EP1316942A2 - Ultraschallsensoreinheit und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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EP1316942A2
EP1316942A2 EP02022488A EP02022488A EP1316942A2 EP 1316942 A2 EP1316942 A2 EP 1316942A2 EP 02022488 A EP02022488 A EP 02022488A EP 02022488 A EP02022488 A EP 02022488A EP 1316942 A2 EP1316942 A2 EP 1316942A2
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membrane
ultrasonic sensor
sensor unit
housing part
housing
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Uwe Kupfernagel
Heinrich Gotzig
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G—PHYSICS
    • 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
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic sensor unit a cup-shaped and at least in sections vibrating membrane and with one the membrane housing at least in sections.
  • Ultrasonic sensor units can be found, for example, for Short-range detection systems for motor vehicles Use.
  • the invention also relates to a method for the production of such an ultrasonic sensor unit.
  • Known ultrasonic sensor units have a large number of components. These include in particular the pot-shaped one Membrane, the membrane at least in sections surrounding housing, decoupling media between the Membrane and the housing, a sensor electronics, a Housing for receiving the sensor electronics and one Plug section for receiving a die Connecting the ultrasonic sensor unit with a control unit Plug.
  • the present invention has for its object a Provide ultrasonic sensor unit that in your Structure is simplified, has fewer parts and still works reliably.
  • the ultrasonic sensor unit is sensor electronics, wherein the sensor electronics within the membrane housing part is arranged.
  • the sensor electronics within the membrane housing part is arranged.
  • the sensor electronics are advantageous in the membrane housing part on a sensor board arranged.
  • This sensor board can be used as a separate Manageable assembly pre-assembled and in final assembly in the membrane housing part.
  • the membrane housing part is preferably made of one Metal alloy, especially an aluminum alloy.
  • such an alloy has the required Oscillation ability of the membrane. On the other hand, it leaves edit yourself easily and inexpensively.
  • a further development of the invention provides that the Outside and in particular the outer surface of the membrane housing part Fasteners for arrangement on a Component, for example on a bumper Vehicle.
  • the fasteners can for example directly to the membrane housing part be molded on. This allows a positionally accurate and exact arrangement of the ultrasonic sensor unit Realize the specified component. Chain tolerances as a result of several components to be joined together at the The arrangement of the ultrasonic sensor unit is omitted.
  • the connecting means directly to the membrane housing part be molded on.
  • the Detachable ultrasonic sensor unit for example via a Cable set or a bus system, with a central Control unit connectable.
  • the task mentioned at the outset is also supported by a Process for the preparation of an inventive Ultrasonic sensor unit solved, the one Metal alloy existing membrane housing part through a combined deep-drawing process with if necessary subsequent machining is produced. there turning or milling is particularly suitable.
  • the method according to the invention has the advantage that it quickly, easily and inexpensively even in large quantities can be carried out.
  • FIG. 1 shows a known ultrasonic sensor unit 1 shown.
  • the ultrasonic sensor unit 1 comprises a Membrane housing 3 made of plastic and a cup-shaped trained membrane 5 made of an aluminum alloy, wherein between the membrane housing 3 and the membrane 5 rubber-like, annular decoupling medium 7 present is.
  • the membrane 5 consists of a membrane bottom 9, the a membrane wall 11 is included. On the inside of the membrane bottom 9 is a piezo-ceramic disk 13 arranged. Via an electrical line 15 connected to the Piezo ceramic disc 13 ends and another electrical Line 17, the side of the inside of the membrane 5th is caulked, the piezo-ceramic disk 13 with a electrical voltage are applied.
  • the membrane 5 with a mechanical Damper 19 filled up.
  • the damping material 19 has a cutout 21.
  • a rubber part 23 is provided in the upper region of the membrane 5.
  • a Silicone potting compound 25 is provided for sealing the open membrane 5 . It also covers Housing cover 27 from the open top diaphragm housing 3.
  • the membrane housing 3 is via fastening means 29 in Form of recesses on an electronics housing 31 Plastic arranged in which a sensor electronics 35th is housed.
  • the electronics housing 31 has locking lugs 37, which in the recesses 29 of the membrane housing 3rd intervention.
  • the ultrasonic sensor unit 41 according to FIG. 2 differs differs from the ultrasonic sensor unit 1 according to FIG. 1 in that the membrane and the housing of the membrane as one-piece, made of the same material Membrane housing part 43 is formed.
  • the membrane housing part 43 comprises a membrane bottom section 49 and a membrane wall section 51.
  • the membrane housing part 43 is made of a metal alloy, in particular one Aluminum alloy.
  • Inside the electronics housing 31 are the components of the sensor electronics 35 on one Sensor board arranged 45.
  • the manufacture of the membrane housing part 41 is done by a combined Deep drawing process and a subsequent machining process Processing.
  • the ultrasonic sensor unit 61 according to the invention Figure 3 differs from the ultrasonic sensor unit 41 in accordance with FIG. 2 in that a membrane housing part 63 Is used that is designed such that the Sensor board 45 and the sensor electronics 35 within the Diaphragm housing part 63 is arranged.
  • An extra Electronics housing 31 is omitted from the Ultrasonic sensor unit 61. This is another Component reduction achieved.
  • Fastening means 29 or locking lugs 37 for connecting the Electronics housing 31 with the membrane housing part 43 according to Figure 2.
  • the membrane housing part 63 includes consequently a membrane bottom section 69, one Membrane wall section 71 and one Electronics housing section 73.
  • the membrane housing part 63 is according to the diaphragm housing part 43 as one-piece, in particular made of an aluminum alloy manufactured, trained component.
  • the diaphragm housing part 43 and / or 63 can not shown fasteners for arranging the Ultrasonic sensor unit 41 or 61 to, for example, one Bumper of a vehicle can be molded directly. Further can in particular in the membrane bottom 49 or 69 Section of the diaphragm housing part 43 or 63 facing away Communication and / or not shown Connection means for connecting the corresponding Ultrasonic sensor unit 41 or 61 with a Plug section may be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit (41) mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweisen schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse.
Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil (43) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweise schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse. Derartige Ultraschallsensoreinheiten finden beispielsweise für Nahbereichserkennungssysteme von Kraftfahrzeugen Verwendung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ultraschallsensoreinheit.
Bekannte Ultraschallsensoreinheiten weisen eine Vielzahl von Bauteilen auf. Dazu zählen insbesondere die topfförmige Membrane, ein die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebendes Gehäuse, Entkopplungsmedien zwischen der Membrane und dem Gehäuse, eine Sensorelektronik, ein Gehäuse zur Aufnahme der Sensorelektronik und einen Steckerabschnitt zur Aufnahme eines die Ultraschallsensoreinheit mit einem Steuergerät verbindenden Steckers.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallsensoreinheit bereitzustellen, die in ihrem Aufbau vereinfacht wird, weniger Einzelteile aufweist und dennoch funktionssicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einer Ultraschallsensoreinheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen, insbesondere metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine erhebliche Bauteilreduzierung erreicht wird. Anstelle von der topfförmigen Membrane und dem Gehäuses ist lediglich ein Bauteil, nämlich das Membrane-Gehäuse-Teil bereitzustellen. Ferner entfallen gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Entkopplungsmedien zwischen der Membrane und dem Gehäuse. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird anstelle von verschiedenen Materialien für die Membrane, das Entkopplungsmedium und das Gehäuse lediglich ein Material verwendet. Außerdem entfallen eine Reihe von Fertigungs- und Arbeitsschritten. Ferner liegen keine sich zu Kettentoleranzen addierenden Einzeltoleranzen vor. Die Gesamtgenauigkeit und einhaltbare Gesamttoleranz der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit wird erheblich erhöht. Aufgrund der Verwendung eines einteiligen Membrane-Gehäuse-Teils entfallen außerdem Dichtmittel, die gemäß dem Stand der Technik die Membrane gegenüber dem Gehäuse abdichten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ultraschallsensoreinheit eine Sensorelektronik, wobei die Sensorelektronik innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass kein Extragehäuse für die Sensorelektronik vorzusehen ist. Durch Anordnen der Sensorelektronik innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils werden ebenfalls zusätzliche Bauteile eingespart. Ferner entfallen Fügemittel, die gemäß dem Stand der Technik das Gehäuse der Sensorelektronik mit dem Gehäuse der Membrane dichtend verbinden.
Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß die Sensorelektronik in dem Membrane-Gehäuse-Teil auf einer Sensorplatine angeordnet. Diese Sensorplatine kann als separat handhabbare Baugruppe vormontiert und bei der Endmontage in dem Membrane-Gehäuse-Teil fixiert werden.
Bevorzugterweise ist das Membrane-Gehäuse-Teil aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung. Eine derartige Legierung weist zum einen die erforderliche Schwingfähigkeit der Membrane auf. Zum anderen lässt sie sich problemlos und kostengünstig bearbeiten.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenseite und insbesondere die Mantelfläche des Membrane-Gehäuse-Teils Befestigungsmittel zur Anordnung an ein Bauteil, beispielsweise an einen Stoßfänger eines Fahrzeuges, aufweist. Die Befestigungsmittel können beispielsweise direkt an das Membrane-Gehäuse-Teil angeformt sein. Damit lässt sich eine positionsgenaue und exakte Anordnung der Ultraschallsensoreinheit an ein vorgegebenes Bauteil realisieren. Kettentoleranzen infolge von mehreren, miteinander zu fügenden Bauteilen bei der Anordnung der Ultraschallsensoreinheit entfallen.
Erfindungsgemäß ist ferner denkbar, dass die Außenseite und insbesondere die dem schwingungsfähigen Abschnitt der Membrane abgewandte Seite des Membrane-Gehäuse-Teils Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel zur Verbindung eines Steckerabschnitts aufweist. Vorteilhafterweise können die Verbindungsmittel direkt an das Membrane-Gehäuse-Teil angeformt sein. Über die Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel sowie den Steckerabschnitt ist die Ultraschallsensoreinheit lösbar, beispielsweise über einen Kabelsatz oder ein Bussystem, mit einem zentralen Steuergerät verbindbar.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit gelöst, wobei das aus einer Metalllegierung bestehende Membrane-Gehäuse-Teil durch einen kombinierten Tiefziehprozess mit ggf. daran anschließender spanender Bearbeitung hergestellt ist. Dabei kommt insbesondere ein Drehen oder Fräsen in Betracht. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es schnell, einfach und kostengünstig auch in großer Stückzahl durchgeführt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgstaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
Figur 1
eine Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt gemäß dem bekannten Stand der Technik;
Figur 2
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt; und
Figur 3
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt.
In der Figur 1 ist eine bekannte Ultraschallsensoreinheit 1 dargestellt. Die Ultraschallsensoreinheit 1 umfasst ein Membrangehäuses 3 aus Kunststoff und eine topfförmig ausgebildete Membrane 5 aus einer Aluminiumlegierung, wobei zwischen dem Membrangehäuses 3 und der Membrane 5 ein gummiartiges, ringförmiges Entkopplungsmedium 7 vorhanden ist.
Die Membrane 5 besteht aus einem Membranboden 9, der von einer Membranwandung 11 umfasst wird. Auf der Innenseite des Membranbodens 9 ist eine Piezo-Keramik-Scheibe 13 angeordnet. Über eine elektrische Leitung 15, die an der Piezo-Keramik-Scheibe 13 endet und eine weitere elektrische Leitung 17, die seitlich an der Innenseite der Membrane 5 verstemmt ist, kann die Piezo-Keramik-Scheibe 13 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden.
Des Weiteren ist die Membrane 5 mit einem mechanischen Dämpfstoff 19 aufgefüllt. In dem Bereich, in dem die elektrische Leitung 15 zu der Piezo-Keramik-Scheibe 13 verläuft, weist der Dämpfstoff 19 einen Ausschnitt 21 auf. Zur Positionierung des Dämpfstoffes 19 ist im inneren, oberen Bereich der Membrane 5 ein Gummiteil 23 vorgesehen.
Zum Abdichten der nach oben offenen Membrane 5 ist eine Silikonvergussmasse 25 vorgesehen. Ferner deckt ein Gehäusedeckel 27 das nach oben offene Membrangehäuses 3 ab. Das Membrangehäuses 3 ist über Befestigungsmittel 29 in Form von Aussparungen an einem Elektronikgehäuse 31 aus Kunststoff angeordnet, in dem eine Sensorelektronik 35 untergebracht ist. Das Elektronikgehäuse 31 weist Rastnasen 37 auf, die in die Aussparungen 29 des Membrangehäuses 3 eingreifen.
In den Figuren 2 und 3, die zwei verschiedene, erfindungsgemäße Ultraschallsensoreinheiten 41 und 61 zeigen, sind der Figur 1 entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die Ultraschallsensoreinheit 41 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der Ultraschallsensoreinheit 1 gemäß Figur 1 dadurch, dass die Membrane und das Gehäuse der Membrane als einteiliges, aus dem gleichen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil 43 ausgebildet ist. Das Membrane-Gehäuse-Teil 43 umfasst einen Membranbodenabschnitt 49 und einen Membranwandungsabschnitt 51. Das Membrane-Gehäuse-Teil 43 ist aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung. Innerhalb des Elektronikgehäuses 31 sind die Bauteile der Sensorelektronik 35 auf einer Sensorplatine angeordnet 45. Die Herstellung des Membrane-Gehäuse-Teils 41 erfolgt durch einen kombinierten Tiefziehprozess und einer daran anschließenden spanenden Bearbeitung.
Die erfindungsgemäße Ultraschallsensoreinheit 61 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der Ultraschallsensoreinheit 41 gemäß Figur 2 dadurch, dass ein Membrane-Gehäuse-Teil 63 Verwendung findet, dass derart ausgebildet ist, dass die Sensorplatine 45 und die Sensorelektronik 35 innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils 63 angeordnet ist. Ein extra Elektronikgehäuse 31 entfällt bei der Ultraschallsensoreinheit 61. Damit wird eine weitere Bauteilreduzierung erreicht. Ferner entfallen Befestigungsmittel 29 bzw. Rastnasen 37 zur Verbindung des Elektronikgehäuses 31 mit dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 gemäß Figur 2. Das Membrane-Gehäuse-Teil 63 umfasst folglich einen Membranbodenabschnitt 69, einen Membranwandungsabschnitt 71 und einen Elektronikgehäuseabschnitt 73. Das Membrane-Gehäuse-Teil 63 ist entsprechend dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 als einteiliges, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes, Bauteil ausgebildet.
An dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 und/oder 63 können nicht dargestellte Befestigungsmittel zur Anordnung der Ultraschallsensoreinheit 41 bzw. 61 an beispielsweise einen Stoßfänger eines Fahrzeuges direkt angeformt sein. Ferner können insbesondere in dem dem Membranboden 49 bzw. 69 abgewandten Abschnitt des Membrane-Gehäuse-Teils 43 bzw. 63 nicht dargestellte Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel zur Verbindung der entsprechenden Ultraschallsensoreinheit 41 bzw. 61 mit einem Steckerabschnitt vorgesehen sein.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (7)

  1. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweisen schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil (43, 63) ausgebildet sind.
  2. Ultraschallsensoreinheit (61) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinheit (61) eine Sensorelektronik (35) umfasst, wobei die Sensorelektronik (35) innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils (63) angeordnet ist.
  3. Ultraschallsensoreinheit (61) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik (35) in dem Membrane-Gehäuse-Teil (63) auf einer Sensorplatine (33) angeordnet ist.
  4. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrane-Gehäuse-Teil (43, 63) aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, ist.
  5. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite und insbesondere die Mantelfläche des Membrane-Gehäuse-Teils (43, 63) Befestigungsmittel zur Anordnung an ein Bauteil, beispielsweise an einen Stoßfänger eines Fahrzeuges, aufweist.
  6. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Membrane und insbesondere die dem schwingungsfähigen Abschnitt (49, 69) abgewandte Seite des Membrane-Gehäuse-Teils (43, 63) Kommunikationsund/oder Verbindungsmittel zur Verbindung eines Steckerabschnitts aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aus einer Metalllegierung bestehende Membrane-Gehäuse-Teil durch einen kombinierten Tiefziehprozess mit ggf. daran anschließender spanender Bearbeitung hergestellt ist.
EP02022488A 2001-11-30 2002-10-05 Ultraschallsensoreinheit und Verfahren zur Herstellung Withdrawn EP1316942A3 (de)

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