Membran und Verfahren zur Herstellung einer Membran für
einen Ultraschallwandler
Die Erfindung betrifft eine Membran und ein Verfahren zur Herstellung einer Membran für einen Ultraschallwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12 genannten Art.
Eine derartige Membran für einen Ultraschallwandler ist bereits aus der WO2005/024451 A2 bekannt. Die Membran umfasst einen topförmigen Membrankörper aus Aluminium, dessen Boden eine schwingungsfähige Membranfläche bildet. Der Ultraschallsensor ist zur Verwendung in Einparkhilfen von Fahrzeugen vorgesehen und im Einbauzustand an einem Außenverkleidungs- teil des Fahrzeugs befestigt, wobei die Membran aus dem Wandlergehäuse herausragt, eine Montageöffnung des Verkleidungs- teils durchsetzt und mit der Außenseite der Membranfläche frei an der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet ist.
Die Außenseite der Membranfläche bildet somit einen Teil der sichtbaren Außenhaut des Fahrzeugs. Damit sich die freiliegende Membranoberfläche möglichst ästhetisch in die Fahrzeugaußenhaut einfügt, ist die Außenseite der Membranfläche mit einer Beschichtung versehen. Als Beschichtung ist dabei zumindest auf der freiliegenden Membranoberfläche eine dunkelfarbige Pulverbeschichtung vorgesehen, wobei die Pulverbeschichtung außenseitig in Fahrzeugfarbe überlackiert sein kann.
Des Weiteren ist aus der EP 1 796 076 Bl eine Membran für einen Ultraschallwandler bekannt, deren freiliegende Membranoberfläche mit einer Chrom-Nickel-Beschichtung versehen ist. Eine solche Chrom-Nickel-Beschichtung ermöglicht eine hochglänzende Membranoberfläche, wodurch insbesondere bei der Montage des Wandlers an Chromleisten des Fahrzeugs eine optisch ansprechende Integration der Membran ermöglicht wird. Allerdings ist das Aufbringen der Chrom-Nickel-Beschichtung verhältnismäßig aufwändig und kostenintensiv.
Die am Stoßfänger des Fahrzeugs freiliegende Membranoberfläche ist im besonderen Masse Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, elektrischen Kriechströmen, Temperatureinflüssen oder Steinschlag ausgesetzt, was zu Beschädigungen der Beschichtung führen kann. Derartige Beschädigungen können ein Abplatzen oder Abblättern der Chrom-Nickel-Schicht verursachen, was nicht nur das Aussehen der Membranoberfläche negativ beeinträchtigt, sondern auch eine Korrosion der Membranoberfläche nach sich ziehen kann. Des Weiteren kann die abgeplatzte oder abgeblätterte Chrom-Nickel-Schicht das Schwingungsverhalten der Membranfläche beeinflussen und dadurch Fehlmessungen des Ultraschallwandlers verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Membran und ein Verfahren zur Herstellung einer Membran für einen Ultraschallwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12 genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine besonders beschädi- gungsresistente Beschichtung der Membranoberfläche ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass
die Beschichtung derart transparent ausgebildet ist, dass der Oberflächenbereich des Membrankörpers durch die Beschichtung hindurch sichtbar ist. Somit bleibt das Aussehen des Oberflächenbereichs auch bei Beschädigungen der Beschichtung zumindest weitgehend erhalten, d. h. Bereiche mit unbeschädigter Beschichtung wirken optisch einheitlich zu Bereichen mit beschädigter oder nicht mehr vorhandener Beschichtung, da ein Betrachter in allen Bereiche stets die Metall-Oberfläche des Membrankörpers sieht. Dadurch bleibt auch bei beschädigter Beschichtung ein weitgehend einheitliches Aussehen und
Reflektionsverhalten der Membranoberfläche erhalten.
Im Unterschied zum Stand der Technik besteht der erfindungs- gemäße Ansatz also darin, die metallische Membranoberfläche nicht abzudecken, sondern durch eine transparente Beschichtung hindurch sichtbar zu machen. Die mit der transparenten Beschichtungen versehene Membranoberfläche wirkt dabei optisch wie eine ChrombeSchichtung, ohne jedoch deren Nachteile hinsichtlich Widerstandsfähigkeit und Korrosionsverhalten aufzuweisen. Falls erforderlich, kann der Farbton der sichtbaren Membranfläche durch eine Einfärbung der transparenten Beschichtung an die angrenzende Außenhaut des Fahrzeugs ange- passt werden.
Der durch die transparente Beschichtung sichtbare Oberflächenbereich des Membrankörpers ist vorzugsweise hochglänzend ausgebildet, um ein optisch ansprechendes hochglänzendes Erscheinen der Membran zu erzielen.
Ein hochglänzendes Erscheinungsbild lässt sich insbesondere durch einen polierten Oberflächenbereichs des Membrankörpers erzielen, wobei der polierte Oberflächenbereich durch ein mechanisches oder Elektro-Politur-Verfahren erzeugt sein kann.
Um die Haftung der transparenten Beschichtung zu verbessern, ist der Oberflächenbereich des Membrankörpers vorzugsweise
mit einem nasschemischen Vorbehandlungsverfahren entfettet und gebeizt. Da die nasschemische Vorbehandlung nach dem Polieren erfolgt, ist darauf zu achten, dass der polierte Oberflächenbereich des Membrankörpers durch die Vorbehandlung nicht beschädigt und nicht matt oder blind wird.
Zum Schutz vor Korrosion und zur verbesserten Haftung der transparenten Beschichtung kann der Oberflächenbereich des Membrankörpers mit einer Passivierungsschicht versehen sein, wobei die Passivierungsschicht vorzugsweise in einem chromfreien Verfahren erzeugt wird. Auch hierbei ist zu beachten, dass die polierte Oberfläche durch die chemische Behandlung nicht matt oder blind wird.
Als Beschichtung des Oberflächenbereichs ist vorzugsweise eine transparente Lackschicht aus einem elektrisch nicht leitenden Material vorgesehen. Um eine besonders gleichmäßige und widerstandsfähige Beschichtung zu erzielen, kann die Beschichtung als transparente Pulverlackbeschichtung, insbesondere aus Acrylpulver ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Beschichtung ist insbesondere für Membrankörper aus Aluminium von Vorteil, da diese im besonderen Maße korrosionsanfällig sind. Der beschichtete Membrankörper kann insbesondere in einem Ultraschall-Abstandssensor für Fahrzeuge verwendet werden, der üblicherweise im Stoßfängerbereich des Fahrzeugs verbaut und somit in besonderem Maße Umwelteinflüssen ausgesetzt ist.
Der Membrankörper kann topförmig ausgebildet sein und in seinem Bodenbereich die schwingfähige Membranfläche bilden, wobei der beschichtete Oberflächenbereich an der Außenseite der Membranfläche angeordnet ist. Der beschichtete Oberflächenbereich umfasst dabei vorzugsweise die gesamte Außenseite der Membranfläche sowie zumindest einen daran angrenzenden Übergangsbereich zu einer Mantelfläche des Membrankörpers.
Dadurch lässt sich verhindern, dass sich ausgehend vom
Beschichtungsrand Beschädigungen ausbilden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.
In der Darstellung zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Membran für einen Ultra- schallwandler .
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Membran 1 für einen Ultraschallwandler für Fahrzeuge. Der nicht näher gezeigte Ultraschallwandler ist zur Verwendung als Abstandssensor in Einparkhilfen von Kraftfahrzeugen vorgesehen und umfasst ein Wandlergehäuse, das im Einbauzustand über einen zugehörigen Halter an einem Außenverkleidungsteil, wie z. B. einem Stoßfänger des Kraftwagens befestigt ist. Das Außenverkleidungsteil ist insbesondere durch eine in einen Stoßgänger integrierte Zierleiste mit verchromter Oberfläche oder Oberfläche in Chromoptik gebildet .
Die Membran 1 umfasst einen insgesamt topfförmig ausgebildeten Membrankörper 2 mit einer zylindrischen Umfangswand 3 und einem Bodenbereich, der eine schwingfähige Membranfläche 4 bildet. Die Membranfläche 4 und die Umfangswand 3 gehen an ihren Außenseiten 5 und 6 an einem Übergangsbereich 7 ineinander über, wobei der Übergangsbereich 7 durch einen Radius gebildet ist. Alternativ wäre aber auch ein Übergangsbereich 7 z. B mit einem Fasenwinkel möglich.
Die schwingfähige Membranfläche 4 wird über ein nicht gezeigtes Piezoelement schwingungsangeregt , das im Einbauzustand an der Innenseite der Membranfläche 4 angeordnet ist . Vom freien Ende der zylindrischen Umfangswand 3 des Membrankörpers 2 ist umlaufend ein Kragen 9 abgewinkelt. Der Membrankörper 2 ist
einteilig aus Aluminium hergestellt und mechanisch, insbesondere durch Span abhebende Bearbeitung aus einem Halbzeug gefertigt worden.
In der Einbaulage des Ultraschallwandlers steht die Membran 2 mit der Membranfläche 4 und einem Abschnitt ihrer Mantelfläche 3 aus dem Wandlergehäuse heraus, wobei die Membranfläche 4 eine korrespondierende Durchtrittsöffnung im angrenzenden Außenverkleidungsteil des Kraftwagens durchsetzt und mit ihrer Außenseite 5 etwa flächenbündig an die Außenseite des Außenverkleidungsteil anschließt. Die Außenseite 5 der
Membranfläche 4 und die Außenseite 8 des daran angrenzenden Übergangsbereichs 7 liegen somit frei an der Fahrzeugaußenseite und bilden einen Teilbereich der sichtbaren Fahrzeugaußenhaut .
Die Außenseiten 5 und 8 der Membranfläche 4 und des Übergangsbereich 7 weisen jeweils eine polierte, hochglänzende Oberfläche auf, welche durch ein mechanisches Polierverfahren erzeugt worden ist. Ferner sind die Außenseiten von Mantelfläche 6, Übergangsbereich 7 und Membranfläche 4 mit einem nasschemischen Verfahren entfettet und gebeizt und mit einem chromfreien Passivierungsverfahren oberflächenbehandelt worden .
Die Außenseiten der Mantelfläche 6, die Außenseite 8 des Übergangsbereichs 7 und die Außenseite 5 der Membranfläche 4 sind vollflächig mit einer durchgängigen Beschichtung 10 aus transparentem Lack versehen. Als Beschichtung 10 ist dabei eine einschichtige Klarlackbeschichtung, wobei die Beschichtung 10 derart transparent ausgebildet ist, dass durch die Beschichtung 10 hindurch die polierte Außenseite des Membrankörpers 2 sichtbar ist. Als Beschichtung 10 ist dabei eine Pulverlackbeschichtung insbesondere aus Acryllack vorgesehen, In den hochglanzpolierten Außenseiten 5 und 8 der Membranfläche 4 und des Übergangsbereichs 7, welche bei montiertem
Wandler im Sichtbereich angeordnet sind, weist die Membran 1 somit ein hochglänzendes Erscheinungsbild auf .
Die Beschichtung 10 aus Pulverlack weist in den verschiedenen Oberflächenbereichen des Membrankörpers 2 eine unterschiedliche Schichtdicke auf. An der Außenseite 5 der Membranfläche 4 weist die Beschichtung eine Dicke von mindestens 70 μm, vorzugsweise etwa 100 μm auf, da dieser Bereich bei montiertem Ultraschallwandler in besonderem Maße den Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Im Übergangsbereich 7 und im Bereich der Mantelfläche 6 weist die Beschichtung demgegenüber lediglich eine Dicke von mindestens 10 - 12 μm auf. Die transparente Beschichtung 10 aus Pulverlack ist unmittelbar auf die vorbehandelte Oberfläche des Membrankörpers 2 aufgetragen und bildet dann außenseitig die Oberfläche der Membran 1. Weitere Beschichtungen sind weder an der Außenseite der Beschichtung 10 noch zwischen der Beschichtung 10 und der Außenseite 5 und 8 des Membrankörpers 2 vorgesehen.
Um das optische Erscheinungsbild der Membranoberfläche an das angrenzende Außenverkleidungsteil des Fahrzeugs anzupassen, kann der Pulverlack durchgängig eingefärbt sein, wobei die Einfärbung derart transparent ist, dass die Oberfläche des Membrankörpers 2 durch Beschichtung 10 hindurch in dem Farbton der Einfärbung sichtbar ist. Die Einfärbung wird dabei durch die Zugabe entsprechender Farbstoffe zum Pulverlack erzielt .
Das Verfahren zur Herstellung der Membran 1 läuft wie folgt ab:
Zunächst wird der Membrankörper 2 durch mechanische Bearbeitung aus einem Aluminiumhalbzeug hergestellt. Dabei wird eine genau definierte Dicke der Membranfläche 4 erzeugt, damit die Membranfläche 4 nach der Fertigstellung exakt eine vorgegebene Resonanzfrequenz aufweist. Bei der Festlegung der Dicke ist zu berücksichtigen, dass beim nachfolgenden Polier-
verfahren noch Material von der Außenseite 5 der Membranfläche 4 abgetragen wird. Anschließend werden die Außenseite 5 der Membranfläche 4 und die Außenseite 8 des Übergangsbereichs 7 hochglanzpoliert, um im sichtbaren Bereich der
Membranoberfläche eine glatte, hochglänzende Oberfläche zu erzeugen. Die mechanische Bearbeitung des Membrankörpers 2 ist damit abgeschlossen.
Vor der Lackierung wird der Membrankörper 2 in einem nasschemischen Verfahren in verschiedenen Bädern entfettet, gebeizt und gespült. In einem nachfolgenden chromfreien Passivie- rungsverfahren wird die Membranoberfläche dann mit einer Passivierungsschicht zur verbesserten Korrosionsbeständigkeit und Lackhaftung versehen. Die Vorbehandlung muss insgesamt so ausgelegt sein, dass im Unterschied zu herkömmlichen Beizen und Passivierungen keine Beeinträchtigung der hochglänzenden Oberflächen 5 und 8 eintritt.
Nach dem Trocknen der Vorbehandlung wird der vorbehandelte Membrankörper 1 in einem Pulverbeschichtungsverfahren mit der transparenten Beschichtung 10 versehen. Hierzu wird der Membrankörper 2 zunächst in ein korrespondierendes Aufnahmegestell eingesetzt, aus welchem lediglich die mit der Beschichtung 10 zu versehenden Oberflächenbereiche des Membrankörpers 2 herausragen. Vorzugsweise ist dabei ein Aufnahme- gesteil vorgesehen, das gleichzeitig mit einer Vielzahl von Membrankörpern 2 bestückt werden kann. Auf die zu beschichtenden Oberflächen 5, 6 und 8 des Membrankörpers 2 wird dann anschließend ein transparenter Pulverlack aus Acrylpulver statisch aufgenebelt und anschließend in einem Wärmeofen eingebrannt. Nach dem Einbrennen liegt dann die in Fig. 1 dargestellte Beschichtung 10 vor. Beim Aufbringen der Beschichtung 10 ist darauf zu achten, dass über den gesamten Bereich der Membranfläche 4 eine vorgegebene Schichtdicke eingehalten wird, um das gewünschte Schwingverhalten der beschichteten Membranfläche 4 zu erzielen. Des Weiteren darf die Schichtdicke im Übergangsbereich 7 und an der Mantelflä-
che 2 einen Wert von 10 - 12 μm nicht unterschreiten, um eine ausreichenden Schutz dieser Bereiche zu gewährleisten.
Nach dem Aufbringen der Beschichtung 10 mittels des Beschich- tungsverfahrens kann die Membran 1 unmittelbar, d. h. ohne Aufbringen weiterer äußerer Beschichtungen, mit einem Piezo- element versehen und am Ultraschallwandler verbaut werden.