EP2805321A1 - Ultraschallsensor - Google Patents

Ultraschallsensor

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Publication number
EP2805321A1
EP2805321A1 EP12797803.9A EP12797803A EP2805321A1 EP 2805321 A1 EP2805321 A1 EP 2805321A1 EP 12797803 A EP12797803 A EP 12797803A EP 2805321 A1 EP2805321 A1 EP 2805321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lip
decoupling ring
ultrasonic sensor
housing
sensor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP12797803.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2805321B1 (de
Inventor
David Bartylla
Bayar Bayarsaikhan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2805321A1 publication Critical patent/EP2805321A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2805321B1 publication Critical patent/EP2805321B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
    • G10K9/22—Mountings; Casings

Definitions

  • the invention is based on an ultrasonic sensor according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention also relates to a use of an ultrasonic sensor.
  • a field of application for ultrasonic sensors are, for example, driver assistance systems in motor vehicles. These are the distance to the ultrasonic sensors
  • a sound pulse is transmitted by the ultrasonic sensor, which is reflected by an object in the vicinity of the motor vehicle.
  • the reflected echo is received and from the duration of the sound, the distance to the object is determined.
  • Ultrasonic sensors as used for example for measuring distances to objects in motor vehicles, usually have a membrane, for example in the form of a diaphragm pot, which can be set in vibration with a sound transducer.
  • a transducer usually a piezo element is used.
  • the diaphragm pot is connected to a housing with which the ultrasound sensor thus mounted is mounted, for example, in a bumper of a motor vehicle.
  • ultrasonic sensors can be used as transmitters, as receivers or as combined transmitters and receivers. If the ultrasonic sensor is used as transmitter and receiver, then a short sound pulse is sent, waiting for the decay of the membrane and then receive the signal. Upon receiving, the membrane is vibrated again by the impinging sound waves, creating a voltage in the transducer that can be detected.
  • Currently common design for ultrasonic sensors having a diaphragm pot with sound transducer, a decoupling ring and a housing are described for example in DE 10 2006 028 213 A1 or DE 10 2006 050 037 A1.
  • the diaphragm pot is usually filled with a dampening filling material.
  • the filling material is usually a foam which foams only after introduction into the membrane pot. This may be due to differences in manufacturing accuracy and dosing differences in the
  • Foaming causes the filling material to escape above the height of the diaphragm pot and also to contact the housing. This gives the possibility that
  • Structure-borne noise is transmitted from the membrane to the housing through the filling material.
  • this vibration transmission through the filler material to the housing is not desirable.
  • an ultrasonic sensor for transmitting and / or receiving ultrasound signals is used according to the invention
  • the decoupling ring has a lip which is designed such that a gap is formed between the lip and the housing inner wall and the filling material is accommodated in a space enclosed by the diaphragm pot and lip on the decoupling ring.
  • Vibration transmission from the diaphragm to the housing increases the sound pressure of the sensors and the reverberation time can be reduced.
  • the increased sound pressure allows a measurement of longer distances and the reduced ringing time in turn, the measurement of shorter distances, since the distance between the end of the transmission of a signal to the reception of a signal can be chosen smaller.
  • a more even decay time can be realized, whereby defined waiting times between transmission mode and reception mode of the sensor can be set.
  • Ultrasonic sensor can be maintained.
  • the decoupling ring is made of a damping material.
  • a rubber-elastic material is suitable. Suitable rubber-elastic materials are, for example, natural or synthetic rubber or a thermoplastic elastomer. Preferred is the rubber-elastic material from which the decoupling ring is made, selected from natural rubber, styrene-butadiene copolymers (SBR), polybutadiene, polyisoprene, polychloroprene, nitrile rubber, silicone rubber, polyisobutylene,
  • SBR styrene-butadiene copolymers
  • EPM / EPDM silicones
  • silicone gels for example Fermasil®
  • Fermasil® Particularly preferred as material for the decoupling ring are ethylene-propylene copolymers, for example EPM or EPDM.
  • the decoupling ring usually has the same shape as the circumference of the
  • the decoupling ring is therefore rotationally symmetric, that is designed circular.
  • any other design for example, as a polygon, for example, with three, four or six corners or the design in the form of an ellipse is conceivable. Any other form for the decoupling ring is possible.
  • the decoupling ring is rotationally symmetrical circular. Since the decoupling ring completely surrounds the diaphragm pot, the lip extends in the axial direction to the symmetry axis of the decoupling ring. Depending on the design of the diaphragm pot and the Housing, it is also possible that the lip, for example, has an angle to the axis of symmetry.
  • the space laterally delimited by the lip can, for example, be rejuvenated or widened. It is only essential that the lip does not touch the housing. It is preferred if the lip is aligned in the same direction as the side walls of the diaphragm pot.
  • the decoupling ring has a
  • the decoupling ring rests with one side on the diaphragm pot and with an opposite side to the housing, wherein the decoupling ring has at least one rib in the contact region.
  • the rib is preferably designed circumferentially.
  • the height of the lip is preferably chosen so that the filling material, with which the diaphragm cup is filled, does not penetrate via the lip into the gap between the decoupling ring and the housing inner wall.
  • the height of the lip is to be chosen so that even with different dimensions of the space formed by the diaphragm pot and the lip due to manufacturing tolerances and due to manufacturing tolerances
  • each amount of filler material is ensured that no filler material penetrates through the lip in the gap between the decoupling ring and housing inner wall.
  • the height of the lip is therefore preferably chosen so that with minimal height of the space formed by diaphragm pot and lip and maximum capacity nor the entire filler after foaming remains in the space formed by diaphragm cup and lip and not on the lip in the gap between the lip and Housing inner wall penetrates.
  • the sound transducer which is used to generate a sound signal or, in the receiving mode of the ultrasonic sensor, a sound signal impinging on the sensor is preferably a piezo transducer.
  • a piezo transducer In addition to a piezo transducer but any other known to the expert sound transducer is used. However, the use of a piezoelectric transducer is preferred since it allows the transmission of defined pulses.
  • the filling material used for damping in the ultrasonic sensor is preferably a closed-cell polymer foam.
  • Any suitable polymer foam known to the person skilled in the art is suitable here. It is particularly preferred if the polymer foam is a silicone-based foam.
  • Such a closed-cell polymer foam is particularly preferred.
  • Silicone base is available, for example, under the trade name Fermasil® from Sonderhoff Chemicals GmbH.
  • Fermasil® from Sonderhoff Chemicals GmbH.
  • closed-cell foams based on silicone however, closed-cell polyurethane-based foams are also suitable, for example.
  • the inventively designed ultrasonic sensor is suitable for example as
  • the ultrasonic sensor in a driver assistance system, in which case the ultrasonic sensor is mounted on the vehicle and is used to measure the distance to objects around the vehicle.
  • the ultrasonic sensor is mounted on the vehicle and is used to measure the distance to objects around the vehicle.
  • Ultrasonic sensor according to the invention also be used for example in driverless transport systems.
  • the ultrasonic sensor according to the invention is particularly preferably used as a distance sensor for driver assistance systems in motor vehicles or in driverless transport systems.
  • the single FIGURE shows a sectional view of an inventively designed ultrasonic sensor.
  • An ultrasonic sensor 1 comprises a diaphragm pot 3, which is fastened to a housing 7 with a union nut 5.
  • a sound transducer 1 1 is mounted on the inner side. With the sound transducer 1 1 ultrasonic pulses are generated, which set the bottom 9 of the diaphragm pot 3 in vibration. The vibrations are output to the outside, whereby a sound pulse is sent from the ultrasonic sensor 1. The transmitted sound pulse is reflected in the presence of an object of this object and the echo is received from the bottom 9 of the diaphragm pot 3.
  • the bottom 9 of the diaphragm pot 3 is vibrated, which are transmitted to the transducer 1 1.
  • the vibrations are detected by the transducer 1 1 and converted into a signal.
  • the distance to the object can be determined by the sound transit time from the transmission of the signal to the reception of the reflected echo.
  • a transducer 1 1 is usually a piezoelectric element is used.
  • the diaphragm pot 3 is preferably filled with a dampening filling material 15.
  • the filling material 15 is preferably a closed-cell polymer foam, preferably a
  • Decoupling ring 13 was added. In order to exclude a sound transmission from the diaphragm pot 3 via the union nut 5 on the housing 7, the union nut 5 is also on the decoupling ring 13 and not directly on the diaphragm pot 3. For mounting, the diaphragm pot has a collar 17, which is enclosed by the decoupling ring 13. Here, the decoupling ring 13 is applied to the collar 17. With the
  • the decoupling ring 13 is pressed against the collar 17 and so the diaphragm pot 3 is connected to the housing 7. So that the decoupling ring can act as such and the transmission of vibrations from the diaphragm pot 3 to the housing 7 are minimized, the decoupling ring 13 is made of a damping material. Suitable damping materials are in particular, as already described above, elastomers.
  • the decoupling ring is preferably formed with a low rigidity.
  • the decoupling ring 13 has a contact region 19. In the contact region 19 of the decoupling ring 13 is located with a first side 21 on the diaphragm pot 3. With one of the first side 21 opposite side 23 of the decoupling ring 13 is located on the housing 7.
  • a reduction of the rigidity is achieved by the contact region 19 having at least one rib 25.
  • the ribs are the areas that rest on the diaphragm pot 3 or on the housing 7.
  • the ribs 25 are preferably designed circumferentially in the contact region of the decoupling ring 13.
  • the ribs for example, alternatively
  • the number of ribs results from the desired reduction of the wall thickness of the decoupling ring and the width of the collar 17 on the diaphragm pot 3.
  • the reduced wall thickness of the decoupling ring 13 with the ribs 25 which rest against the diaphragm pot 3 and the housing 7 leads to the formation of several air cavities 28 between diaphragm pot 3 and decoupling ring 13th
  • the decoupling ring 13 furthermore has a lip 27.
  • the lip 27 is preferably formed circumferentially on the decoupling ring 13.
  • the lip is aligned in the axial direction parallel to a symmetry axis 29.
  • the lip is designed so that a gap 31 between the lip 27 and the housing 7 is formed.
  • the lip 27 has an inclination to the axis of symmetry 29, wherein the lip can be both inclined so that a diaphragm cup 3 and the lip 27 enclosed space 33 widened in the region of the lip 27 or, alternatively, tapers in the area of the lip 27 as well.
  • the lip points with increasing distance from the diaphragm pot 3 outwardly away from the axis of symmetry 29 and at a taper of the diameter of the space, the lip 27 with increasing distance from the diaphragm pot 3 in the direction of the axis of symmetry 29th
  • the sound transducer 1 1 is usually used only after the assembly of diaphragm pot 9 and housing 7 and is generally connected by gluing to the diaphragm pot 9, it is necessary that the diameter of the space 33 is kept so large, that mounting the transducer after mounting the other components of the ultrasonic sensor 1 is still possible.
  • the filling material 15 is preferably introduced in the form of a liquid in the space 33, wherein the liquid cures after introduction into the space 33 and thereby foams.
  • the filler material is usually a material that after the
  • Foaming forms a closed-cell foam, preferably based on silicone.
  • the filling material 15 serves for damping, so that a fast decay is achieved after sending a sound pulse. To avoid that by the filler 15
  • Vibrations are transmitted to the housing 7, the lip 27 is formed on the decoupling ring 13 according to the invention. This prevents the filling material 15 with the
  • the height of the lip 27 is selected so that the filling material 15 does not flow via the lip 27 into the gap 31 after foaming. Through the lip 27 can manufacturing differences, for example, due to
  • the amount of foaming liquid that forms the filler 15 may vary within manufacturing tolerances.
  • the height of the lip 27 is chosen so that at minimum height of the side wall 35 of the diaphragm pot 13 and maximum amount of filler after foaming no filler 15 via the lip 27 in the Gap 31 arrives.
  • optimal damping of the sound transducer 1 1 is achieved after the termination of a signal and on the other avoided that structure-borne noise are transmitted via the filling material 15 from the transducer 1 1 to the housing 7.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen, umfassend einen Membrantopf (3) mit einem Schallwandler (11) und ein Gehäuse (7), wobei der Membrantopf (3) mit dem Gehäuse (7) lösbar verbunden ist und zwischen Membrantopf (3) und Gehäuse (7) ein Entkopplungsring (13) aufgenommen ist und der Membrantopf (3) mit einem Füllmaterial (15) gefüllt ist. Der Entkopplungsring (13) weist eine Lippe (27) auf, die so gestaltet ist, dass zwischen Lippe (27) und Gehäuseinnenwand ein Spalt (31) ausgebildet ist und das Füllmaterial (15) in einem von Membrantopf (3) und Lippe (27) am Entkopplungsring (13) umschlossenen Raum (33) aufgenommen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung des Ultraschallsensors.

Description

Ultraschallsensor Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem Ultraschallsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines Ultraschallsensors.
Stand der Technik
Ein Einsatzgebiet für Ultraschallsensoren sind zum Beispiel Fahrassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen. Bei diesen wird mit den Ultraschallsensoren der Abstand zu das
Kraftfahrzeug umgebenden Objekten bestimmt. Hierzu wird vom Ultraschallsensor ein Schallpuls gesendet, der von einem Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektiert wird. Das so reflektierte Echo wird empfangen und aus der Laufzeit des Schalls wird die Entfernung zu dem Objekt bestimmt.
Ultraschallsensoren, wie sie beispielsweise zur Entfernungsmessung zu Objekten in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, weisen üblicherweise eine Membran, beispielsweise in Form eines Membrantopfs auf, die mit einem Schallwandler in Schwingungen versetzt werden kann. Als Schallwandler wird üblicherweise ein Piezo-Element verwendet. Der Membrantopf ist mit einem Gehäuse verbunden, mit dem der so montierte Ultraschallsensor zum Beispiel in einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs montiert wird. Um einen definierten Schallpuls senden zu können befindet sich üblicherweise zwischen der als Membrantopf ausgestalteten Membran und dem Gehäuse ein Entkopplungsring, durch den Schwingungen gedämpft werden. Hierdurch wird die Übertragung von Schwingungen auf das Gehäuse und damit das Kraftfahrzeugteil, in dem der Ultraschallsensor montiert ist, reduziert oder vermieden. Derartige Ultraschallsensoren können als Sender, als Empfänger oder als kombinierte Sender und Empfänger eingesetzt werden. Wenn der Ultraschallsensor als Sender und Empfänger genutzt wird, so wird ein kurzer Schallpuls gesendet, das Ausschwingen der Membran abgewartet und danach das Signal empfangen. Beim Empfangen wird durch die auftreffenden Schallwellen die Membran erneut in Schwingungen versetzt, wodurch im Schallwandler eine Spannung erzeugt wird, die erfasst werden kann. Derzeit übliche Gestaltung für Ultraschallsensoren, die einen Membrantopf mit Schallwandler, einen Entkopplungsring und ein Gehäuse aufweisen, sind zum Beispiel in DE 10 2006 028 213 A1 oder DE 10 2006 050 037 A1 beschrieben.
Um insbesondere bei einem als Sender und Empfänger genutzten Ultraschallsensor ein schnelles Ausschwingen der Membran zu erhalten, wird der Membrantopf üblicherweise mit einem dämpfend wirkenden Füllmaterial gefüllt. Das Füllmaterial ist dabei üblicherweise ein Schaum, der erst nach Einbringen in den Membrantopf aufschäumt. Hierbei kann es durch Unterschiede in der Fertigungsgenauigkeit und durch Dosierungsunterschiede beim
Aufschäumen dazu kommen, dass das Füllmaterial über die Höhe des Membrantopfes austritt und auch das Gehäuse kontaktiert. Hierdurch besteht die Möglichkeit, dass
Körperschall von der Membran an das Gehäuse durch das Füllmaterial übertragen wird. Diese Schwingungsübertragung durch das Füllmaterial auf das Gehäuse ist jedoch nicht erwünscht.
Offenbarung der Erfindung
Zur Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile wird erfindungsgemäß ein Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen
vorgeschlagen, der einen Membrantopf mit einem Schallwandler und ein Gehäuse umfasst, wobei der Membrantopf mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist und zwischen Membrantopf und Gehäuse ein Entkopplungsring aufgenommen ist und der Membrantopf mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Erfindungsgemäß weist der Entkopplungsring eine Lippe auf, die so gestaltet ist, dass zwischen Lippe und Gehäuseinnenwand ein Spalt ausgebildet ist und das Füllmaterial in einem von Membrantopf und Lippe am Entkopplungsring umschlossenen Raum aufgenommen ist.
Vorteile der Erfindung
Durch die Gestaltung des Entkopplungsrings mit der Lippe, die so gestaltet ist, dass zwischen Gehäuseinnenwand und Lippe ein Spalt ausgebildet ist, wird vermieden, dass auch bei unterschiedlichen geometrischen Abmaßen aufgrund von Fertigungstoleranzen Füllmaterial, mit dem der Membrantopf gefüllt wird, mit dem Gehäuse in Kontakt kommt. Das Füllmaterial verbleibt in dem von Membrantopf und Lippe umschlossenen Raum. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der Vermeidung einer ungewünschten
Schwingungsübertragung von der Membrane an das Gehäuse der Schalldruck der Sensoren erhöht und die Nachschwingzeit verringert werden kann. Der erhöhte Schalldruck erlaubt eine Messung von größeren Distanzen und die verringerte Nachschwingzeit im Gegenzug die Messung kürzerer Distanzen, da der Abstand zwischen Ende des Sendens eines Signals bis zum Empfangen eines Signals kleiner gewählt werden kann. Zudem lässt sich eine gleichmäßigere Ausschwingzeit realisieren, wodurch definierte Wartezeiten zwischen Sendebetrieb und Empfangsbetrieb des Sensors eingestellt werden können. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass lediglich die Geometrie des Entkopplungsringes geändert wird und dadurch aktuelle Fertigungsprozesse für den
Ultraschallsensor beibehalten werden können.
Da durch den Entkopplungsring eine Schwingungsübertragung vom Membrantopf an das Gehäuse unterdrückt werden soll, wird der Entkopplungsring aus einem dämpfenden Material gefertigt. Als Material zur Herstellung des Entkopplungsrings eignet sich zum Beispiel ein gummielastisches Material. Geeignete gummielastische Materialien sind zum Beispiel natürlicher oder synthetischer Kautschuk oder ein thermoplastisches Elastomer. Bevorzugt ist das gummielastische Material, aus dem der Entkopplungsring gefertigt wird, ausgewählt aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymeren (SBR), Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren, Nitrilkautschuk, Silikonkautschuk, Polyisobutylen,
Butylkautschuk, Ethlyen-Vinylacetat-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Copolymeren
(EPM/EPDM), Silikonen, Silikongelen und Silikonschäumen, beispielsweise Fermasil®. Besonders bevorzugt als Material für den Entkopplungsring sind Ethylen-Propylen- Copolymere, beispielsweise EPM oder EPDM.
Der Entkopplungsring weist üblicherweise die gleiche Form auf wie der Umfang des
Membrantopfs. Im Allgemeinen ist der Entkopplungsring daher rotationssymmetrisch, das heißt kreisförmig gestaltet. Neben einer kreisförmigen Gestaltung ist aber auch jede beliebige andere Gestaltung, beispielsweise als Polygon zum Beispiel mit drei, vier oder sechs Ecken oder auch die Gestaltung in Form einer Ellipse denkbar. Auch jede beliebige andere Form für den Entkopplungsring ist möglich. Bevorzugt ist der Entkopplungsring jedoch rotationssymmetrisch kreisförmig. Da der Entkopplungsring den Membrantopf vollständig umschließt, erstreckt sich die Lippe in axialer Richtung zur Symmetrieachse des Entkopplungsrings. In Abhängigkeit von der Gestaltung des Membrantopfs und des Gehäuses ist es jedoch auch möglich, dass die Lippe zum Beispiel einen Winkel zur Symmetrieachse aufweist. Hierbei kann sich der durch die Lippe seitlich begrenzte Raum zum Beispiel verjüngen oder erweitern. Wesentlich ist lediglich, dass die Lippe das Gehäuse nicht berührt. Bevorzugt ist es, wenn die Lippe in gleicher Richtung ausgerichtet ist wie die Seitenwandungen des Membrantopfs.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Entkopplungsring einen
Kontaktbereich auf, in dem der Entkopplungsring mit einer Seite am Membrantopf und mit einer gegenüberliegenden Seite am Gehäuse anliegt, wobei der Entkopplungsring im Kontaktbereich mindestens eine Rippe aufweist. Die Rippe ist dabei vorzugsweise umlaufend gestaltet.
Durch die vorzugsweise umlaufend gestaltete Rippe im Kontaktbereich ist es möglich, die Steifigkeit des Entkopplungsringes in diesem Bereich herabzusetzen. Durch die geringere Steifigkeit wird weniger Körperschall vom Membrantopf an das Gehäuse übertragen. Durch Erhöhung der Anzahl der Rippen wird die Menge von Lufthohlräumen erhöht und die Steifigkeit des Entkopplungsrings weiter herabgesetzt, sodass dies zu einer weiter verringerten Übertragung von Körperschall vom Membrantopf auf das Gehäuse zur Folge hat.
Die Höhe der Lippe wird vorzugsweise so gewählt, dass das Füllmaterial, mit dem der Membrantopf gefüllt wird, nicht über die Lippe in den Spalt zwischen Entkopplungsring und Gehäuseinnenwand eindringt. Dabei ist die Höhe der Lippe so zu wählen, dass auch bei unterschiedlichen Abmaßen des durch den Membrantopf und die Lippe gebildeten Raumes aufgrund von Fertigungstoleranzen und einer aufgrund von Fertigungstoleranzen
unterschiedliche Menge an Füllmaterial jeweils sichergestellt wird, dass kein Füllmaterial über die Lippe in den Spalt zwischen Entkopplungsring und Gehäuseinnenwand eindringt. Die Höhe der Lippe wird daher vorzugsweise so gewählt, dass bei minimaler Höhe des durch Membrantopf und Lippe gebildeten Raumes und maximaler Füllmenge noch das gesamte Füllmaterial nach dem Aufschäumen im durch Membrantopf und Lippe gebildeten Raum verbleibt und nicht über die Lippe in den Spalt zwischen Lippe und Gehäuseinnenwand eindringt.
Der Schallwandler, der genutzt wird, um ein Schallsignal zu erzeugen beziehungsweise im Empfangsmodus des Ultraschallsensors ein auf den Sensor auftreffendes Schallsignal zu empfangen, ist vorzugsweise ein Piezowandler. Neben einem Piezowandler ist aber auch jeder beliebige andere, dem Fachmann bekannte Schallwandler einsetzbar. Bevorzugt ist jedoch der Einsatz eines Piezowandlers, da dieser das Senden von definierten Pulsen erlaubt.
Das zur Dämpfung im Ultraschallsensor eingesetzte Füllmaterial ist vorzugsweise ein geschlossenzelliger Polymerschaum. Hierbei ist jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Polymerschaum geeignet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Polymerschaum ein Schaum auf Silikonbasis ist. Ein solcher geschlossenzelliger Polymerschaum auf
Siliikonbasis ist zum Beispiel unter dem Handelsnamen Fermasil ® der Firma Sonderhoff Chemicals GmbH erhältlich. Neben geschlossenzelligen Schäumen auf Silikonbasis eignen sich jedoch zum Beispiel auch geschlossenzellige Schäume auf Polyurethanbasis.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Ultraschallsensor eignet sich zum Beispiel als
Abstandssensor in einem Fahrassistenzsystem, wobei der Ultraschallsensor in diesem Fall am Fahrzeug angebracht wird und genutzt wird, um den Abstand zu Objekten um das Fahrzeug zu messen. Neben dem Einsatz in Fahrassistenzsystemen kann der
erfindungsgemäße Ultraschallsensor auch beispielsweise in führerlosen Transportsystemen genutzt werden.
Besonders bevorzugt wird der erfindungsgemäße Ultraschallsensor als Abstandssensor für Fahrassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen oder in führerlosen Transportsystemen eingesetzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Figur dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ultraschallsensors.
Ausführungsbeispiele der Erfindung In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Ultraschallsensor dargestellt. Ein Ultraschallsensor 1 umfasst einen Membrantopf 3, der mit einer Überwurfmutter 5 an einem Gehäuse 7 befestigt ist. Am Boden 9 des Membrantopfs 3 ist auf der innenliegenden Seite ein Schallwandler 1 1 montiert. Mit dem Schallwandler 1 1 werden Ultraschallpulse erzeugt, die den Boden 9 des Membrantopfs 3 in Schwingungen versetzen. Die Schwingungen werden nach außen abgegeben, wodurch ein Schallpuls vom Ultraschallsensor 1 gesendet wird. Der gesendete Schallpuls wird bei Vorhandensein eines Objekts von diesem Objekt reflektiert und das Echo wird vom Boden 9 des Membrantopfs 3 empfangen. Hierdurch wird der Boden 9 des Membrantopfs 3 in Schwingungen versetzt , die auf den Schallwandler 1 1 übertragen werden. Die Schwingungen werden so vom Schallwandler 1 1 erfasst und in ein Signal gewandelt. Auf diese Weise kann durch die Schalllaufzeit vom Senden des Signals bis zum Empfangen des reflektierten Echos die Entfernung zu dem Objekt bestimmt werden. Als Schallwandler 1 1 wird üblicherweise ein Piezoelement eingesetzt.
Um insbesondere bei Einsatz des Ultraschallsensors 1 als Sender und Empfänger auch kurze Abstände zu Objekten messen zu können, ist es notwendig, die Schwingungen nach dem Senden des Schallpulses schnell abklingen zu lassen. Hierzu ist der Membrantopf 3 vorzugsweise mit einem dämpfend wirkenden Füllmaterial 15 befüllt. Das Füllmaterial 15 ist dabei vorzugsweise ein geschlossenzelliger Polymerschaum, vorzugsweise ein
geschlossenzelliger Polymerschaum auf Silikonbasis.
Um eine Schallübertragung vom Membrantopf 3 an das Gehäuse 7 zu reduzieren oder möglichst auszuschließen ist zwischen dem Membrantopf 3 und dem Gehäuse 7 ein
Entkopplungsring 13 aufgenommen. Um auch eine Schallübertragung vom Membrantopf 3 über die Überwurfmutter 5 auf das Gehäuse 7 auszuschließen, liegt die Überwurfmutter 5 ebenfalls am Entkopplungsring 13 und nicht direkt am Membrantopf 3 an. Zur Montage weist der Membrantopf einen Bund 17 auf, der vom Entkopplungsring 13 umschlossen wird. Hierbei liegt der Entkopplungsring 13 am Bund 17 an. Mit der
Überwurfmutter 5 wird der Entkopplungsring 13 gegen den Bund 17 gepresst und so der Membrantopf 3 mit dem Gehäuse 7 verbunden. Damit der Entkopplungsring als solcher wirken kann und die Übertragung von Schwingungen vom Membrantopf 3 an das Gehäuse 7 minimiert werden, ist der Entkopplungsring 13 aus einem dämpfenden Material gefertigt. Als dämpfende Materialien eignen sich insbesondere, wie vorstehend bereits beschrieben, Elastomere. Um die Übertragung von Körperschall vom Membrantopf 3 an das Gehäuse 7 weiter zu minimieren, wird der Entkopplungsring vorzugsweise mit einer geringen Steifigkeit gebildet. Hierzu weist der Entkopplungsring 13 einen Kontaktbereich 19 auf. Im Kontaktbereich 19 liegt der Entkopplungsring 13 mit einer ersten Seite 21 am Membrantopf 3 an. Mit einer der ersten Seite 21 gegenüberliegenden Seite 23 liegt der Entkopplungsring 13 am Gehäuse 7 an.
Eine Verringerung der Steifigkeit wird erzielt, indem der Kontaktbereich 19 mindestens eine Rippe 25 aufweist. Durch die Rippen ist es möglich, die Wandstärke des Entkopplungsrings 13 zu reduzieren und hierdurch die Steifigkeit herabzusetzen. Die Rippen sind dabei die Bereiche, die am Membrantopf 3 beziehungsweise am Gehäuse 7 anliegen. Hierzu sind die Rippen 25 vorzugsweise umlaufend im Kontaktbereich des Entkopplungsrings 13 gestaltet. Neben einem geraden Verlauf können die Rippen zum Beispiel alternativ auch
zickzackförmig oder wellenförmig verlaufen. Die Anzahl der Rippen ergibt sich aus der gewünschten Verringerung der Wandstärke des Entkopplungsrings und der Breite des Bundes 17 am Membrantopf 3. Die verringerte Wandstärke des Entkopplungsrings 13 mit den Rippen 25, die am Membrantopf 3 und am Gehäuse 7 anliegen führt zur Ausbildung von mehreren Lufthohlräumen 28 zwischen Membrantopf 3 und Entkopplungsring 13
beziehungsweise zwischen Entkopplungsring 13 und Gehäuse 7.
Durch die Reduzierung der Übertragung von Körperschall aufgrund der Herabsetzung der Steifigkeit des Entkopplungsrings ist es möglich, unerwünschte Nebensignale, die sich durch Übertragung an das Gehäuse ergeben, zu minimieren oder auszuschließen.
Erfindungsgemäß weist der Entkopplungsring 13 weiterhin eine Lippe 27 auf. Die Lippe 27 ist dabei vorzugsweise umlaufend am Entkopplungsring 13 ausgebildet. In einer
Ausführungsform, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, ist die Lippe in axialer Richtung parallel zu einer Symmetrieachse 29 ausgerichtet. Die Lippe ist dabei so gestaltet, dass ein Spalt 31 zwischen der Lippe 27 und dem Gehäuse 7 gebildet wird. Neben der achsparallelen
Ausrichtung der Lippe 27, wie sie in der Figur dargestellt ist, ist es auch möglich, dass die Lippe 27 eine Neigung zur Symmetrieachse 29 aufweist, wobei die Lippe dabei sowohl so geneigt sein kann, dass ein vom Membrantopf 3 und der Lippe 27 umschlossener Raum 33 sich im Bereich der Lippe 27 erweitert oder alternativ auch im Bereich der Lippe 27 verjüngt. Bei einer Erweiterung weist die Lippe mit zunehmender Entfernung vom Membrantopf 3 nach außen weg von der Symmetrieachse 29 und bei einer Verjüngung des Durchmessers des Raumes weist die Lippe 27 mit zunehmender Entfernung vom Membrantopf 3 in Richtung der Symmetrieachse 29.
Da bei der Montage des Ultraschallsensors der Schallwandler 1 1 üblicherweise erst nach dem Zusammenbau von Membrantopf 9 und Gehäuse 7 eingesetzt wird und im Allgemeinen durch Verkleben mit dem Membrantopf 9 verbunden wird, ist es notwendig, dass der Durchmesser des Raumes 33 so groß gehalten wird, dass eine Montage des Schallwandlers nach Montage der übrigen Bauteile des Ultraschallsensors 1 noch möglich ist. Nach dem Einsetzen des Schallwandlers 1 1 und der Montage wird der Raum 33 mit dem Füllmaterial 15 befüllt. Hierzu wird das Füllmaterial 15 vorzugsweise in Form einer Flüssigkeit in den Raum 33 eingebracht, wobei die Flüssigkeit nach dem Einbringen in den Raum 33 aushärtet und dabei aufschäumt. Das Füllmaterial ist üblicherweise ein Material, das nach dem
Aufschäumen einen geschlossenzelligen Schaum bildet, bevorzugt auf Silikonbasis. Das Füllmaterial 15 dient dabei zur Dämpfung, damit ein schnelles Ausschwingen nach Senden eines Schallpulses erzielt wird. Um zu vermeiden, dass durch das Füllmaterial 15
Schwingungen an das Gehäuse 7 übertragen werden, ist erfindungsgemäß die Lippe 27 am Entkopplungsring 13 ausgebildet. Dies verhindert, dass das Füllmaterial 15 mit dem
Gehäuse 7 in Kontakt kommt. Die Höhe der Lippe 27 wird dabei so gewählt, dass das Füllmaterial 15 nach dem Aufschäumen nicht über die Lippe 27 in den Spalt 31 fließt. Durch die Lippe 27 können Fertigungsunterschiede, die sich beispielsweise aufgrund von
Fertigungstoleranzen ergeben, ausgeglichen werden. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Höhe der Seitenwandung 35 des Membrantopfs 3 Abweichungen aufgrund der
Fertigungstoleranz einnimmt. Auch kann die Füllmenge an aufschäumender Flüssigkeit, die das Füllmaterial 15 bildet, innerhalb von Fertigungstoleranzen variieren. Dies führt jeweils zu einer unterschiedlich hohen Befüllung mit dem Füllmaterial 15. Die Höhe der Lippe 27 wird dabei so gewählt, dass bei minimaler Höhe der Seitenwandung 35 des Membrantopfs 13 und maximaler Menge an Füllmaterial nach dem Aufschäumen kein Füllmaterial 15 über die Lippe 27 in den Spalt 31 gelangt. Hierdurch wird einerseits eine optimale Dämpfung des Schallwandlers 1 1 nach dem Beenden eines Signals erzielt und zum Anderen vermieden, dass Körperschall über das Füllmaterial 15 vom Schallwandler 1 1 an das Gehäuse 7 übertragen werden. Um die Stabilität der Lippen 27 zu erhöhen, ist es möglich, diese zum Beispiel wellenförmig oder zickzackformig zu gestalten oder mit Verstärkungsrippen zu versehen.

Claims

Ansprüche
1 . Ultraschallsensor zum Senden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen, umfassend einen Membrantopf (3) mit einem Schallwandler (1 1 ) und ein Gehäuse (7), wobei der
Membrantopf (3) mit dem Gehäuse (7) lösbar verbunden ist und zwischen Membrantopf (3) und Gehäuse (7) ein Entkopplungsring (13) aufgenommen ist und der Membrantopf (3) mit einem Füllmaterial (15) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (13) eine Lippe (27) aufweist, die so gestaltet ist, dass zwischen Lippe (27) und
Gehäuseinnenwand ein Spalt (31 ) ausgebildet ist und das Füllmaterial (15) in einem von Membrantopf (3) und Lippe (27) am Entkopplungsring (13) umschlossenen Raum (33) aufgenommen ist.
2. Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Entkopplungsring (13) aus einem gummielastischen Material gefertigt ist.
3. Ultraschallsensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
gummielastische Material ein natürlicher oder synthetischer Kautschuk oder ein
thermoplastisches Elastomer ist.
4. Ultraschallsensor gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gummielastische Material ausgewählt ist aus Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymeren (SBR), Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren, Nitrilkautschuk, Silikonkautschuk, Polyisobutylen, Butylkautschuk, Ethylen-Vinylacetatkautschuk und Ethylen-Propylen- Copolymeren (EPM/EPDM).
5. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (13) rotationssymmetrisch ist und die Lippe (27) sich in axialer Richtung erstreckt.
6. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Lippe (27) so gewählt wird, dass das Füllmaterial (15) nicht über die Lippe (27) in den Spalt (31 ) zwischen Entkopplungsring (13) und Gehäuseinnenwand eindringt.
7. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (13) einen Kontaktbereich (19) aufweist, in dem der Entkopplungsring (13) mit einer ersten Seite (21 ) am Membrantopf (3) und mit einer der ersten Seite (21 ) gegenüberliegenden Seite (23) am Gehäuse (7) anliegt, wobei der Entkopplungsring (13) im Kontaktbereich (19) mindestens eine vorzugsweise umlaufende Rippe (25) aufweist.
8. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler (1 1 ) ein Piezowandler ist.
9. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (15) ein geschlossenzelliger Polymerschaum ist.
10. Ultraschallsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerschaum ein Schaum auf Silikonbasis ist.
1 1 . Verwendung eines Ultraschallsensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 als Abstandssensor in einem Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs oder als
Abstandssensor in einem führerlosen Fahrzeug.
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