Löten oder Verwendung eines Leitklebers zu kontaktieren, sondern den Kontakt mit Hilfe von mindestens einer federnd auf dem Piezokristall oder dem Schwingelement aufsitzenden Kontaktfeder zu schaffen. Ein Löten auf dem Piezokristall oder ein Verstemmen der Anschlußleitung in dem Schwingelement ist hierdurch nicht mehr nötig. Die Verbindungsleitungen werden somit nicht mehr direkt mit dem Piezokristall verlötet, sondern an die freien zweiten Enden der Kontaktfedern bzw. der Kontaktfeder angeschlossen, was durch Aufstecken, aber auch durch Löten geschehen kann. Eine derartige elektrische Verbindung ist sehr viel einfacher herzustellen als das Verlöten mit Piezokristall. Um die Kontaktfedern zu führen und diesen einen festen Halt innerhalb des Schwingelementes zu geben, empfiehlt sich in Weiterbildung die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 2. In diesem Falle werden also die Kontaktfedern durch den Verbundkörper gehalten. Eine ein- fache Halterung des Verbindungskörpers innerhalb des Schwingelementes ist durch die Merkmale nach Anspruch 3 beschrieben. Danach wird der Verbindungskörper in seiner äußeren Formgebung derart gewählt, daß er sich in den Innenraum des topfförmigen Schwingelementes einpressen läßt und so in dem Innenraum dauerhaft verankert ist. Auf diese Weise wird auch die notwendige Abstützung für die mit dem Verbindungskörper vergossenen Federkontakte geschaffen, so daß diese mit einer erheblichen Auflagekraft auf der Piezoscheibe aufliegen können und so für eine gute Kontaktgabe sorgen.The object is achieved by the combination of features resulting from the characterizing part of claim 1. In principle, the invention therefore consists in no longer making permanent contact with the connecting line, for example by soldering or using a conductive adhesive, but in establishing contact with the aid of at least one contact spring resiliently seated on the piezo crystal or the oscillating element. Soldering on the piezo crystal or caulking the connecting line in the oscillating element is no longer necessary. The connecting lines are therefore no longer directly soldered to the piezo crystal, but rather are connected to the free second ends of the contact springs or the contact spring, which can be done by plugging in, but also by soldering. Such an electrical connection is much easier to establish than soldering with piezo crystal. In order to guide the contact springs and to give them a firm hold within the oscillating element, the use of the combination of features according to claim 2 is recommended in a further development. In this case, the contact springs are held by the composite body. A one fold holder of the connecting body within the vibrating element is described by the features of claim 3. Then the connecting body is selected in its outer shape such that it can be pressed into the interior of the pot-shaped vibrating element and is thus permanently anchored in the interior. In this way, the necessary support for the spring contacts encapsulated with the connecting body is created, so that they can rest on the piezo disk with a considerable contact force and thus ensure good contact.
Soll die Kontaktgabe noch verbessert und sicherer gemacht werden, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 4. Dadurch kann selbst immer noch dann eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Federkontakt und der Piezoscheibe bzw. dem Schwingelement geschaffen werden, wenn die Kontaktgabe eines der ersten Kontaktfederenden nachläßt. Soll der Verbindungskörper nur ein geringes Volumen haben, so wird man in vorteilhafter Weiterbildung gemäß Anspruch 6 diesen ringförmig machen. Für eine Reihe von Fällen, insbesondere der Merkmalskombination nach Anspruch 7 wird es sich aber empfehlen, dem Verbindungskörper die Form eines Vollzylinders zu geben. Für eine verbesserte Kontaktgabe zwischen der betreffenden Kontaktfeder und dem Schwingelement kann entsprechend der Merkmalskombination nach Anspruch 5 gesorgt werden. Danach wird die Kontaktfeder in ihrem mittleren Abschnitt im Randbereich und koaxial zu diesem des Verbindungskörpers geführt, so daß sich hier kurze Wege ergeben. Für eine gute Kontaktierung mit der inneren Mantelfläche des Schwingelementes wird dadurch gesorgt, daß der Kontakt an dem der Piezoscheibe zugewandten Ende des Verbindungskörpers U-förmig zurückgebogen wird, so daß das vorstehende erste Ende über einen längeren Bereich die elektrisch leitende innere Mantelfläche des Schwingelementes kontaktieren kann. Ein besonderer Vorteil läßt sich dadurch erreichen, daß man den Verbindungskörper gleichzeitig als Dämpfungskörper für den Wandler verwendet, indem man ihm aus geeigneten Schwingungen dämpfendem Material herstellt.If the contact is to be improved and made safer, then in a further development of the invention the use of the features according to claim 4 is recommended. As a result, a good electrical connection can still be created between the spring contact and the piezo disk or the oscillating element when the Contacting one of the first contact spring ends decreases. If the connecting body should only have a small volume, it will be made ring-shaped in an advantageous further development according to claim 6. For a number of cases, in particular the combination of features according to claim 7, it will be advisable to give the connecting body the shape of a solid cylinder. For an improved contact between the relevant contact spring and the oscillating element can be provided according to the combination of features according to claim 5. Then the contact spring is guided in its central section in the edge region and coaxially to this of the connecting body, so that there are short distances. Good contact with the inner lateral surface of the oscillating element is ensured by the contact at the end of the connecting body facing the piezo disk being bent back in a U-shape, so that the protruding first end can contact the electrically conductive inner lateral surface of the oscillating element over a longer area . A particular advantage can be achieved in that the connecting body is simultaneously used as a damping body for the transducer, by producing material that dampens it from suitable vibrations.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 in seitlicher Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel,1 is a side view of a first embodiment,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 perspektivisch von unten gesehen,2 the embodiment of FIG. 1 seen in perspective from below,
Fig. 3 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in seitlich gedrehter Lage,3 shows the embodiment of FIG. 1 in a laterally rotated position,
Fig. 4 Fig. 3 in einer Ansicht direkt von unten gesehen,4 Fig. 3 seen in a view directly from below,
Fig. 5 in perspektivischer Lage von unten ein zweites Ausführungsbeispiel undFig. 5 in a perspective position from below a second embodiment and
Fig. 6 in seitlicher perspektivischer Ansicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5.6 is a side perspective view of the embodiment of FIG. 5th
In den Fig. 1 bis 4 ist ein ringförmiger Verbindungskörper 1 gezeigt, der auch als Vollkörper ausgestaltet sein kann und vorzugsweise aus Dämpfungsmaterial gebildet ist. In die Wandfläche des Verbindungskörpers 1 sind zwei Kontaktfedern 3,4 eingespritzt. Die ersten Enden 5 der Kontaktfedern 3 und 4 dienen zum Lötanschluß von Verbindungsleitungen, die aus dem in der Zeichnung nicht dargestellten Wandler herausgeführt sind. Das freie zweite Ende 6 der Kontaktfeder 3 ist am unteren Ende des Ringes U-förmig umgebogen und steht etwas von der Mantelfläche des Verbindungskörpers 1 ab. Auf diese Weise wird eine elastische Kontaktfläche geschaffen, die an der inneren Mantelfläche des aus leitendem Metall (Aluminium) bestehenden, nicht dargestellten Schwingelementes mit gutem elektrischem Kontakt anliegt. Das freie Ende der Kontaktfeder 4 gabelt sich in die freien zweiten Enden 7 und 8, die im Winkel zu.der Bodenebene des Verbindungskörpers etwas schräg verlaufend elastisch abstehen, so daß sie mit gutem Kontakt auf dem Boden des hohlzylinderförmigen Schwingelementes anliegen können und zu diesem eine gute elektrische Kontaktgabe besitzen.1 to 4, an annular connecting body 1 is shown, which can also be designed as a solid body and is preferably formed from damping material. Two contact springs 3, 4 are injected into the wall surface of the connecting body 1. The first ends 5 of the contact springs 3 and 4 serve for the solder connection of connecting lines which are led out of the converter, not shown in the drawing. The free second end 6 of the contact spring 3 is bent into a U-shape at the lower end of the ring and protrudes somewhat from the outer surface of the connecting body 1. On In this way, an elastic contact surface is created which bears on the inner lateral surface of the oscillating element (not shown) made of conductive metal (aluminum) with good electrical contact. The free end of the contact spring 4 bifurcates into the free second ends 7 and 8, which at an angle to the bottom plane of the connecting body protrude slightly obliquely so that they can rest with good contact on the bottom of the hollow-cylindrical oscillating element and to this one have good electrical contact.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 wird nur insoweit beschrieben, als es die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel betrifft. Fig. 5 und 6 zeigt an die ersten Enden 5 der Kontaktfedern 3 und 4 angelötete Verbindungsleitungen 10 und 11. Die Kontaktfeder 4 ist an ihrem unteren Ende nicht gegabelt, sondern besitzt nur ein einziges freies zweites Ende 7. Das freie zweite Ende 6 der Kontaktfeder 3 steht aus der Aufnahmenut in der Mantelfläche des Verbindungskörper nicht frei ab, sondern ist in dieser Nut mit seinem Endbereich gefangen, so daß das freie Ende 6 sich aus der Nut herauswölbt und mit seiner Kontur über die Mantelfläche des Verbindungskörpers 1 zur Kontaktgabe mit dem Schwingelement vorsteht. The embodiment according to FIGS. 5 and 6 is only described insofar as it relates to the differences from the first embodiment. 5 and 6 show at the first ends 5 of the contact springs 3 and 4 soldered connecting lines 10 and 11. The contact spring 4 is not bifurcated at its lower end, but has only a single free second end 7. The free second end 6 of the contact spring 3 does not protrude freely from the receiving groove in the lateral surface of the connecting body, but is caught in this groove with its end region, so that the free end 6 bulges out of the groove and with its contour over the lateral surface of the connecting body 1 for contacting the oscillating element protrudes.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ultraschallwandler, insbesondere für Abstandswarnanlagen an Kraftfahrzeugen mit einem eine Aufnahmekammer für ein topfförmiges Schwingelement aufweisenden Gehäuse, wobei das Schwingelement eine umlaufende Seitenwand aufweist und auf seiner als Membran dienende Bodenfläche eine Piezoscheibe trägt und wobei die Piezoscheibe und vorzugsweise das Schwingelement mit Kontakten zu elektrischen Verbindungsleitungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte durch Kontaktfedern (3,4) gebildet sind, deren erste Enden (5) an der Piezoscheibe und/oder an dem Schwingelement anliegen und daß die Verbindungsleitungen (10,11) mit den freien zweiten Enden (5) der Kontaktfedern (3,4) verbunden sind.1. Ultrasonic transducer, in particular for distance warning systems on motor vehicles with a housing having a receiving chamber for a pot-shaped vibrating element, the vibrating element having a circumferential side wall and carrying a piezo disk on its bottom surface serving as a membrane, and wherein the piezo disk and preferably the vibrating element with contacts to electrical connecting lines are provided, characterized in that the contacts are formed by contact springs (3, 4), the first ends (5) of which rest on the piezo disk and / or on the oscillating element, and in that the connecting lines (10, 11) with the free second ends ( 5) the contact springs (3,4) are connected.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (3,4) mit einem zylinderför- migen Verbundkörper (1) vergossen sind, aus dem die Enden (5,6,7,8) abstehen.2. Ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that the contact springs (3, 4) are cast with a cylindrical composite body (1) from which the ends (5, 6, 7, 8) protrude.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper (1) in das Schwingelement eingepreßt ist und durch Reibungskraft gegenüber der inneren Mantelfläche des Schwingungselementes sich am Schwingelement abstützt und so gegenüber der elastischen Federkraft der aufliegenden Kontaktfederenden in seiner Lage gehalten ist.3. Ultrasonic transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting body (1) is pressed into the oscillating element and is supported by frictional force against the inner lateral surface of the oscillating element on the oscillating element and is thus held in position relative to the elastic spring force of the contact spring ends lying thereon .
4. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Piezoscheibe aufliegende Ende in zwei freie zweite Enden (7,8) gegabelt ist oder aus zwei freien Enden zweier paralleler Kontaktfedern (4) gebildet ist. 4. Ultrasonic transducer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the end resting on the piezo disk is forked into two free second ends (7, 8) or is formed from two free ends of two parallel contact springs (4).
5. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schwingelement zugeordnete erste freie Ende (6) parallel zur inneren Mantelfläche des Schwingelementes abgebogen ist,5. Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the first free end (6) assigned to the oscillating element is bent parallel to the inner lateral surface of the oscillating element,
6. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper (1) ringförmig oder vollzylinderförmig ist und die Kontaktfedern (3,4) im wesentlichen koaxial innerhalb des Körpers und vorzugsweise in dessen Randbereich verlaufen.6. Ultrasonic transducer according to one of claims 2 to 5, characterized in that the connecting body (1) is annular or fully cylindrical and the contact springs (3,4) run substantially coaxially within the body and preferably in the edge region.
7. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper als Dämpfungskörper für den Wandler gebildet ist und aus geeignetem Dämpfungsmaterial besteht. 7. Ultrasonic transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting body is formed as a damping body for the transducer and consists of suitable damping material.
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