EP0909223B1 - Ultraschallwandler mit kontaktglied - Google Patents

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EP0909223B1
EP0909223B1 EP97929161A EP97929161A EP0909223B1 EP 0909223 B1 EP0909223 B1 EP 0909223B1 EP 97929161 A EP97929161 A EP 97929161A EP 97929161 A EP97929161 A EP 97929161A EP 0909223 B1 EP0909223 B1 EP 0909223B1
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EP
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ultrasonic transducer
oscillating element
contact springs
transducer according
oscillating
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EP97929161A
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Johann Meier
Karl-Heinz Zoller
Thomas Handschiegel
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • B06B1/0681—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure
    • B06B1/0685—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface and a damping structure on the back only of piezoelectric elements

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic transducer, particularly 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • an ultrasonic transducer in which an electrical circuit in the form of a printed circuit board is inserted.
  • protruding elastic contact arms are attached, which are placed under prestress on assigned connection points in the converter.
  • the contact arms are soldered to the circuit board and are guided through the circuit board through assigned openings after the soldering process.
  • the printed circuit board is held within a holding pot. With regard to contacting, this results in a comparatively complex construction.
  • the invention is therefore based on an ultrasound migrator of the type resulting from the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to simplify the contacting of such transducers and to facilitate mechanical production.
  • the object is achieved by the combination of features resulting from the characterizing part of claim 1.
  • the invention therefore consists in providing a special composite body for contacting, with which the contact springs are cast and thus find a firm hold.
  • the invention allows a number of advantageous developments, which are explained below.
  • This measure serves to guide contact springs and to give them a firm hold within the oscillating element.
  • connection body is selected in its outer shape such that it can be pressed into the interior of the cup-shaped vibrating element and is thus permanently anchored in the interior. In this way, the necessary support for the spring contacts cast 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.
  • 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 is made with the inner lateral surface of the oscillating element in that the contact on the end of the connecting body facing the piezo disk is 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.
  • annular connecting body 1 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.
  • 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 protrude slightly obliquely at an angle to the bottom plane of the connecting body, so that they can rest with good contact on the bottom of the hollow-cylindrical oscillating element and a good one for this have electrical contact.
  • FIGS. 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.

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Description

  • 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.
  • 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.
    • Einfügung
  • Aus der GB-OS 2 128 399 ist ein Ultraschallwandler bekannt, in den eine elektrische Schaltung in Form einer Leiterplatte eingesetzt ist. An der Leiterplatte selbst sind vorstehende elastische Kontaktarme angebracht, die unter Vorspannung auf zugeordneten Anschlußpunkten in dem Wandler aufsetzen. Die Kontaktarme sind mit der Leiterplatte verlötet und werden nach dem Lötvorgang durch zugeordnete Öffnungen durch die Leiterplatte geführt. Um die Leiterplatte innerhalb des Wandlertopfes ausrichten zu können, wird die Leiterplatte innerhalb eines Haltetopfs gefaßt. Hinsichtlich der Kontaktgabe ergibt sich somit eine vergleichsweise aufwendige Konstruktion.
  • Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwander der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Kontaktierung derartiger Wandler zu vereinfachen und die maschinelle Fertigung zu erleichtern. Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, für die Kontaktgabe einen speziellen Verbundkörper vorzusehen, mit welchem die Kontaktfedern vergossen sind und somit einen festen Halt finden. Die Erfindung läßt eine Reihe von vorteilhaften Weiterbildungen zu, welche nachfolgend erläutert werden.
  • Diese die Maßnahme dient dazu Kontaktfedern zu führen und diesen einen festen Halt innerhalb des Schwingelementes zu geben.
  • Eine einfache Halterung des Verbindungskörpers innerhalb des Schwingelementes ist durch die Merkmale nach Anspruch 2 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.
  • Soll die Kontaktgabe noch verbessert und sicherer gemacht werden, so empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 3. 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 5 diesen ringförmig machen. Für eine Reihe von Fällen, insbesondere der Merkmalskombination nach Anspruch 6 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 4 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.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
    • Fig. 1
    in seitlicher Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2
    das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 perspektivisch von unten gesehen,
    Fig. 3
    das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in seitlich gedrehter Lage,
    Fig. 4
    Fig. 3 in einer Ansicht direkt von unten gesehen,
    Fig. 5
    in perspektivischer Lage von unten ein zweites Ausführungsbeispiel und
    Fig. 6
    in seitlicher perspektivischer Ansicht das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  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 dienenden Bodenfläche eine Piezoscheibe trägt und wobei die Piezoscheibe und vorzugsweise das Schwingelement mit Kontakten zu elektrischen Verbindungsleitungen versehen sind, wobei die Kontakte durch Kontaktfedern (3, 4) gebildet sind, deren zweite Enden (6, 7, 8) an der Piezoscheibe und/oder an dem Schwingelement anliegen und daß die Verbindungsleitungen (10, 11) mit den freien ersten Enden (5) der Kontaktfedern (3, 4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (3, 4) mit einem zylinderförmigen Verbundkörper (1) vergossen sind, aus dem die Enden (5, 6, 7, 8) abstehen, bzw. sich aus diesem herauswölben.
  2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1 , 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. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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. 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. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 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. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskörper als Dämpfungskörper für den Wandler gebildet ist und aus geeignetem Dämpfungsmaterial besteht.
EP97929161A 1996-07-01 1997-06-10 Ultraschallwandler mit kontaktglied Expired - Lifetime EP0909223B1 (de)

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DE19626293A DE19626293A1 (de) 1996-07-01 1996-07-01 Ultraschallwandler mit Kontaktglied
DE19626293 1996-07-01
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EP0909223A1 EP0909223A1 (de) 1999-04-21
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ES (1) ES2160960T3 (de)
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