EP3320363A1 - Ultraschallsensor für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum herstellen eines ultraschallsensors - Google Patents

Ultraschallsensor für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug sowie verfahren zum herstellen eines ultraschallsensors

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Publication number
EP3320363A1
EP3320363A1 EP16734398.7A EP16734398A EP3320363A1 EP 3320363 A1 EP3320363 A1 EP 3320363A1 EP 16734398 A EP16734398 A EP 16734398A EP 3320363 A1 EP3320363 A1 EP 3320363A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
ultrasonic sensor
wall segments
diaphragm
wall
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.)
Withdrawn
Application number
EP16734398.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Wilhelm Wehling
Wolfgang Hamm
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren 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 Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Publication of EP3320363A1 publication Critical patent/EP3320363A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • 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

  • Ultrasonic sensor for a motor vehicle, motor vehicle and method for producing an ultrasonic sensor
  • the invention relates to an ultrasonic sensor for a motor vehicle with a cup-shaped membrane comprising a membrane bottom and a membrane wall, wherein the
  • Ultrasonic sensor for emitting and / or receiving ultrasonic signals is formed over the diaphragm bottom.
  • the invention also relates to a motor vehicle having at least one ultrasonic sensor and to a method for producing a motor vehicle
  • Ultrasonic sensors or ultrasonic transducers for motor vehicles are already known from the prior art and can be used, for example, to detect objects in an environmental region of the motor vehicle.
  • an ultrasound signal is emitted by the ultrasound sensors and the ultrasound signal reflected by the object is received again by the ultrasound sensor.
  • Information about a detected object for example, a distance of the object to the motor vehicle, can thereby a driver assistance system of the motor vehicle, for example a
  • an ultrasonic sensor shown which can be operated at different frequencies, so that different ultrasonic sensors can emit signals simultaneously or with very short time intervals, which can be easily separated again.
  • the ultrasound transducers usually have diaphragms which are excited to vibrate.
  • the vibration energy can be provided, for example, by a transducer element, for example a piezoelement.
  • the ultrasonic sensor should be designed so that the vibration energy is emitted to transmit as lossless as possible to the surrounding area. However, the ultrasonic sensor should also be able to quickly reduce the induced vibrations of the membrane for receiving again.
  • EP 1 515 303 B1 discloses a
  • Ultrasonic transducer assembly with a mass ring known.
  • An inventive ultrasonic sensor for a motor vehicle comprises a pot-shaped membrane.
  • the pot-shaped membrane has a membrane bottom and a membrane wall, wherein the ultrasonic sensor for emitting and / or receiving
  • Ultrasonic signals is formed over the diaphragm bottom.
  • the membrane wall is formed separately from the membrane bottom.
  • the pot-shaped membrane of the ultrasonic sensor according to the invention which is designed to emit the ultrasonic signals in a transmission direction and / or for receiving the ultrasonic signals against the transmission direction is thereby constructed from several individual parts, wherein the membrane wall and the diaphragm bottom are formed as separate items.
  • the diaphragm base comprises a front side pointing in the transmission direction and a rear side opposite the front side.
  • Membrane bottom has in particular a circular outer periphery.
  • a transducer element such as a piezoelectric element, arranged, for example, glued, be on the back of the membrane base.
  • the membrane base and the membrane wall can, for example, from
  • the membrane bottom may comprise aluminum and / or a damping plastic and / or a fiber, for example a carbon fiber.
  • the front side of the membrane base can already before the assembly of the cup-shaped membrane, ie before the joining of the
  • Membrane bottom and the membrane wall to be coated with a coating layer and, for example, in their color to a later installation on the motor vehicle,
  • the ultrasonic sensor according to the invention which is constructed from the separate individual parts, for example, a plurality of membrane bottoms can be punched out of a plate, for example an aluminum sheet, which can be coated on one side with the paint layer. The coated side of the
  • Aluminum sheet panel forms the later front side of the membrane bottom.
  • the membrane wall can also be made, for example, of aluminum or of a ceramic and, for example, by bonding to the membrane bottom, be joined to the cup-shaped membrane in a material-locking manner.
  • Ultrasonic sensor has the advantage that it is particularly easy and fast to manufacture. Due to the separate production of the membrane base and the membrane wall, in particular the elaborate step of painting the membrane base and the membrane wall.
  • the membrane wall is segmented into at least two membrane wall segments, wherein the membrane wall segments spaced from each other on the
  • Membrane bottom are arranged and in particular cohesively with the
  • Membrane bottom are connected.
  • the membrane wall itself is formed of individual parts, namely the membrane wall segments, which are separated
  • the membrane wall segments can be glued to the membrane floor, for example, for bonding material.
  • the membrane wall segments for example, of a ceramic or a metal with particularly dampening
  • the ultrasonic sensor Due to the separated membrane wall segments, a mass inertia and a rigidity of the membrane can be increased, thereby advantageously reducing a vibration energy of the membrane in a short time. On the other hand, due to the separated membrane wall segments, the membrane can oscillate freely very well, and thus the required vibration energy can be provided. By materially joining the membrane wall segments with the membrane bottom, for example by gluing, the ultrasonic sensor can be manufactured in a particularly simple and low-effort.
  • the membrane wall is segmented into four membrane wall segments, wherein the four membrane wall segments are arranged in a circumferential direction, which runs around a longitudinal axis oriented perpendicular to the membrane bottom, uniformly spaced from each other on the membrane bottom.
  • the membrane wall segments are in particular configured identical to each other. This means that the individual
  • Membrane wall segments have the same geometric shape and the same mass.
  • the four membrane wall segments along a, in particular circular, outer periphery of the membrane base are evenly spaced or equidistant from the membrane bottom. This means that the membrane bottom through the four membrane wall segments in four equal
  • Circular segments is divided, wherein in each case a membrane wall segment in a
  • Circular segment is arranged on the diaphragm bottom.
  • the four diaphragm wall segments may be formed, for example, as vibration-damping pins or bolts, wherein the bolts can be easily adapted in their geometry and mass to the required inertia and the required stiffness of the membrane.
  • bottom surfaces of the membrane wall segments are arranged adjacent to a rear side of the membrane bottom on the membrane bottom, and are in particular materially bonded to the rear side of the membrane bottom.
  • the bottom surfaces of the membrane wall segments each have an inner edge and an outer edge, wherein the inner edge of the longitudinal axis of the membrane base in the radial direction has a smaller distance from the longitudinal axis than the outer edge.
  • a distance between the inner edge and the outer edge of a bottom surface of a membrane wall segment is referred to as the radial width of the bottom surface.
  • the outer edges of the bottom surfaces and the outer periphery of the membrane base are parallel to each other. In a along the circumferential direction curved outer circumference, as for example in a
  • the respective outer edges are also curved along the circumferential direction, wherein the outer periphery and the respective outer edges have the same radius of curvature.
  • the bottom surfaces can be glued, for example, to the backs of the membrane base.
  • Membrane wall segment formed wherein a limited by inner edges of the bottom surfaces of the membrane wall segments area is formed circular on the back of the membrane bottom.
  • each of the diaphragm wall segments is formed along the outer periphery of the diaphragm bottom with the same radial width of the bottom surface of the respective diaphragm wall segment. This means, that the distance between the outer edge and the inner edge of a bottom surface in the circumferential direction remains unchanged.
  • a wall thickness of a membrane wall segment that is, a distance between an adjoining the outer edge outer wall and a subsequent to the inner edge
  • Inner wall of the membrane wall segment homogeneous.
  • the form is
  • Ring-shaped strip lying region of the membrane base has the circular shape.
  • the invention is based on the finding that a shape of a sound field of the ultrasonic sensor can be influenced by the geometric configuration or shape of the bottom surfaces of the membrane wall segments. Due to the circular, round membrane floor area, a round sound field of the
  • each of the membrane wall segments along the circumferential axis of the membrane bottom extending circumferential direction, ie along the outer circumference, formed with a decreasing or tapering radial width of the bottom surface, wherein a limited by inner edges of the bottom surfaces of the membrane wall segments area on the back of the membrane bottom is oval-shaped.
  • reduce the radial widths of the bottom surfaces of two diagonally opposite diaphragm wall segments in the circumferential direction while reducing the radial widths of the two other diagonally opposite bottom surfaces against the direction of rotation.
  • each of the bottom surfaces along the circumferential direction has a thickened end and a tapered end.
  • Membrane bottom plane extends, in pairs, the thickened ends of two adjacent bottom surfaces facing each other and along a perpendicular to the longitudinal axis and the vertical axis oriented horizontal axis, which also in the
  • Membrane bottom plane runs in pairs, the two tapered ends of the bottom surfaces facing each other.
  • the region delimited by the inner edges of the bottom surfaces is thus designed in the shape of an oval or ellipse, with the main axis of the ellipse extending along the horizontal axis in this case.
  • the oval-shaped region of the membrane base thus makes it possible to produce a sound field which is horizontally wide and vertically narrow.
  • a region which is particularly wide in the horizontal direction can thus be detected, and a region which is particularly narrow in the vertical direction can be detected.
  • the ultrasonic sensor may be arranged, for example, in a bumper of the motor vehicle and monitor an area behind the motor vehicle.
  • an area can be covered by the horizontally wide sound field, which extends over a width of the motor vehicle. Due to the horizontal narrow sound field of the ultrasonic sensor but can be prevented in an advantageous manner that
  • the ultrasonic sensor is thus designed to be particularly flexible, since a desired sound field can easily be generated via the geometric configuration of the bottom surfaces of the membrane wall segments and the ultrasonic sensor can thus be adapted in an advantageous manner to a later installation location of the ultrasonic sensor.
  • an outer wall of the invention is provided. According to one embodiment of the invention, an outer wall of
  • Membrane wall segments along the perpendicular to the diaphragm bottom oriented longitudinal axis formed with a constant radial distance from the longitudinal axis and formed an inner wall of the diaphragm wall segments along the longitudinal axis with a decreasing towards the longitudinal axis radial distance.
  • a mass of the membrane wall segments can be influenced, wherein the mass can be chosen so that the vibrations of the membrane can be reduced in the shortest possible time.
  • Recess is arranged, wherein the arranged on the back of the membrane bottom transducer element of the ultrasonic sensor partially in the
  • Recesses of the membrane wall segments is arranged.
  • the recess in the membrane wall segments extends in particular from the respective Floor area up to a predetermined height along the longitudinal axis of the
  • the recess is formed by different wall thicknesses of the membrane wall segments along the longitudinal axis.
  • the outer edge and the inner edge perpendicular to the bottom of the membrane, the outer wall and the
  • Inner wall extend to the predetermined height and thus each one
  • Membrane wall segment socket corresponds to the radial width of the respective
  • Membrane wall segments in particular to the longitudinal axis, ie to
  • Membrane bottom center in particular abruptly, so that a limited by the inner edges of the bottom surfaces of the membrane area area is covered from the predetermined height of the membrane wall segments.
  • the transducer element is arranged on the back of the membrane base, so that an outer region of the transducer element is arranged in regions in the recesses or is overlapping with the membrane wall segments and thus is covered by these.
  • the membrane wall segments can be particularly space-saving arranged on the diaphragm bottom, with a particularly large area is provided for arranging the transducer element.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the membrane wall segments are arranged spaced from an outer periphery of the membrane bottom on a rear side of the membrane bottom to form an outer region of the membrane bottom extending between the membrane wall segments and the outer periphery.
  • the outer edges of the bottom surfaces are spaced apart from the outer periphery of the membrane bottom such that the membrane wall segments are offset inwardly toward the longitudinal axis on the diaphragm bottom.
  • the outer region of the membrane base is thus annular in the case of a curved outer circumference and curved outer edges
  • the membrane may for example be arranged in a housing and be connected via this outer region, for example, with the housing.
  • the membrane bottom has a
  • the membrane base thus has different thicknesses or material thicknesses in the radial direction, wherein the Membrane bottom in the forehead area is thicker than in the outer area.
  • Membrane wall segments are on the forehead area on the back of the
  • the forehead area thus forms a pedestal on which the membrane wall segments are arranged elevated in comparison to the outside area.
  • the membrane wall segment base of a respective membrane wall segment protrudes over the region in regions, so that the respective membrane wall segment base partially overlaps with the outside area, but does not touch it.
  • an oscillating mass of the membrane can thus additionally be influenced and adapted to the subsequent application of the ultrasound sensor.
  • Membrane wall segments a membrane bottom collar is bent up forming.
  • the diaphragm bottom itself is cup-shaped, wherein the
  • Membrane bottom collar is formed circumferentially around the membrane wall segments and the membrane bottom collar while the outer wall of the membrane wall segments faces.
  • the outer region of the membrane base is bent up so far that the outer region or the membrane base collar at least partially overlaps with the outer wall of the membrane wall segments.
  • the ultrasonic sensor has a housing for receiving the
  • Membrane wall segments wherein the housing along a front
  • the housing is formed separately from the membrane and receives the membrane at least partially.
  • the fastening element may for example also be formed as a collar which extends along the front housing opening around the front side
  • Housing opening extends around.
  • Membrane housings are the membrane wall segments in an interior of the
  • the housing opening is through the diaphragm bottom
  • the outer region of the membrane bottom in particular the membrane bottom collar, can be applied to the fastening element, so that the membrane bottom collar covers the fastening element towards the outside.
  • the pot-shaped membrane bottom is slipped over the housing opening and over the fastening element arranged on the housing opening.
  • the housing opening is completely covered to the outside.
  • Membrane bottom which is coated in particular with a lacquer layer in the color of the later installation location, in this case faces a surrounding area outside the housing.
  • the ultrasonic sensor can thus, for example, on a
  • Exterior trim part of the motor vehicle are arranged and installed there almost invisible.
  • the vibration-decoupling mass can be, for example, a soft silicone adhesive which decouples the housing from the diaphragm in terms of vibration technology.
  • a silicone ring as previously provided in ultrasonic sensors omitted.
  • bonding compound is arranged, in particular, between the rear side of the membrane base in the region of the membrane base collar and the fastening element and extends in particular in an L-shaped manner over a collar end of the membrane base, which is defined by the outer circumference of the bent-over outer region of the membrane base
  • Membrane bottom is formed.
  • the collar end and the back of the membrane bottom are connected in the region of the membrane base collar via the connecting mass with the fastening element, whereby the housing is particularly well sealed.
  • moisture and dirt penetrates into the interior of the housing.
  • the interior of the housing is filled with a foam for damping.
  • the foam completely covers the back of the membrane and the membrane wall segments.
  • the foam is also arranged between the membrane collar and the outside of the membrane wall segments.
  • a motor vehicle according to the invention comprises at least one ultrasonic sensor according to the invention.
  • the at least one ultrasonic sensor can, for example, for
  • the motor vehicle is designed in particular as a passenger car.
  • the invention also relates to a method for producing an ultrasonic sensor for a motor vehicle with a membrane having a diaphragm bottom and a
  • the ultrasound sensor is designed to emit and / or receive ultrasound signals over the diaphragm bottom.
  • the ultrasound sensor is designed to emit and / or receive ultrasound signals over the diaphragm bottom.
  • Membrane wall formed separately from the diaphragm bottom. The membrane of the
  • Ultrasonic sensor is therefore not as previously, for example, in one piece
  • the membrane wall and a piezo element can be adhered to a rear side of the membrane base and
  • Silicone adhesive on an outer region or an outer edge of the
  • Membrane bottom can be applied, which decouples vibration in a next assembly step, the diaphragm bottom with a housing of the ultrasonic sensor and glued.
  • Membrane wall which preferably made of vibration damping
  • Diaphragm wall segments or pins pressed to the housing and cured there. Thereafter, a contacting of the piezo to the electronics can be done in a conventional manner and the converter, for example, be sealed tight.
  • Membrane bottom indicated on the membrane wall and at a given before the ultrasonic sensor and looking in the direction of the ultrasonic sensor given positions and orientations.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Motor vehicle which has a driver assistance system with a plurality of ultrasonic sensors;
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
  • 3a shows a schematic illustration of an embodiment of bottom surfaces of the membrane wall segments in a plan view
  • 3b is a schematic representation of another embodiment of
  • 4a is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 4b is a schematic representation of another embodiment
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 according to an embodiment of the present invention
  • the motor vehicle 1 is formed in the present case as a passenger car.
  • the motor vehicle 1 has a driver assistance system 2, which in turn is a control device 3, for example, by an electronic
  • Control unit of the motor vehicle 1 may be formed comprises.
  • the driver assistance system 2 comprises at least one ultrasonic sensor 4.
  • driver assistance system 2 includes eight ultrasound sensors 4, of which four ultrasound sensors 4 are arranged in a front region 5 and four further ultrasound sensors 4 in a rear region 6 of motor vehicle 1.
  • the ultrasonic sensors 4 are in particular designed to detect an object in an environmental region 7 of the motor vehicle. Furthermore, the ultrasonic sensors 4 can be designed to be at a distance from the object in the surrounding area 7 of the
  • Fig. 2 shows an embodiment of an ultrasonic sensor 4 in a sectional side view.
  • the ultrasonic sensor 4 is axisymmetric with respect to a
  • the ultrasonic sensor 4 has a cup-shaped membrane 8, which is formed by a membrane bottom 9 and a separately formed diaphragm wall 10, wherein the ultrasonic sensor 4 for emitting ultrasonic signals in a transmission direction R A and for receiving the ultrasonic signals against the transmission direction R A is formed.
  • the membrane base 9 has a circular surface in a plan view, which is bounded by an outer circumference A.
  • Membrane bottom 9 and the membrane wall 10 are separately formed individual parts, which form the pot-shaped membrane 8 in combination.
  • the membrane bottom 9 can be formed, for example, from aluminum, from a plastic or a fiber, for example a carbon fiber.
  • a facing in the transmission direction R A front side 12 of the membrane base 9 can be coated with a coating layer. In an intended installation position of the ultrasonic sensor 4 on the motor vehicle 1, this front side 12 of the diaphragm bottom 9 faces the surrounding area 7 of the motor vehicle 1.
  • the membrane wall 10 has a plurality of separately configured
  • Membrane wall segments 1 1, of which here in the sectional side view two are shown.
  • the ultrasonic sensor 4 preferably has four diaphragm wall segments 1 1, which are in particular of identical construction and which are uniformly spaced or equidistant around the longitudinal axis L oriented perpendicular to the diaphragm bottom 9 in a circumferential direction Ru.
  • the membrane wall segments 1 1 may for example be formed of a ceramic or of a metallic material.
  • Membrane wall segments 1 1 are arranged on a rear side 14 of the membrane base 9, which is opposite to the front side 12 of the membrane base 9, and connected in a materially bonded manner, in particular adhesively bonded.
  • the membrane wall segments 1 1 serve to increase the mass inertia and the rigidity of the membrane base 9 and thus for rapid vibration reduction of the membrane base 9 after the emission of the ultrasonic signal in the transmission direction R A.
  • the embodiment of the membrane base 9 shown in FIG. 2 is again shown separately in FIG. 4a.
  • the diaphragm bottom 9 has according to this embodiment in the radial direction R r different thicknesses di, d 2 .
  • an end region 16 which extends in the radial, outwardly leading direction R r to a Stirn Schl.srand 15, a first thickness di.
  • the outer region 17 adjoining the end region 16 from the end region edge 15 has a second thickness d 2 reduced compared to the first thickness di.
  • the outdoor area 17 is a
  • Membrane bottom collar 18 forming bent, so that the diaphragm bottom 9 itself is cup-shaped.
  • FIG. 4b shows an alternative embodiment of a membrane base 9, in which the membrane base 9 has a uniform thickness d in the radial direction R r .
  • the outer region 17 of the membrane bottom 9 is bent open to form the membrane bottom collar 18, so that the membrane bottom 9 is likewise designed cup-shaped.
  • the diaphragm wall segments 1 1 are on the
  • Front region 16 of the membrane bottom 9 is arranged on the rear side 14 of the membrane bottom 9, wherein the bottom surfaces 13 of the membrane wall segments 1 1 protrude beyond the end surface edge 15 in the radial direction R r .
  • the regions of the membrane wall segments 1 1 which protrude radially beyond the end face edge 15 in each case form a membrane wall segment socket 37.
  • the membrane bottom collar 18 underlaps
  • a radial distance a ⁇ of the outer wall 20 of the membrane wall segments 1 1 to the longitudinal axis L is, except in the region of the membrane wall segment socket 37, formed constant.
  • Membrane wall segments 1 1 a recess 22 is formed.
  • a transducer element 23, for example, a piezoelectric element, is arranged for generating vibration for the membrane 8 on the back 14 of the membrane bottom 9 in regions in the recesses 22 of the diaphragm wall segments 1 1.
  • the membrane wall segments 1 1 roof the transducer element 23 in the region of the recess 22 so partially. Contrary to the transmission direction R A above the recess 22, the inner wall 21 of the changes
  • Membrane wall segments 1 1 their radial distance a 2 , a 3 to the longitudinal axis L.
  • the inner walls 21 of the membrane wall segments 1 1 thus form an hourglass shape here.
  • a sound field of the ultrasonic sensor 4 can be determined or influenced.
  • Possible geometric shapes of the bottom surfaces 13 are shown by way of example in FIGS. 3a and 3b.
  • Fig. 3a is a plan view of an embodiment of the bottom surfaces 13 of the four diaphragm wall segments 1 1 is shown.
  • the diaphragm bottom 9 is of a horizontal axis H and of a perpendicular vertical axis V - the axes H and V are perpendicular to the axis L - divided into four equal circular segments, each with a membrane wall segment 1 1 in each one of
  • Circle segments lies.
  • Membrane wall segments 1 1 shown.
  • the bottom surfaces 13 are the surfaces over which the membrane wall segments 1 1 are connected to the back 14 of the membrane bottom 9.
  • the inner walls 21 and the outer walls 20 of the diaphragm wall segments 1 1 extend here into the plane of the drawing.
  • the bottom surfaces 13 have an inner edge 24 and an outer edge 25 located further outward in the radial direction R r .
  • a distance between the inner edge 24 and the outer edge 25 of a bottom surface 13 forms a radial width b of the bottom surfaces 13.
  • this radial width b changes in the circumferential direction Ru around the Longitudinal axis L not. This means that a radial distance from the longitudinal axis L to the inner edge 24 of the bottom surfaces 13 does not change and a radial distance from the longitudinal axis L to the outer edge 25 of the bottom surfaces 13 in the direction of rotation Ru does not change.
  • the bottom surfaces 13 of the diaphragm wall segments 1 1 are here formed annular segment-shaped, so that a region 26, which is bounded by the inner edges 24 of the bottom surfaces 13, has a circular shape. By means of this circular region 26, a round sound field for the ultrasonic sensor 4 can be generated by means of the membrane 8.
  • Fig. 3b shows another embodiment for bottom surfaces 13 of the four
  • Membrane wall segments 1 1.
  • a radial width changes bi, b 2 of
  • Diaphragm wall segments 1 1 each have a thickened end 27 with a first width bi and a tapered end 28 with a second width b 2 reduced in comparison to the first width bi.
  • the taper arises here by an increasing radial distance from the longitudinal axis L to the inner edge 24 of a respective bottom surface 13 along the direction of rotation Ru. The radial distance from the longitudinal axis L to the outer edge 25 of the respective bottom surface 13 along the
  • the direction of rotation Ru does not change here.
  • the tapered ends 28 of two adjacent bottom surfaces 13 of the horizontal axis H facing and the thickened ends 27 of two adjacent bottom surfaces 13 of the vertical axis V faces.
  • the limited by the inner edges 24 of the bottom surfaces 13 region 26 has an oval or elliptical shape.
  • the ultrasonic sensor 4 additionally has a housing 29, which is formed separately from the membrane 8 and receives the membrane 8 at least in regions.
  • a housing 29 In an interior 30 of the housing 29 are the
  • Diaphragm wall segments 1 1 arranged.
  • a circuit board 31 is arranged, on which a plug 32 is mounted.
  • the plug 32 is electrically connected via a strand 33 to the transducer element 23 for contacting the transducer element 23.
  • a front housing opening of the diaphragm bottom 9 is arranged, so that the diaphragm bottom 9 completely covers the housing opening and the housing 29 thus closes the front side.
  • the rear side 14 of the membrane bottom 9 faces the interior 30 of the housing 29.
  • the interior 30 of the housing 29 is here also filled with a damping foam 36, which is the back 14 of the membrane bottom 9, the Membrane wall segments 1 1 and the transducer element 23 completely covered and the cavity 19 between the diaphragm bottom collar 18 and the outer wall 20 of the diaphragm wall segments 1 1 fills.
  • a damping foam 36 which is the back 14 of the membrane bottom 9, the Membrane wall segments 1 1 and the transducer element 23 completely covered and the cavity 19 between the diaphragm bottom collar 18 and the outer wall 20 of the diaphragm wall segments 1 1 fills.
  • the housing 29 has a direction of rotation Ru
  • circumferential fastener 34 which is also formed collar-shaped here.
  • Diaphragm wall segments 1 1 placed in the interior 30 of the housing 29 and the membrane bottom collar 18 adjacent to the fastener 34 arranged.
  • Housing opening and for vibration isolation of the housing 29 of the membrane 8 is provided between the fastener 34 and the membrane bottom collar 18, a connecting compound 35 which is L-shaped or angled over the back 14 of the membrane bottom 9 in the region of the Membranssenkragens 18 and over an edge of the Membranssenkragens 18 extends.
  • the fastening element 34 of the housing 29 and the membrane bottom collar 18 is arranged overlapping, wherein the membrane bottom collar 18 in the radial direction R r further out.
  • Fastener 34 is integrated into the outer wall 38 or integrally formed therewith and in the radial direction R r lying further inward than the outer wall 38 located further out.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor (4) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer topfförmigen Membran (8) aufweisend einen Membranboden (9) und eine Membranwand (10), wobei der Ultraschallsensor (4) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden (9) ausgebildet ist, wobei die Membranwand (10) separat zu dem Membranboden (9) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug (1) sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors (4).

Description

Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einer topfförmigen Membran aufweisend einen Membranboden und eine Membranwand, wobei der
Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Ultraschallsensor sowie ein Verfahren zum Herstellen eines
Ultraschallsensors.
Ultraschallsensoren beziehungsweise Ultraschallwandler für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielsweise dazu eingesetzt werden, Objekte in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Dazu wird von den Ultraschallsensoren ein Ultraschallsignal ausgesendet und das an dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder von dem Ultraschallsensor empfangen. Informationen über ein erfasstes Objekt, beispielsweise ein Abstand des Objektes zu dem Kraftfahrzeug, können dabei einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem
Parkassistenzsystem, bereitgestellt werden. In der WO 2013/178390 A1 wird
beispielsweise ein Ultraschallsensor gezeigt, welcher bei verschiedenen Frequenzen betrieben werden kann, sodass verschiedene Ultraschallsensoren gleichzeitig oder mit sehr kurzen zeitlichen Abständen Signale aussenden können, welche einfach wieder separiert werden können.
Zur Erzeugung des Ultraschallsignals weisen die Ultraschallwandler in der Regel Membranen auf, welche zum Schwingen angeregt werden. Die Schwingungsenergie kann beispielsweise von einem Wandlerelement, beispielsweise einem Piezoelement, bereitgestellt werden. Der Ultraschallsensor soll dabei so ausgestaltet sein, dass die Schwingungsenergie zum Senden möglichst verlustfrei an den Umgebungsbereich abgegeben wird. Der Ultraschallsensor soll aber auch die eingeleiteten Schwingungen der Membran zum Empfangen schnell wieder reduzieren können. Zur Dämpfung von störenden Resonanzen ist aus der EP 1 515 303 B1 beispielsweise eine
Ultraschallwandleranordnung mit einem Massering bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor bereitzustellen, welcher besonders einfach zu fertigen ist und mittels welchem Ultraschallsignale besonders verlustarm ausgesendet und besonders schnell wieder empfangen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ultraschallsensor, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen des Ultraschallsensors mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug umfasst eine topfförmige Membran. Die topfförmige Membran weist einen Membranboden und eine Membranwand auf, wobei der Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen von
Ultraschallsignalen über den Membranboden ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Membranwand separat zu dem Membranboden ausgebildet.
Die topfförmige Membran des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors, welche zum Aussenden der Ultraschallsignale in eine Senderichtung und/oder zum Empfangen der Ultraschallsignale entgegen der Senderichtung ausgebildet ist, wird dabei aus mehreren Einzelteilen aufgebaut, wobei die Membranwand und der Membranboden als separate Einzelteile ausgebildet sind. Der Membranboden umfasst dabei eine in Senderichtung weisende Frontseite und eine der Frontseite gegenüberliegende Rückseite. Der
Membranboden weist insbesondere einen kreisförmigen Außenumfang auf. Zur
Schwingungsanregung der Membran und damit zur Ultraschallerzeugung kann an der Rückseite des Membranbodens ein Wandlerelement, beispielsweise ein Piezoelement, angeordnet, beispielsweise angeklebt, sein.
Der Membranboden und die Membranwand können dabei beispielsweise aus
verschiedenen Materialien gefertigt sein. So kann der Membranboden beispielsweise Aluminium und/oder einen dämpfenden Kunststoff und/oder eine Faser, beispielsweise eine Karbonfaser, umfassen. Die Frontseite des Membranbodens kann bereits vor dem Zusammenfügen der topfförmigen Membran, also vor dem Zusammenfügen des
Membranbodens und der Membranwand, mit einer Lackschicht beschichtet sein und beispielsweise in ihrer Farbe an einen späteren Einbauort am Kraftfahrzeug,
beispielsweise an einem Außenverkleidungsteil des Kraftfahrzeugs, angepasst sein. Bei bisherigen, tiefengezogenen Membranen war dies nicht möglich. Dort konnte die topfförmige Membran erst nach dem Tiefenziehen beschichtet werden, was besonders aufwändig war. Gemäß dem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor, welcher aus den separaten Einzelteilen aufgebaut ist, können beispielsweise mehrere Membranböden aus einer Platte, beispielsweise einer Aluminiumblechtafel, herausgestanzt werden, welche einseitig mit der Lackschicht beschichtet sein kann. Die beschichtete Seite der
Aluminiumblechtafel bildet die spätere Frontseite des Membranbodens aus.
Die Membranwand kann beispielsweise ebenfalls aus Aluminium oder aus einer Keramik gefertigt sein und beispielsweise durch Verkleben mit dem Membranboden stoffschlüssig zu der topfförmigen Membran verbunden werden. Der erfindungsgemäße
Ultraschallsensor weist den Vorteil auf, dass er besonders einfach und schnell zu fertigen ist. Durch das separate Anfertigen des Membranbodens und der Membranwand kann in vorteilhafter Weise insbesondere der aufwändige Schritt des Lackierens des
Membranbodens entfallen, wie er bei an sich bekannten, aus einem Stück
tiefengezogenen topfförmigen Membranen erst nach Fertigstellen der Topfform möglich ist. Somit kann in kurzer Zeit eine hohe Anzahl an Ultraschallsensoren hergestellt werden, indem die Membranböden mit einem hohen Durchsatz aus der bereits beschichteten Platte gefertigt werden.
Besonders bevorzugt ist die Membranwand in zumindest zwei Membranwandsegmente segmentiert, wobei die Membranwandsegmente beabstandet zueinander an dem
Membranboden angeordnet sind und insbesondere stoffschlüssig mit dem
Membranboden verbunden sind. Anders ausgedrückt, ist die Membranwand selbst aus Einzelteilen, nämlich den Membranwandsegmenten, gebildet, welche getrennt
voneinander beziehungsweise beabstandet zueinander an dem Membranboden befestigt werden. Die Membranwandsegmente können beispielsweise zum stoffschlüssigen Verbinden an den Membranboden geklebt werden. Die Membranwandsegmente können beispielsweise aus einer Keramik oder einem Metall mit besonders dämpfenden
Eigenschaften gefertigt sein. Durch die separierten Membranwandsegmente können eine Massenträgheit und eine Steifigkeit der Membran erhöht werden und dadurch in vorteilhafter Weise eine Schwingungsenergie der Membran in kurzer Zeit reduziert werden. Andererseits kann durch die separierten Membranwandsegmente die Membran sehr gut frei schwingen, und somit die benötigte Schwingungsenergie bereitgestellt werden. Durch das stoffschlüssige Verbinden der Membranwandsegmente mit dem Membranboden, beispielsweise durch Verkleben, kann der Ultraschallsensor besonders einfach und aufwandsarm gefertigt werden.
Vorzugsweise ist die Membranwand in vier Membranwandsegmente segmentiert, wobei die vier Membranwandsegmente in einer Umlaufrichtung, welche um eine senkrecht zum Membranboden orientierte Längsachse verläuft, gleichmäßig beabstandet zueinander an dem Membranboden angeordnet sind. Die Membranwandsegmente sind insbesondere identisch zueinander ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die einzelnen
Membranwandsegmente die gleiche geometrische Form und die gleiche Masse aufweisen. Dabei sind die vier Membranwandsegmente entlang eines, insbesondere kreisförmigen, Außenumfangs des Membranbodens gleichmäßig beabstandet beziehungsweise äquidistant an dem Membranboden angeordnet. Dies bedeutet, dass der Membranboden durch die vier Membranwandsegmente in vier gleich große
Kreissegmente unterteilt wird, wobei jeweils ein Membranwandsegment in einem
Kreissegment auf dem Membranboden angeordnet ist. Die vier Membranwandsegmente können beispielsweise als schwingungsdämpfende Stifte beziehungsweise Bolzen ausgebildet sein, wobei die Bolzen in ihrer Geometrie und ihrer Masse leicht an die geforderte Massenträgheit und die geforderte Steifigkeit der Membran angepasst werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Ultraschallsensors sind Bodenflächen der Membranwandsegmente anliegend an einer Rückseite des Membranbodens auf dem Membranboden angeordnet, und insbesondere mit der Rückseite des Membranbodens stoffschlüssig verbunden. Die Bodenflächen der Membranwandsegmente weisen jeweils eine Innenkante und eine Außenkante auf, wobei die Innenkante von der Längsachse des Membranbodens aus in radialer Richtung einen geringeren Abstand zur Längsachse aufweist als die Außenkante. Ein Abstand zwischen der Innenkante und der Außenkante einer Bodenfläche eines Membranwandsegmentes wird dabei als radiale Breite der Bodenfläche bezeichnet. Insbesondere verlaufen die Außenkanten der Bodenflächen und der Außenumfang des Membranbodens parallel zueinander. Bei einem entlang der Umlaufrichtung gekrümmten Außenumfang, wie es beispielsweise bei einem
kreisförmigen Membranboden der Fall ist, sind die jeweiligen Außenkanten ebenfalls entlang der Umlaufrichtung gekrümmt, wobei der Außenumfang und die jeweiligen Außenkanten denselben Krümmungsradius aufweisen. Die Bodenflächen können beispielsweise an die Rückseiten des Membranbodens angeklebt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Ultraschallsensors ist jedes der
Membranwandsegmente in der um die Längsachse des Membranbodens verlaufenden Umlaufrichtung mit einer gleichbleibenden radialen Breite der Bodenfläche des
Membranwandsegments ausgebildet, wobei ein durch Innenkanten der Bodenflächen der Membranwandsegmente begrenzter Bereich auf der Rückseite des Membranbodens kreisförmig ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, ist jedes der Membranwandsegmente entlang des Außenumfangs des Membranbodens mit der gleichbleibenden radialen Breite der Bodenfläche des jeweiligen Membranwandsegments ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen der Außenkante und der Innenkante einer Bodenfläche in Umlaufrichtung unverändert bleibt. Im Bereich der Bodenfläche ist eine Wandstärke eines Membranwandsegmentes, also ein Abstand zwischen einer sich an die Außenkante anschließenden Außenwand und einer sich an die Innenkante anschließenden
Innenwand des Membranwandsegmentes, homogen. Insbesondere bilden die
Bodenflächen der Membranwandsegmente in einer Draufsicht auf die Rückseite des Membranbodens ringsegmentförmige Streifen aus, sodass der innerhalb der
ringsegmentförmigen Streifen liegende Bereich des Membranbodens die Kreisform aufweist.
Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass durch die geometrische Ausgestaltung beziehungsweise Form der Bodenflächen der Membranwandsegmente eine Form eines Schallfeldes des Ultraschallsensors beeinflusst werden kann. Durch den kreisförmigen, runden Membranbodenbereich kann ein rundes Schallfeld des
Ultraschallsensors erzeugt werden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist jedes der Membranwandsegmente entlang der um die Längsachse des Membranbodens verlaufenden Umlaufrichtung, also entlang des Außenumfangs, mit einer sich verringernden beziehungsweise verjüngenden radialen Breite der Bodenfläche ausgebildet, wobei ein durch Innenkanten der Bodenflächen der Membranwandsegmente begrenzter Bereich auf der Rückseite des Membranbodens ovalförmig ausgebildet ist. Dabei verringern sich die radialen Breiten der Bodenflächen zweier schräg gegenüberliegender Membranwandsegmente in Umlaufrichtung, während sich die radialen Breiten der zwei anderen schräg gegenüberliegenden Bodenflächen entgegen der Umlaufrichtung verringern. Dies bedeutet, dass jede der Bodenflächen entlang der Umlaufrichtung ein verdicktes Ende und ein verjüngtes Ende aufweist. In einer Draufsicht auf die Rückseite des Membranbodens sind dabei entlang einer senkrecht zur Längsachse orientierten vertikalen Achse, welche in der
Membranbodenebene verläuft, paarweise die verdickten Enden zweier benachbarter Bodenflächen einander zugewandt und entlang einer senkrecht zur Längsachse und zur vertikalen Achse orientierten horizontalen Achse, welche ebenfalls in der
Membranbodenebene verläuft, paarweise die zwei verjüngten Enden der Bodenflächen einander zugewandt. Der durch die Innenkanten der Bodenflächen begrenzte Bereich ist also ovalförmig beziehungsweise ellipsenförmig ausgestaltet, wobei die Hauptachse der Ellipse hier entlang der horizontalen Achse verläuft. Durch den ovalförmigen Bereich des Membranbodens kann somit ein Schallfeld erzeugt werden, welches horizontal breit und vertikal schmal ist. In einer bestimmungsgemäßen Einbaulage des Ultraschallsensors am Kraftfahrzeug kann so ein in horizontaler Richtung besonders weitwinkliger Bereich erfasst werden und ein in vertikaler Richtung besonders schmalwinkliger Bereich erfasst werden. In seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage kann der Ultraschallsensor beispielsweise in einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sein und einen Bereich hinter dem Kraftfahrzeug überwachen. Durch das horizontal breite Schallfeld kann somit ein Bereich abgedeckt werden, welcher sich über eine Breite des Kraftfahrzeugs erstreckt. Durch das horizontal schmale Schallfeld des Ultraschallsensors kann aber in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass
beispielsweise eine Fahrbahn des Kraftfahrzeugs innerhalb des Schallfeldes und damit innerhalb des Erfassungsbereiches des Ultraschallsensors liegt.
Der Ultraschallsensor ist somit besonders flexibel gestaltet, da über die geometrische Ausgestaltung der Bodenflächen der Membranwandsegmente einfach ein gewünschtes Schallfeld erzeugt werden kann und der Ultraschallsensor somit in vorteilhafter Weise an einen späteren Einbauort des Ultraschallsensors angepasst werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Außenwand der
Membranwandsegmente entlang der senkrecht zu dem Membranboden orientierten Längsachse mit einem gleichbleibenden radialen Abstand zu der Längsachse ausgebildet und eine Innenwand der Membranwandsegmente entlang der Längsachse mit einem sich zu der Längsachse hin verringernden radialen Abstand ausgebildet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sich die Wandstärke der Membranwandsegmente, also eine Dicke der Membranwandsegmente, entlang der Längsachse verändert. Dabei wird die
Membrandicke entlang der Längsachse entgegen der Senderichtung breiter, sodass sich die Innenwände der Membranwandsegmente an die Längsachse annähern. Durch die Membranwandstärke kann eine Masse der Membranwandsegmente beeinflusst werden, wobei die Masse dabei so gewählt werden kann, dass die Schwingungen der Membran in möglichst kurzer Zeit reduziert werden können.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass in der Innenwand der Membranwandsegmente in der um die Längsachse des Membranbodens verlaufenden Umlaufrichtung eine
Aussparung angeordnet ist, wobei das auf der Rückseite des Membranbodens angeordnete Wandlerelement des Ultraschallsensors bereichsweise in den
Aussparungen der Membranwandsegmente angeordnet ist. Die Aussparung in den Membranwandsegmenten erstreckt sich dabei insbesondere von der jeweiligen Bodenfläche bis zu einer vorbestimmten Höhe entlang der Längsachse des
Membranbodens in der Innenwand der Membranwandsegmente. Die Aussparung wird dabei durch unterschiedliche Wandstärken der Membranwandsegmente entlang der Längsachse gebildet. Dabei können sich von der Außenkante und der Innenkante ausgehend, senkrecht auf dem Membranboden stehend, die Außenwand und die
Innenwand bis zu der vorbestimmten Höhe erstrecken und somit jeweils einen
Membranwandsegmentsockel bilden. Eine Wandstärke des
Membranwandsegmentsockels entspricht dabei der radialen Breite der jeweiligen
Bodenfläche. Ab der vorbestimmten Höhe nimmt die Wandstärke der
Membranwandsegmente, insbesondere zu der Längsachse hin, also zur
Membranbodenmitte, insbesondere sprunghaft zu, sodass ein durch die Innenkanten der Bodenflächen begrenzter Bereich des Membranbodens ab der vorbestimmten Höhe bereichsweise von den Membranwandsegmenten überdacht wird. Darüber hinaus wird das Wandlerelement auf der Rückseite des Membranbodens angeordnet, sodass ein Außenbereich des Wandlerelementes bereichsweise in den Aussparungen angeordnet ist beziehungsweise mit den Membranwandsegmenten überlappend ist und somit von diesen überdacht ist. Somit können die Membranwandsegmente besonders platzsparend auf dem Membranboden angeordnet werden, wobei eine besonders große Fläche zum Anordnen des Wandlerelementes bereitgestellt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Membranwandsegmente beabstandet zu einem Außenumfang des Membranbodens auf einer Rückseite des Membranbodens unter Ausbildung eines zwischen den Membranwandsegmenten und dem Außenumfang verlaufenden Außenbereich des Membranbodens angeordnet sind. Anders ausgedrückt, sind die Außenkanten der Bodenflächen beabstandet zu dem Außenumfang des Membranbodens angeordnet, sodass die Membranwandsegmente zu der Längsachse hin auf dem Membranboden nach innen versetzt sind. Zwischen den Außenkanten und dem Außenumfang ist also bei gekrümmten Außenumfang und gekrümmten Außenkanten der Außenbereich des Membranbodens ringförmig
ausgebildet. Die Membran kann beispielweise in einem Gehäuse angeordnet sein und über diesen Außenbereich beispielsweise mit dem Gehäuse verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Membranboden einen
Stirnbereich und den in radialer Richtung angrenzenden Außenbereich auf, wobei der Stirnbereich eine erste Dicke aufweist und der Außenbereich eine im Vergleich zu ersten Dicke verringerte zweite Dicke aufweist. Der Membranboden weist also in der radialen Richtung unterschiedliche Dicken beziehungsweise Materialstärken auf, wobei der Membranboden im Stirnbereich dicker ist als im Außenbereich. Die
Membranwandsegmente sind auf dem Stirnbereich auf der Rückseite des
Membranbodens angeordnet. Der Stirnbereich bildet also ein Podest aus, auf welchem die Membranwandsegmente im Vergleich zum Außenbereich erhöht angeordnet sind. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Membranwandsegmentsockel eines jeweiligen Membranwandsegments bereichsweise über den Stirnbereich herausragt, sodass der jeweilige Membranwandsegmentsockel bereichsweise mit dem Außenbereich überlappt, ihn jedoch nicht berührt. Durch die Dicke des Membranbodens kann somit zusätzlich eine schwingende Masse der Membran beeinflusst und an die spätere Anwendung des Ultraschallsensors angepasst werden.
Auch kann es vorgesehen sein, dass der Außenbereich des Membranbodens entlang des Außenumfangs bereichsweise überlappend mit einer Außenwand der
Membranwandsegmente einen Membranbodenkragen bildend aufgebogen ist. Anders ausgedrückt, ist der Membranboden selbst topfförmig ausgebildet, wobei der
Membranbodenkragen umlaufend um die Membranwandsegmente ausgebildet ist und der Membranbodenkragen dabei der Außenwand der Membranwandsegmente zugewandt ist. Der Außenbereich des Membranbodens ist dabei so weit aufgebogen, dass der Außenbereich beziehungsweise der Membranbodenkragen zumindest bereichsweise mit der Außenwand der Membranwandsegmente überlappt.
Bevorzugt weist der Ultraschallsensor ein Gehäuse zum Aufnehmen der
Membranwandsegmente auf, wobei das Gehäuse ein entlang einer frontseitigen
Gehäuseöffnung verlaufendes Befestigungselement aufweist, und der Außenbereich des Membranbodens an dem Befestigungselement anliegend angeordnet ist, wobei die Gehäuseöffnung von dem Membranboden bedeckt ist. Das Gehäuse ist separat zu der Membran ausgebildet und nimmt die Membran zumindest bereichsweise auf. Das Befestigungselement kann beispielsweise ebenfalls als ein Kragen ausgebildet sein, welcher sich entlang der frontseitigen Gehäuseöffnung um die frontseitige
Gehäuseöffnung herum erstreckt. Beim Anordnen der Membran in dem
Membrangehäuse werden die Membranwandsegmente in einem Innenraum des
Gehäuses angeordnet und die Gehäuseöffnung frontseitig von dem Membranboden bedeckt. Dabei ist also die Rückseite des Membranbodens dem Innenraum des
Gehäuses zugewandt. Die Gehäuseöffnung ist durch den Membranboden
abgeschlossen. Dabei kann der Außenbereich des Membranbodens, insbesondere der Membranbodenkragen, an das Befestigungselement angelegt werden, sodass der Membranbodenkragen das Befestigungselement nach außen hin abdeckt. Anders ausgedrückt, wird der topfförmige Membranboden über die Gehäuseöffnung und über das an der Gehäuseöffnung angeordnete Befestigungselement gestülpt. Somit wird die Gehäuseöffnung vollständig nach außen hin abgedeckt. Die Frontseite des
Membranbodens, welche insbesondere mit einer Lackschicht in der Farbe des späteren Einbauortes beschichtet ist, ist dabei einem Umgebungsbereich außerhalb des Gehäuses zugewandt. Der Ultraschallsensor kann somit beispielsweise an einem
Außenverkleidungsteil des Kraftfahrzeugs angeordnet werden und dort nahezu unsichtbar verbaut werden.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Außenbereich des Membranbodens über eine schwingungsentkoppelnde Verbindungsmasse mit dem Befestigungselement
stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere die Verbindungsmasse in einem Querschnitt des Ultraschallsensors eine abgewinkelte Form ausbildet. Die schwingungsentkoppelnde Masse kann beispielsweise ein weicher Silikonklebstoff sein, welcher das Gehäuse schwingungstechnisch von der Membran entkoppelt. Somit kann beispielsweise ein Silikonring, wie er bisher bei Ultraschallsensoren vorgesehen war, entfallen. Die
Verbindungsmasse ist dabei insbesondere zwischen der Rückseite des Membranbodens im Bereich des Membranbodenkragens und dem Befestigungselement angeordnet und erstreckt sich dabei insbesondere L-förmig über ein Kragenende des Membranbodens, welches durch den Außenumfang des aufgebogenen Außenbereiches des
Membranbodens gebildet ist. Somit sind das Kragenende sowie die Rückseite des Membranbodens im Bereich des Membranbodenkragens über die Verbindungsmasse mit dem Befestigungselement verbunden, wodurch das Gehäuse besonders gut abgedichtet wird. Somit kann auch verhindert werden, dass schädliche Umwelteinflüsse,
beispielsweise Feuchtigkeit und Schmutz, in das Innere des Gehäuses eindringt.
Auch kann es vorgesehen sein, dass das Innere des Gehäuses zur Dämpfung mit einem Schaum angefüllt ist. Der Schaum bedeckt dabei die Rückseite der Membran sowie die Membranwandsegmente vollständig. Insbesondere ist der Schaum auch zwischen dem Membrankragen und der Außenseite der Membranwandsegmente angeordnet.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann beispielsweise zum
Überwachen eines Umgebungsbereichs des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei die durch den zumindest einen Ultraschallsensor erfassten Informationen über den
Umgebungsbereich einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden können. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgestaltet.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors für ein Kraftfahrzeug mit einer Membran aufweisend einen Membranboden und eine
Membranwand. Dabei wird der Ultraschallsensor zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden ausgebildet. Außerdem wird die
Membranwand separat zu dem Membranboden ausgebildet. Die Membran des
Ultraschallsensors wird also nicht wie bisher beispielsweise aus einem Stück
tiefengezogen, sondern aus Einzelteilen zusammengefügt, insbesondere
zusammengeklebt. Dabei können beispielsweise zuerst die Membranwand sowie ein Piezoelement an einer Rückseite des Membranbodens angeklebt werden und
ausgehärtet werden. In einem nächsten Schritt kann beispielsweise ein weicher
Silikonklebstoff an einem Außenbereich beziehungsweise einem Außenrand des
Membranbodens aufgebracht werden, welcher in einem nächsten Montageschritt den Membranboden mit einem Gehäuse des Ultraschallsensors schwingungstechnisch entkoppelt und verklebt. Dazu wird die verklebte Einheit aus Membranboden und
Membranwand, welche bevorzugt aus schwingungsdämpfenden
Membranwandsegmenten beziehungsweise Stiften besteht, an das Gehäuse gedrückt und dort ausgehärtet. Danach kann in an sich bekannter Weise eine Kontaktierung des Piezos zur Elektronik erfolgen und der Wandler beispielsweise dicht vergossen werden.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Ultraschallsensor vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile geltend entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Mit Angaben„oben",„unten",„vorne",„hinten",„horizontal",„vertikal",„radial",„innen", „außen"„Senderichtung" (RA),„Umlaufrichtung" (Ru),„radiale Richtung" (Rr),
„Längsachse" (L),„horizontale Achse" (H),„vertikale Achse" (V), etc. sind bei
bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen des
Membranbodens an der Membranwand und bei einem dann vor dem Ultraschallsensor stehenden und in Richtung des Ultraschallsensors blickenden Beobachter gegebenen Positionen und Orientierungen angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Mehrzahl von Ultraschallsensoren aufweist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Ultraschallsensors in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von Bodenflächen der Membranwandsegmente in einer Draufsicht;
Fig. 3b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform von
Bodenflächen der Membranwandsegmente in einer Draufsicht;
Fig. 4a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
Membranbodens in einer geschnittenen Seitenansicht; und
Fig. 4b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
Membranbodens in einer geschnittenen Seitenansicht. In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist im vorliegenden Fall als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Fahrerassistenzsystem 2 auf, welches wiederum eine Steuereinrichtung 3, die beispielsweise durch ein elektronisches
Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann, umfasst. Darüber hinaus umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 zumindest einen Ultraschallsensor 4.
Hier umfasst das Fahrerassistenzsystem 2 acht Ultraschallsensoren 4, von welchen vier Ultraschallsensoren 4 in einem Frontbereich 5 und vier weitere Ultraschallsensoren 4 in einem Heckbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 4 sind insbesondere dazu ausgebildet, ein Objekt in einem Umgebungsbereich 7 des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Des Weiteren können die Ultraschallsensoren 4 dazu ausgelegt sein, einen Abstand zu dem Objekt in dem Umgebungsbereich 7 des
Kraftfahrzeugs 1 zu bestimmen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Ultraschallsensors 4 in einer geschnittenen Seitenansicht. Der Ultraschallsensor 4 ist achsensymmetrisch bezüglich einer
Längsachse L. Der Ultraschallsensor 4 weist eine topfförmige Membran 8 auf, welche durch einen Membranboden 9 sowie eine separat dazu ausgebildete Membranwand 10 gebildet ist, wobei der Ultraschallsensor 4 zum Aussenden von Ultraschallsignalen in einer Senderichtung RA und zum Empfangen der Ultraschallsignale entgegen der Senderichtung RA ausgebildet ist. Der Membranboden 9 weist in einer Draufsicht eine kreisförmige Fläche auf, welche durch einen Außenumfang A begrenzt ist. Der
Membranboden 9 sowie die Membranwand 10 sind separat ausgebildete Einzelteile, welche in Kombination die topfförmige Membran 8 ausbilden. Der Membranboden 9 kann beispielsweise aus Aluminium, aus einem Kunststoff oder einer Faser, beispielsweise einer Karbonfaser, gebildet sein. Eine in die Senderichtung RA weisende Frontseite 12 des Membranbodens 9 kann dabei mit einer Lackschicht beschichtet sein. In einer bestimmungsgemäßen Einbaulage des Ultraschallsensors 4 am Kraftfahrzeug 1 ist diese Frontseite 12 des Membranbodens 9 dem Umgebungsbereich 7 des Kraftfahrzeugs 1 zugewandt.
Die Membranwand 10 weist mehrere separat voneinander ausgestaltete
Membranwandsegmente 1 1 auf, von welchen hier in der geschnittenen Seitenansicht zwei gezeigt sind. Bevorzugt weist der Ultraschallsensor 4 jedoch vier Membranwandsegmente 1 1 auf, welche insbesondere identisch ausgebildet sind und welche um die senkrecht zu dem Membranboden 9 orientierten Längsachse L in einer Umlaufrichtung Ru gleichmäßig beabstandet beziehungsweise äquidistant angeordnet sind. Die Membranwandsegmente 1 1 können beispielsweise aus einer Keramik oder aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Bodenflächen 13 der
Membranwandsegmente 1 1 sind an einer Rückseite 14 des Membranbodens 9, welche der Frontseite 12 des Membranbodens 9 gegenüberliegt, angeordnet und mit dieser stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt. Die Membranwandsegmente 1 1 dienen zum Erhöhen der Massenträgheit und der Steifigkeit des Membranbodens 9 und damit zur schnellen Schwingungsreduzierung des Membranbodens 9 nach dem Aussenden des Ultraschallsignals in Senderichtung RA.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Membranbodens 9 ist nochmals separat in Fig. 4a dargestellt. Der Membranboden 9 weist gemäß dieser Ausführungsform in radialer Richtung Rr unterschiedliche Dicken di , d2 auf. Dabei weist ein Stirnbereich 16, welcher sich in der radialen, nach außen führenden Richtung Rr bis zu einem Stirnbereichsrand 15 erstreckt, eine erste Dicke di auf. Der sich ab dem Stirnbereichsrand 15 an den Stirnbereich 16 anschließende Außenbereich 17 weist eine im Vergleich zur ersten Dicke di reduzierte zweite Dicke d2 auf. Außerdem ist der Außenbereich 17 einen
Membranbodenkragen 18 bildend aufgebogen, sodass der Membranboden 9 selbst topfförmig ausgebildet ist.
Fig. 4b zeigt eine alternative Ausführungsform eines Membranbodens 9, bei welchem der Membranboden 9 in radialer Richtung Rr eine einheitliche Dicke d aufweist. Auch hier ist der Außenbereich 17 des Membranbodens 9 den Membranbodenkragen 18 bildend aufgebogen, sodass der Membranboden 9 ebenfalls topfförmig ausgebildet ist.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 2 sind die Membranwandsegmente 1 1 auf dem
Stirnbereich 16 des Membranbodens 9 an der Rückseite 14 des Membranbodens 9 angeordnet, wobei die Bodenflächen 13 der Membranwandsegmente 1 1 über den Stirnflächenrand 15 in radialer Richtung Rr hinausragen. Die über den Stirnflächenrand 15 radial hinausragenden Bereiche der Membranwandsegmente 1 1 bilden jeweils einen Membranwandsegmentsockel 37. Der Membranbodenkragen 18 überlappt unter
Ausbildung eines Hohlraumes 19 axial bereichsweise mit einer Außenwand 20 der Membranwandsegmente 1 1 , wobei die Rückseite 14 des Membranbodens 9 im Bereich des Membranbodenkragens 18 der Außenwand 20 der Membranwandsegmente 1 1 zugewandt ist. Ein radialer Abstand a^ der Außenwand 20 der Membranwandsegmente 1 1 zu der Längsachse L ist dabei, außer im Bereich des Membranwandsegmentsockels 37, gleichbleibend ausgebildet.
Im Bereich des Membranwandsegmentsockels 37 ist an einer Innenwand 21 der
Membranwandsegmente 1 1 eine Aussparung 22 ausgebildet. Ein Wandlerelement 23, beispielsweise ein Piezoelement, ist zur Schwingungserzeugung für die Membran 8 auf der Rückseite 14 des Membranbodens 9 bereichsweise in den Aussparungen 22 der Membranwandsegmente 1 1 angeordnet. Die Membranwandsegmente 1 1 überdachen das Wandlerelement 23 im Bereich der Aussparung 22 also bereichsweise. Entgegen der Senderichtung RA oberhalb der Aussparung 22 verändert die Innenwand 21 der
Membranwandsegmente 1 1 ihren radialen Abstand a2, a3 zu der Längsachse L. So weist die oberhalb an die Aussparung 22 angrenzende Innenwand 21 der
Membranwandsegmente 1 1 zu der Längsachse L einen radialen Abstand a2 auf, welcher sich entgegen der Abstrahlrichtung RA im Bereich einer Kante K auf einen radialen Abstand a3 zu der Längsachse L verringert und schließlich wiederum zu einem radialen Abstand a2 verbreitert. Die Innenwände 21 der Membranwandsegmente 1 1 bilden hier also eine Sanduhrform aus.
Über die geometrische Form der Bodenflächen 13 der Membranwandsegmente 1 1 kann ein Schallfeld des Ultraschallsensors 4 bestimmt beziehungsweise beeinflusst werden. Mögliche geometrische Formen der Bodenflächen 13 sind beispielhaft in den Fig. 3a und 3b dargestellt. In Fig. 3a ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der Bodenflächen 13 der vier Membranwandsegmente 1 1 gezeigt. Der Membranboden 9 wird von einer horizontalen Achse H und von einer senkrecht darauf stehende vertikale Achse V - die Achsen H und V stehen senkrecht zur Achse L - in vier gleich große Kreissegmente unterteilt, wobei jeweils ein Membranwandsegment 1 1 in jeweils einem der
Kreissegmente liegt. Zusätzlich ist die Kante K der Innenwand 21 der
Membranwandsegmente 1 1 gezeigt. Die Bodenflächen 13 sind die Flächen, über welche die Membranwandsegmente 1 1 mit der Rückseite 14 des Membranbodens 9 verbunden sind. Die Innenwände 21 und die Außenwände 20 der Membranwandsegmente 1 1 erstrecken sich hier in die Zeichenebene hinein.
Die Bodenflächen 13 weisen hier eine Innenkante 24 und eine in radialer Richtung Rr weiter außen liegende Außenkante 25 auf. Ein Abstand zwischen der Innenkante 24 und der Außenkante 25 einer Bodenfläche 13 bildet eine radiale Breite b der Bodenflächen 13. Gemäß Fig. 3a verändert sich diese radiale Breite b in Umlaufrichtung Ru um die Längsachse L nicht. Dies bedeutet, dass ein radialer Abstand von der Längsachse L zu der Innenkante 24 der Bodenflächen 13 sich nicht verändert und ein radialer Abstand von der Längsachse L zu der Außenkante 25 der Bodenflächen 13 in Umlaufrichtung Ru sich nicht verändert. Die Bodenflächen 13 der Membranwandsegmente 1 1 sind hier ringsegmentförmig ausgebildet, sodass ein Bereich 26, welcher durch die Innenkanten 24 der Bodenflächen 13 begrenzt wird, eine kreisförmige Form aufweist. Durch diesen kreisförmigen Bereich 26 kann mittels der Membran 8 ein rundes Schallfeld für den Ultraschallsensor 4 erzeugt werden.
Fig. 3b zeigt eine weitere Ausführungsform für Bodenflächen 13 der vier
Membranwandsegmente 1 1 . Hier verändert sich eine radiale Breite bi , b2 der
Bodenflächen 13 entlang der Umlaufrichtung Ru. Die Bodenflächen 13 der
Membranwandsegmente 1 1 weisen dabei jeweils ein verdicktes Ende 27 mit einer ersten Breite bi und ein verjüngtes Ende 28 mit einer im Vergleich zur ersten Breite bi verringerten zweiten Breite b2 auf. Die Verjüngung entsteht dabei hier durch einen sich vergrößernden radialen Abstand von der Längsachse L zu der Innenkante 24 einer jeweiligen Bodenfläche 13 entlang der Umlaufrichtung Ru. Der radiale Abstand von der Längsachse L zu der Außenkante 25 der jeweiligen Bodenfläche 13 entlang der
Umlaufrichtung Ru verändert sich hier nicht. Dabei sind die verjüngten Enden 28 zweier benachbarter Bodenflächen 13 der horizontalen Achse H zugewandt und die verdickten Enden 27 zweier benachbarter Bodenflächen 13 der vertikalen Achse V zugewandt. Somit weist der durch die Innenkanten 24 der Bodenflächen 13 begrenzte Bereich 26 eine ovale beziehungsweise elliptische Form auf. Mittels dieser Bodenflächen 13 kann ein ovales Schallfeld erzeugt werden, welches horizontal breiter ist als vertikal.
Wieder Bezug nehmend auf Fig. 2 weist der Ultraschallsensor 4 zusätzlich ein Gehäuse 29 auf, welches separat zu der Membran 8 ausgebildet ist und die Membran 8 zumindest bereichsweise aufnimmt. In einem Innenraum 30 des Gehäuses 29 sind die
Membranwandsegmente 1 1 angeordnet. Außerdem ist in dem Innenraum 30 des Gehäuses 29 eine Leiterplatte 31 angeordnet, an welcher ein Stecker 32 montiert ist. Der Stecker 32 ist über eine Litze 33 mit dem Wandlerelement 23 zum Kontaktieren des Wandlerelements 23 elektrisch verbunden. An einer frontseitigen Gehäuseöffnung ist der Membranboden 9 angeordnet, sodass der Membranboden 9 die Gehäuseöffnung vollständig bedeckt und das Gehäuse 29 somit frontseitig abschließt. Dabei ist die Rückseite 14 des Membranbodens 9 dem Innenraum 30 des Gehäuses 29 zugewandt. Der Innenraum 30 des Gehäuses 29 ist hier außerdem mit einem dämpfenden Schaum 36 aufgefüllt, welcher die Rückseite 14 des Membranbodens 9, die Membranwandsegmente 1 1 und das Wandlerelement 23 vollständig bedeckt sowie den Hohlraum 19 zwischen dem Membranbodenkragen 18 und der Außenwand 20 der Membranwandsegmente 1 1 auffüllt.
Entlang der Gehäuseöffnung weist das Gehäuse 29 ein in Umlaufrichtung Ru
umlaufendes Befestigungselement 34 auf, welches hier ebenfalls kragenförmig ausgebildet ist. Beim Anordnen der Membran 8 in dem Gehäuse 29 werden die
Membranwandsegmente 1 1 im Innenraum 30 des Gehäuses 29 platziert und der Membranbodenkragen 18 anliegend an das Befestigungselement 34 angeordnet.
Insbesondere sind die Frontseite 12 des Membranbodens 9 im Bereich des
Membranbodenkragens 18 und eine an das Befestigungselementes 34 angrenzende Außenwand 38 des Gehäuses 29 bündig angeordnet. Zum Abdichten der
Gehäuseöffnung und zur Schwingungsentkoppelung des Gehäuses 29 von der Membran 8 ist zwischen dem Befestigungselement 34 und dem Membranbodenkragen 18 eine Verbindungsmasse 35 bereitgestellt, welche sich L-förmig beziehungsweise gewinkelt über die Rückseite 14 des Membranbodens 9 im Bereich des Membranbodenkragens 18 und über einen Rand des Membranbodenkragens 18 erstreckt. In axialer Richtung und somit in Richtung der Längsachse L betrachtet, ist das Befestigungselement 34 des Gehäuses 29 und der Membranbodenkragen 18 überlappend angeordnet, wobei der Membranbodenkragen 18 in radialer Richtung Rr weiter außen liegt. Das
Befestigungselement 34 ist in die Außenwand 38 integriert beziehungsweise einstückig damit hergestellt und in radialer Richtung Rr weiter innen liegend als die weiter außen liegende Außenwand 38.

Claims

Patentansprüche
1 . Ultraschallsensor (4) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einer topfförmigen Membran (8) aufweisend einen Membranboden (9) und eine Membranwand (10), wobei der Ultraschallsensor (4) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden (9) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membranwand (1 0) separat zu dem Membranboden (9) ausgebildet ist.
2. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membranwand (1 0) in zumindest zwei Membranwandsegmente (1 1 ) segmentiert ist, wobei die Membranwandsegmente (1 1 ) beabstandet zueinander an dem
Membranboden (9) angeordnet sind und insbesondere stoffschlüssig mit dem Membranboden (9) verbunden sind.
3. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membranwand (1 0) in vier Membranwandsegmente (1 1 ) segmentiert ist, wobei die vier Membranwandsegmente (1 1 ) in einer, um eine senkrecht zum
Membranboden (9) orientierte Längsachse (L) verlaufenden Umlaufrichtung (Ru) gleichmäßig beabstandet zueinander an dem Membranboden (9) angeordnet sind.
4. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
Bodenflächen (13) der Membranwandsegmente (1 1 ) anliegend an einer Rückseite (14) des Membranbodens (9) auf dem Membranboden (9) angeordnet, und insbesondere mit der Rückseite (14) des Membranbodens (9) stoffschlüssig verbunden sind.
5. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes der Membranwandsegmente (1 1 ) in einer um eine Längsachse (L) des Membranbodens (9) verlaufenden Umlaufrichtung (Ru) mit einer gleichbleibenden radialen Breite (b) der Bodenfläche (1 3) des Membranwandsegments (1 1 ) ausgebildet ist, wobei ein durch Innenkanten (24) der Bodenflächen (13) der Membranwandsegmente (1 1 ) begrenzter Bereich (26) auf der Rückseite (14) des Membranbodens (9) kreisförmig ausgebildet ist.
Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes der Membranwandsegmente (1 1 ) entlang einer um eine Längsachse (L) des Membranbodens (9) verlaufenden Umlaufrichtung (Ru) mit einer sich verringernden radialen Breite (b1 ; b2) der Bodenfläche (13) ausgebildet ist, wobei ein durch Innenkanten (24) der Bodenflächen (13) der Membranwandsegmente (1 1 ) begrenzter Bereich (26) auf der Rückseite (14) des Membranbodens (9) ovalförmig ausgebildet ist.
Ultraschallsensor (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Außenwand (20) der Membranwandsegmente (1 1 ) entlang einer senkrecht zu dem Membranboden (9) orientierten Längsachse (L) mit einem gleichbleibenden radialen Abstand (ai) zu der Längsachse (L) ausgebildet ist und eine Innenwand (21 ) der Membranwandsegmente (1 1 ) entlang der Längsachse (L) mit einem sich zu der Längsachse (L) verringernden radialen Abstand (a2, a3) ausgebildet ist.
Ultraschallsensor (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Innenwand (21 ) der Membranwandsegmente (1 1 ) in einer um eine
Längsachse (L) des Membranbodens (9) verlaufenden Umlaufrichtung (Ru) eine Aussparung (22) angeordnet ist, wobei ein auf einer Rückseite (14) des
Membranbodens (9) angeordnetes Wandlerelement (23) des Ultraschallsensors (4) bereichsweise in den Aussparungen (22) der Membranwandsegmente (1 1 ) angeordnet ist.
Ultraschallsensor (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Membranwandsegmente (1 1 ) beabstandet zu einem Außenumfang (A) des Membranbodens (9) auf einer Rückseite (14) des Membranbodens (9) unter Ausbildung eines zwischen den Membranwandsegmenten (1 1 ) und dem
Außenumfang (A) verlaufenden Außenbereiches (17) des Membranbodens (9) angeordnet sind.
10. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Membranboden (9) einen Stirnbereich (16) und den in radialer Richtung (Rr) angrenzenden Außenbereich (17) aufweist, wobei der Stirnbereich (16) eine erste Dicke (di) aufweist und der Außenbereich (17) eine im Vergleich zu ersten Dicke (di) verringerte zweite Dicke (d2) aufweist, und die Membranwandsegmente (1 1 ) auf dem Stirnbereich (16) angeordnet sind.
1 1 . Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Außenbereich (17) des Membranbodens (9) entlang des Außenumfangs (A) bereichsweise überlappend mit einer Außenwand (20) der Membranwandsegmente (1 1 ) einen Membranbodenkragen (18) bildend aufgebogen ist.
12. Ultraschallsensor (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ultraschallsensor (4) ein Gehäuse (29) zum Aufnehmen der
Membranwandsegmente (1 1 ) aufweist, wobei das Gehäuse (29) ein entlang einer frontseitigen Gehäuseöffnung verlaufendes Befestigungselement (34) aufweist, und der Außenbereich (17) des Membranbodens (9) an dem Befestigungselement (34) anliegend angeordnet ist, wobei die Gehäuseöffnung von dem Membranboden (9) bedeckt ist.
13. Ultraschallsensor (4) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Außenbereich (17) des Membranbodens (9) über eine
schwingungsentkoppelnde Verbindungsmasse (35) mit dem Befestigungselement (34) stoffschlüssig verbunden ist, insbesondere die Verbindungsmasse (35) in einem Querschnitt des Ultraschallsensors (4) eine abgewinkelte Form ausbildet.
14. Kraftfahrzeug (1 ) mit zumindest einem Ultraschallsensor (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Verfahren zum Herstellen eines Ultraschallsensors (4) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit einer topfförmigen Membran (8) aufweisend einen Membranboden (9) und eine Membranwand (10), wobei der Ultraschallsensor (4) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen über den Membranboden (9) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die Membranwand (10) separat zu dem Membranboden (9) ausgebildet wird.
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