EP4427214A1 - Ultraschallsensorvorrichtung für ein kraftfahrzeug sowie ultraschallsensoranordnung - Google Patents

Ultraschallsensorvorrichtung für ein kraftfahrzeug sowie ultraschallsensoranordnung

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Publication number
EP4427214A1
EP4427214A1 EP22793672.1A EP22793672A EP4427214A1 EP 4427214 A1 EP4427214 A1 EP 4427214A1 EP 22793672 A EP22793672 A EP 22793672A EP 4427214 A1 EP4427214 A1 EP 4427214A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic sensor
ring
sensor device
decoupling
prestressing
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.)
Pending
Application number
EP22793672.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Haverkamp
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.)
Aumovio Autonomous Mobility Germany GmbH
Original Assignee
Continental Autonomous Mobility Germany 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
Priority claimed from DE102022202859.7A external-priority patent/DE102022202859A1/de
Application filed by Continental Autonomous Mobility Germany GmbH filed Critical Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Publication of EP4427214A1 publication Critical patent/EP4427214A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means

Definitions

  • Ultrasonic sensor device for a motor vehicle and ultrasonic sensor arrangement
  • the invention relates to an ultrasonic sensor device for a motor vehicle with an ultrasonic sensor, which has a pot-shaped membrane with a membrane base for transmitting and/or receiving ultrasonic signals and with a decoupling ring, which comprises a hollow-cylindrical ring area whose inner peripheral wall rests at least in places on an outer lateral surface of the membrane is arranged.
  • the membrane with the decoupling ring can be inserted at least in regions into a recess in a trim part, in particular a bumper, of the motor vehicle.
  • the invention also relates to an ultrasonic sensor arrangement for a motor vehicle with a trim part, in particular a bumper, and an ultrasonic sensor device of this type, the ultrasonic sensor device being inserted into a recess in the trim part.
  • Today's motor vehicles usually have a plurality of ultrasonic sensor devices, the driver assistance devices such as parking and / or. Brake assistance systems are assigned and provide information about the environment of the motor vehicle, in particular about obstacles or objects in the area and their distances from the motor vehicle.
  • the ultrasonic sensor devices are arranged in a distributed manner on the motor vehicle, at least in the front and rear area of the motor vehicle, and are usually installed on trim parts, in particular on bumpers.
  • elastic ribs extend in an axial direction perpendicular to the edge, substantially coaxially around running elastic ribs, with a depression or interruption being arranged in each case in the circumferential direction between the ribs.
  • the ribs act like compression springs for prestressing the decoupling ring between the ultrasonic sensor and the bumper in the axial direction.
  • the prestressing of the decoupling ring between the ultrasonic sensor and the bumper varies considerably in the axial direction, which is disadvantageous, even with a variation in the material thickness of the bumper of 2 to 4 mm.
  • the material thickness of the bumper By varying the material thickness of the bumper from 2 to 4 mm, with a total height of the decoupling ring of 5 mm, only a small material thickness of around 0.7 mm can be realized for the edge and the ribs, since in extreme cases these have to be compressed to a total height of 1 mm .
  • the ribs generate a significantly increasing preload force as the bumper thickness increases.
  • the risk of Buckling of the ribs i.e. the risk of the ribs folding over and the resulting significantly reduced pre-tensioning force.
  • the present invention is based on the object of specifying an improved configuration for an ultrasonic sensor device and for a corresponding ultrasonic sensor arrangement.
  • an ultrasonic sensor device for a motor vehicle comprises an ultrasonic sensor, which has a pot-shaped membrane with a membrane bottom for transmitting and/or receiving ultrasonic signals, as well as a decoupling ring, which has a hollow-cylindrical ring area, the inner peripheral wall of which is arranged in contact with an outer lateral surface of the membrane, at least in some areas.
  • the membrane with the decoupling ring can be inserted at least in regions into a recess in a trim part, in particular a bumper, of the motor vehicle.
  • a prestressing element is arranged which at the axial end of the ring area facing away from the membrane base which at least partially surrounds the ring area and which extends from the axial end in the axial direction towards the membrane base and in the radial direction outwards.
  • Such a connection of the prestressing element to the ring area and design of the prestressing element initially creates a free space in the radial direction in the area of the axial end of the ring area facing away from the membrane base, into which space the prestressing element can then be at least partially pressed due to its deformation when the ultrasonic sensor device is in the installed state .
  • This allows the Prestressing force can be designed more evenly in the range of a minimum to maximum bumper thickness, with the prestressing force not increasing significantly, particularly with increasing bumper thickness, and the material thickness of the prestressing element can also be made sufficiently large.
  • the configuration according to the invention therefore has the overall advantage that it provides an improved configuration for an ultrasonic sensor device.
  • the prestressing element acts like a bending spring in an axial direction and, when the membrane is in the mounted state with the decoupling ring in the recess of the covering part, axially prestresses the decoupling ring between the ultrasonic sensor and the covering part.
  • the decoupling ring is formed, preferably completely, from an elastic material, preferably a polymer, preferably a silicone.
  • the pretensioning element extends directly from the axial end in the axial direction in the direction of the membrane bottom and in the radial direction outwards.
  • the pretensioning element is therefore directly connected to the axial end of the ring area.
  • the decoupling ring thus has no edge extending perpendicularly to the outer peripheral wall of the ring area and in the radial direction outwards at the axial end of the ring area facing away from the membrane base and running completely around the ring area.
  • the pretensioning element is designed to be curved radially inwards in the circumferential direction.
  • the prestressing element has a curvature directed radially inwards in the direction of the ring area.
  • the pretensioning element is curved radially inwards along its entire extent in the circumferential direction.
  • the prestressing element has a substantially constant material thickness over its entire cross-sectional profile.
  • a force introduction element for introducing a pretensioning force in the axial direction into the pretensioning element is arranged on a surface of the pretensioning element facing the annular region.
  • the prestressing element therefore has a force introduction element on its surface facing the ring region, via which the prestressing force is introduced in the axial direction into the prestressing element when the membrane with the decoupling ring is in the fitted state with the decoupling ring in the recess of the lining part, with the force introduction element in the axial direction preferably being via the Surface of the biasing element also extends.
  • the force introduction element extends in particular only over a partial area of the prestressing element, with the force introduction element being arranged circumferentially preferably centrally on the surface of the prestressing element facing the ring area.
  • the force introduction element advantageously has a wedge-shaped cross-sectional profile.
  • the decoupling ring has at least two pretensioning elements distributed over the circumference of the ring area, the pretensioning elements preferably being distributed uniformly over the circumference of the ring area, and the two pretensioning elements preferably being arranged at a distance from one another in the circumferential direction.
  • the two prestressing elements have the same extension in the circumferential direction and both prestressing elements are designed in particular to be identical to one another.
  • the prestressing elements also have a respective force introduction element, with the force introduction elements preferably being configured identically to one another.
  • the decoupling ring has at least three prestressing elements distributed over the circumference of the ring area, with the prestressing elements preferably being distributed uniformly over the circumference of the ring area, and with the prestressing elements in the circumferential direction are each spaced apart.
  • all the prestressing elements have the same extent in the circumferential direction and all the prestressing elements are in particular of identical design to one another.
  • all prestressing elements have a respective force introduction element, with the force introduction elements preferably being configured identically to one another.
  • the decoupling ring has at least one edge section on the axial end of the ring area facing away from the membrane base, which edge section extends perpendicularly to the outer peripheral wall of the ring area and in the radial direction outwards and which, when the membrane is in the installed state with the decoupling ring, fits into the recess of the lining part forms a stop element which interacts with a stop surface formed on the lining part.
  • the edge section is arranged directly adjacent to the pretensioning element in the circumferential direction.
  • the decoupling ring comprises at least three prestressing elements distributed over the circumference of the ring area, with the prestressing elements preferably being distributed uniformly over the circumference of the ring area, and at the axial end of the ring area facing away from the membrane base at least three each perpendicular to the outer peripheral wall of the Ring area and in the radial direction outwardly extending edge portions that form a respective stop element in the assembled state of the membrane with the decoupling ring in the recess of the trim part, which interacts with a stop surface formed on the trim part.
  • a respective edge section is arranged in the circumferential direction between two adjacent prestressing elements, with a respective edge section being arranged directly adjacent to its two adjacent prestressing elements.
  • the decoupling ring has a single prestressing element that completely surrounds the ring area. In this case, the decoupling ring has in particular no edge section.
  • the decoupling ring has at least one bulge on the outer peripheral wall of the ring area, which bulges around the ring area and which extends in the radial direction from the ring area, preferably perpendicular to the outer peripheral wall, to a free end.
  • the curvature preferably completely surrounds the ring area on the peripheral side.
  • a cross section of the bulge tapers from the ring area to the free end. The curvature enables an additional elastically damping effect of the decoupling ring in the radial direction.
  • the decoupling ring when the membrane with the decoupling ring is in the mounted state in the recess of the covering part, the free end of the bulge rests against the covering part.
  • the decoupling ring can also have an elastically damping effect in the radial direction.
  • the decoupling ring has two bulges on the outer circumferential wall of the ring area, with the two bulges being arranged at a distance from one another in the axial direction.
  • the bulges preferably completely surround the ring area on the circumferential side.
  • a cross section of the bulges tapers from the ring area to the free end.
  • the two bulges can extend the same distance in the radial direction or can have a different extent in the radial direction.
  • the decoupling ring can also have more than two such bulges. In the mounted state of the membrane with the decoupling ring in the recess of the covering part, the respective free end of each bulge advantageously bears against the covering part.
  • the decoupling ring is designed in one piece.
  • the ultrasonic sensor device has a sensor holder for fastening the ultrasonic sensor device to the cladding part, the ultrasonic sensor and/or the decoupling ring being arranged at least in sections in a receiving section of the sensor holder.
  • the present invention also includes an ultrasonic sensor arrangement for a motor vehicle with a trim part, in particular a bumper, and an ultrasonic sensor device according to the invention, the ultrasonic sensor device, in particular the membrane with the decoupling ring, being inserted into a recess in the trim part.
  • the ultrasonic sensor device is inserted into the cutout of the cladding part in such a way that the membrane base of the membrane and an outside of the cladding part essentially form a plane.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the decoupling ring according to FIG. 1 and a position of the sectional planes of FIGS. 3a and 3b,
  • FIG. 3a shows a cross section through the pretensioning elements of the decoupling ring according to FIG. 2,
  • 3b shows a cross section through the edge sections of the decoupling ring according to FIG. 2
  • 4a shows an ultrasonic sensor arrangement with a bumper and an ultrasonic sensor device with a decoupling ring according to FIGS. 1 to 3b in a mounted state in a cross section through the prestressing elements
  • FIG. 4b shows the ultrasonic sensor arrangement according to FIG. 4a in a cross section through the edge sections of the decoupling ring
  • FIG. 5 shows a decoupling ring in an alternative embodiment in a cross section through the prestressing elements
  • FIG. 6 shows a perspective view of a decoupling ring in a further alternative embodiment
  • FIG. 7 shows a cross section through the decoupling ring according to FIG. 6,
  • FIGS. 6 to 7 shows, in a cross section, an ultrasonic sensor arrangement with a bumper and an ultrasonic sensor device with a decoupling ring according to FIGS. 6 to 7 in an assembled state
  • FIG. 10 shows a perspective view of the decoupling ring according to FIG. 9.
  • the ultrasonic sensor device 2 includes in addition to the decoupling ring 1, an ultrasonic sensor 3, which has a cup-shaped membrane 4 with a Diaphragm base 5 for emitting and/or receiving ultrasonic signals, and is designed for at least regional arrangement in a recess 6 of a bumper 7 of a motor vehicle.
  • the decoupling ring 1 is made in one piece from an elastic material.
  • the decoupling ring 1 is shown in a plan view.
  • the decoupling ring 1 comprises a hollow-cylindrical ring area 8 with an inner peripheral wall 9 and an outer peripheral wall 10.
  • the decoupling ring 1 also has six pretensioning elements 11 distributed evenly over the circumference of the ring area 8, which each partially encircle the ring area 8.
  • the prestressing elements 11 are each designed to be curved radially inwards in the circumferential direction along their entire extent in the direction of the annular region 8 .
  • the pretensioning elements 11 each have the same extent in the circumferential direction and are of identical design to one another.
  • each of these prestressing elements 11 acts like a bending spring in an axial direction Z and axially prestresses the decoupling ring 1 between the ultrasonic sensor 3 and the bumper 7 .
  • the decoupling ring 1 also has a respective edge section 12 in the circumferential direction between two adjacent prestressing elements 11 and directly adjacent to the two adjacent prestressing elements 11, consequently a total of six edge sections 12 distributed evenly over the circumference of the ring area 8.
  • the edge sections 12 each extend perpendicularly to of the outer peripheral wall 10 of the ring area 8 and in the radial direction R outwards and partially run around the ring area 8.
  • the edge sections 12 each have the same extent in the circumferential direction and are identical to one another.
  • the edge sections 12 form stop elements which each interact with a respective stop surface 13 formed on the bumper 7 .
  • FIG. 1 and a position of the sectional planes of Figures 3a and 3b, wherein in Fig. 3a a cross section through the prestressing elements 11 of the decoupling ring 1 is shown, and wherein in Fig. 3b a cross section through the edge portions 12 of the decoupling ring 1 is shown.
  • the prestressing elements 11 are each arranged directly on an axial end 14 of the annular region 8, ie they extend directly from this axial end 14.
  • this axial end 14 represents the axial end 14 of the annular region 8 facing away from the membrane base 5 of the membrane 4 of the ultrasonic sensor 3.
  • the prestressing elements 11 each extend from this axial end 14 in the axial direction Z to the opposite one , Further axial end 15 of the ring area 8 and thus to the membrane bottom 5 of the membrane 4 of the ultrasonic sensor 3 and in the radial direction R outwards.
  • the prestressing elements 11 each have a constant material thickness over their entire cross-sectional profile.
  • Such a configuration initially creates a free space in the radial direction R in the area of the axial end 14 of the ring area 8 facing away from the membrane base 5, into which the prestressing elements 11 can then be at least partially pressed in the assembled state of the ultrasonic sensor device 2 due to their deformation.
  • a prestressing force can be designed more evenly in the range of a minimum to maximum bumper thickness, with the prestressing force not increasing significantly as the bumper thickness increases in particular, and the material thickness of the prestressing elements 11 and edge sections 12 can also be made sufficiently large.
  • edge sections 12 are also arranged directly on the axial end 14 of the ring area 8 and extend from this axial end 14 perpendicularly to the outer peripheral wall 10 of the ring area 8 and in the radial direction R spread to the outside.
  • the ultrasonic sensor device 2 comprises an ultrasonic sensor 3, which has a pot-shaped membrane 4 with a membrane base 5 for transmitting and/or receiving ultrasonic signals, and the decoupling ring 1.
  • the decoupling ring 1 is arranged with the inner peripheral wall 9 of its ring area 8 lying against an outer lateral surface 17 of the membrane 4 .
  • the ultrasonic sensor device 2 or the membrane 4 with the decoupling ring 1 is inserted into a recess 6 of the bumper 7 in such a way that the membrane base 5 of the membrane 4 and an outside 18 of the bumper 7 form a plane.
  • Ultrasonic sensor device 2 also has a sensor holder 19 for fastening ultrasonic sensor device 2 to bumper 7 , ultrasonic sensor 3 and decoupling ring 1 being arranged at least in sections in a receiving section of sensor holder 19 .
  • the ends or tips of the prestressing elements 11 erroneously appear to protrude into the bumper 7 (since the drawing program was unable to show a bending of the ends or tips of the prestressing elements 11).
  • the prestressing elements 11 are naturally bent over by this amount.
  • the prestressing elements 11 thus act like a spiral spring in an axial direction Z and axially prestress the decoupling ring 1 between the ultrasonic sensor 3 and the bumper 7 .
  • FIG. 4b shows the ultrasonic sensor arrangement 16 according to FIG. 4a in a cross section through the edge sections 12 of the decoupling ring 1.
  • FIG. 4 b shows the edge sections 12 form stop elements which each interact with a respective stop surface 13 formed on the bumper 7 .
  • FIG. 5 shows a decoupling ring 1 in an alternative embodiment in a cross section through the pretensioning elements 11 .
  • the decoupling ring 1 essentially corresponds to the decoupling ring 1 shown in FIGS. 1 to 4b, the decoupling ring 1 being here on the outer peripheral wall 10 of the ring area 8 has two bulges 20, each of which extends in the radial direction R from the annular region 8 perpendicular to the outer peripheral wall 10 to a free end.
  • the two bulges 20 are arranged at a distance from one another in the axial direction Z and each completely surround the ring area 8 on the peripheral side.
  • the two bulges 20 extend equally far in the radial direction R.
  • the respective free end of each bulge 20 is in contact with the bumper 7 so that the decoupling ring 1 can additionally have an elastic damping effect in the radial direction R.
  • FIG. 6 to 7 show a decoupling ring 1 of an ultrasonic sensor device 2 in a further alternative embodiment in different views.
  • the decoupling ring 1 is shown in a perspective view.
  • the decoupling ring 1 is shown in a cross section.
  • the decoupling ring 1 essentially corresponds to the decoupling ring 1 shown in FIGS. 1 to 4b, the decoupling ring 1 here having only a single pretensioning element 11 running completely around the ring area 8 . As a result, the decoupling ring 1 has no edge section 12 .
  • the prestressing element 11 is in turn arranged directly on an axial end 14 of the ring area 8 , ie it extends directly from this axial end 14 .
  • this axial end 14 represents the axial end 14 of the annular region 8 facing away from the membrane bottom 5 of the membrane 4 of the ultrasonic sensor 3.
  • the prestressing element 11 in turn extends from this axial end 14 in the axial direction Z to the opposite one , Further axial end 15 of the ring area 8 and thus to the membrane bottom 5 of the membrane 4 of the ultrasonic sensor 3 and in the radial direction R outwards.
  • Such a configuration also initially creates a free space in the radial direction R in the area of the axial end 14 of the annular area 8 facing away from the membrane base 5, into which the prestressing element 11 can then be at least partially pressed in the assembled state of the ultrasonic sensor device 2 due to its deformation.
  • a prestressing force can be designed more uniformly in the range of a minimum to maximum bumper thickness, with the prestressing force not increasing significantly as the bumper thickness increases in particular, and the material thickness of the prestressing element 11 can also be made sufficiently large.
  • a single bulge 20 is formed on the outer peripheral wall 10 of the ring area 8, which extends in the radial direction R from the ring area 8 perpendicularly to the outer peripheral wall 10 to a free end and completely surrounds the ring area 8 on the circumference.
  • the free end of the bulge 20 is in contact with the bumper 7 so that the decoupling ring 1 can additionally have an elastic damping effect in the radial direction R.
  • FIG. 8 shows, in a cross section, an ultrasonic sensor arrangement 16 for a motor vehicle with a bumper 7 and an ultrasonic sensor device 2 with a decoupling ring 1 like. 6 to 7 in an assembled state, the bulge 20 on the outer peripheral wall 10 of the ring area 8 not being shown here.
  • the ultrasonic sensor device 2 comprises an ultrasonic sensor 3, which has a pot-shaped membrane 4 with a membrane base 5 for transmitting and/or receiving ultrasonic signals, and the decoupling ring 1.
  • the decoupling ring 1 is connected to the inner peripheral wall 9 of its ring area 8 on an outer lateral surface 17 of the membrane 4 arranged adjacent.
  • the ultrasonic sensor device 2 or the membrane 4 with the decoupling ring 1 is inserted into a recess 6 of the bumper 7 in such a way that the membrane base 5 of the membrane 4 and an outside 18 of the bumper 7 form a plane.
  • Ultrasonic sensor device 2 also has a sensor holder 19 for fastening ultrasonic sensor device 2 to bumper 7 , ultrasonic sensor 3 and decoupling ring 1 being arranged at least in sections in a receiving section of sensor holder 19 .
  • the end or the tip of the prestressing element 11 erroneously appears to protrude into the bumper 7 (since the drawing program could not show a bending of the end or the tip of the prestressing element 11).
  • the prestressing element 11 is of course bent accordingly by this amount.
  • the prestressing element 11 thus acts like a spiral spring on all sides in an axial direction Z and axially prestresses the decoupling ring 1 between the ultrasonic sensor 3 and the bumper 7 .
  • FIGS. 9 to 10 show a decoupling ring 1 of an ultrasonic sensor device 2 in a further alternative embodiment in different views.
  • the decoupling ring 1 is shown in a plan view.
  • the decoupling ring 1 is shown in a perspective view.
  • the decoupling ring 1 essentially corresponds to the decoupling ring 1 shown in FIGS. 1 to 4b, the decoupling ring 1 here having seven prestressing elements 11 distributed evenly over the circumference of the ring area 8, which in each case partially encircle the ring area 8.
  • the prestressing elements 11 are in turn designed to be curved radially inwards in the circumferential direction along their entire extent in the direction of the annular region 8 .
  • the pretensioning elements 11 each have the same extent in the circumferential direction and are of identical design to one another.
  • each of these prestressing elements 11 acts like a bending spring in an axial direction Z and axially prestresses the decoupling ring 1 between the ultrasonic sensor 3 and the bumper 7 .
  • the prestressing elements 11 each have a force introduction element 11a on their surface facing the annular region 8 for introducing the prestressing force in the axial direction Z into the prestressing element 11 .
  • the respective force introduction element 11a extends in the axial direction Z in each case beyond the surface of the corresponding prestressing element 11 .
  • the respective force introduction element 11a In the circumferential direction, the respective force introduction element 11a only extends over a partial area of the corresponding pretensioning element 11, with the respective force introduction element 11a being centered on the ring area 8 facing surface of the corresponding biasing member 11 is arranged.
  • the force introduction element 11a itself has a wedge-shaped cross-sectional profile. A particularly advantageous force introduction of the prestressing force into the respective prestressing element 11 is brought about by means of such force introduction elements 11a arranged on the prestressing elements 11 .
  • the decoupling ring 1 also has a respective edge section 12 in the circumferential direction between two adjacent prestressing elements 11 and immediately adjacent to the two adjacent prestressing elements 11, consequently a total of seven edge sections 12 distributed evenly over the circumference of the ring area 8.
  • the edge sections 12 each extend perpendicularly to of the outer peripheral wall 10 of the ring area 8 and in the radial direction R outwards and partially run around the ring area 8.
  • the edge sections 12 each have the same extent in the circumferential direction and are identical to one another.
  • the edge sections 12 form stop elements which each interact with a respective stop surface 13 formed on the bumper 7 .
  • a bulge 20 is formed on the outer peripheral wall 10 of the ring area 8, which extends in the radial direction R from the ring area 8 perpendicularly to the outer peripheral wall 10 to a free end and completely surrounds the ring area 8 on the circumference.
  • the free end of the bulge 20 is in contact with the bumper 7 so that the decoupling ring 1 can additionally have an elastic damping effect in the radial direction R.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor (3), welcher eine topfförmige Membran (4) mit einem Membranboden (5) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist und mit einem Entkopplungsring (1), welcher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich (8) umfasst dessen Innenumfangswand (9) an einer äußeren Mantelfläche (17) der Membran (4) zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist. Dabei ist die Membran (4) mit dem Entkopplungsring (1) in eine Aussparung (6) eines Verkleidungsteils (7), insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar. Erfindungsgemäß ist an dem dem Membranboden (5) abgewandten axialen Ende (14) des Ringbereichs (8) ein den Ringbereich (8) zumindest teilweise umlaufendes Vorspannelement (11) angeordnet, welches sich von dem axialen Ende (14) aus in axialer Richtung (Z) in Richtung zum Membranboden (5) hin und in radialer Richtung (R) nach außen hin erstreckt. Weiter betrifft die Erfindung Ultraschallsensoranordnung (16) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil (7) und einer solchen Ultraschallsensorvorrichtung (2), wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (2) in eine Aussparung (6) des Verkleidungsteils (7) eingesetzt ist.

Description

Beschreibung
Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Ultraschallsensoranordnung
Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor, welcher eine topfförmige Membran mit einem Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist und mit einem Entkopplungsring, weicher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich umfasst dessen Innenumfangswand an einer äußeren Mantelfläche der Membran zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist. Dabei ist die Membran mit dem Entkopplungsring in eine Aussparung eines Verkleidungsteils, insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar. Die Erfindung betrifft ferner eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil, insbesondere einem Stoßfänger, und einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung in eine Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt ist.
Heutige Kraftfahrzeuge weise üblicherweise eine Mehrzahl von Ultraschallsensorvorrichtungen auf, die Fahrerassistenzeinrichtungen, wie beispielsweise Park- u./o. Bremsassistenzsystemen, zugeordnet sind und Informationen über die Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere über Hindernisse oder Objekte in der Umgebung und deren Abstände zum Kraftfahrzeug liefern. Die Ultraschallsensorvorrichtungen sind verteilt am Kraftfahrzeug, zumindest im Front- und Heckbereich des Kraftfahrzeugs, angeordnet und gewöhnlich an Verkleidungsteilen, insbesondere an Stoßfängern, verbaut.
Eine solche Ultraschallsensorvorrichtung ist dabei regelmäßig in einer entsprechenden Öffnung oder Aussparung des Verkleidungsteils des Kraftfahrzeugs derart angeordnet, dass ein stirn- bzw. frontseitiger Membranboden einer topfförmigen Membran eines Ultraschallsensors der Ultraschallsensorvorrichtung im Wesentlichen bündig mit der äußeren Oberfläche des Verkleidungsteils abschließt, wobei im Betrieb über den Membranboden Ultraschallwellen ausgesendet und empfangen werden können. Der Ultraschallsensor beziehungsweise die Membran des Ultraschallsensors wird dabei üblicherweise durch einen Entkopplungsring entkoppelt. Auf diese Weise kann insbesondere verhindert werden, dass Körperschall von dem Ultraschallsensor auf das Verkleidungsteil übertragen werden kann, der ansonsten Störungen verursachen würde.
Eine Ultraschallsensorvorrichtung und eine Ultraschallsensoranordnung der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 20 2014 011 304 U1 oder der EP 2 812 723 B1 bekannt und es wird hinsichtlich der grundsätzlichen Bedeutung auf die Offenbarung dieser beiden Schriften vollumfänglich Bezug genommen. Dabei weist der Entkopplungsring zwischen Ultraschallsensor und einem Stoßfänger an einem axialen Ende des Ringbereichs des Entkopplungsrings einen sich senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden, den Ringbereich vollständig um laufenden Rand auf. Von diesem vollflächigen Rand aus erstrecken sich in eine axiale Richtung senkrecht zu dem Rand im Wesentlichen koaxial um laufende elastische Rippen, wobei in Umfangsrichtung zwischen den Rippen jeweils eine Vertiefung oder Unterbrechung angeordnet ist. Die Rippen wirken dabei wie Druckfedern zur Vorspannung in axialer Richtung des Entkopplungsringes zwischen Ultraschallsensor und Stoßfänger.
Durch eine derartige Ausgestaltung variiert in nachteiliger Weise die Vorspannung des Entkopplungsrings zwischen Ultraschallsensor und Stoßfänger in axialer Richtung erheblich schon bei einer Variation der Materialdicke des Stoßfängers von 2 bis 4 mm. Durch die Variation der Materialdicke des Stoßfängers von 2 bis 4 mm ist bei einer Gesamthöhe des Entkopplungsringes von 5 mm nur eine geringe Materialdicke für den Rand und die Rippen von etwa 0,7 mm realisierbar, da diese im Extremfall auf 1 mm Gesamthöhe zusammengepresst werden müssen. Zum einen erzeugen die Rippen bei steigender Stoßfängerdicke eine deutlich steigende Vorspannkraft. Zum anderen steigt bei steigender Stoßfängerdicke die Gefahr der Knickung der Rippen, also die Gefahr eines Umklappens der Rippen und daraus resultierend eine deutlich abnehmende Vorspannkraft.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ultraschallsensorvorrichtung sowie für eine entsprechende Ultraschallsensoranordnung anzugeben.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 15 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Demnach umfasst eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug einen Ultraschallsensor, welcher eine topfförmige Membran mit einem Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie einen Entkopplungsring, weicher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich aufweist dessen Innenumfangswand an einer äußeren Mantelfläche der Membran zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist. Dabei ist die Membran mit dem Entkopplungsring in eine Aussparung eines Verkleidungsteils, insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar.
Erfindungsgemäß ist an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs ein den Ringbereich zumindest teilweise umlaufendes Vorspannelement angeordnet, welches sich von dem axialen Ende aus in axialer Richtung in Richtung zum Membranboden hin und in radialer Richtung nach außen hin erstreckt.
Durch eine solche Anbindung des Vorspannelement an den Ringbereich und Ausgestaltung des Vorspannelements ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung im Bereich des dem Membranboden abgewandten axialen Endes des Ringbereichs vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung dann das Vorspannelement aufgrund seiner Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden kann. Dadurch kann die Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke des Vorspannelements ausreichend groß realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat somit insgesamt den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ultraschallsensorvorrichtung bereitgestellt wird.
Das Vorspannelement wirkt wie eine Biegefeder in einer axialen Richtung und spannt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in der Aussparung des Verkleidungsteils den Entkopplungsring zwischen Ultraschallsensor und Verkleidungsteil axial vor.
Vorteilhafterweise ist der Entkopplungsring, vorzugsweise vollständig, aus einem elastischen Material, vorzugsweise einem Polymer, bevorzug einem Silikon ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich das Vorspannelement unmittelbar von dem axialen Ende aus in axialer Richtung in Richtung zum Membranboden hin und in radialer Richtung nach außen hin. Das Vorspannelement schließt sich also unmittelbar an das axiale Ende des Ringbereichs an.
Insbesondere weist der Entkopplungsring somit an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs keinen senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden, den Ringbereich vollständig um laufenden Rand auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Vorspannelement in Umfangsrichtung radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Somit weist das Vorspannelement eine radial nach Innen in Richtung des Ringbereichs gerichtete Wölbung auf. Vorzugsweise ist das Vorspannelement dabei entlang seiner gesamten Erstreckung in Umfangsrichtung radial nach innen gewölbt ausgestaltet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Vorspannelement über sein gesamtes Querschnittsprofil eine im Wesentlichen konstante Materialdicke auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an einer dem Ringbereich zugewandten Oberfläche des Vorspannelements ein Krafteinleitungselement zur Einleitung einer Vorspannkraft in axialer Richtung in das Vorspannelement angeordnet. Das Vorspannelement weist also an seiner dem Ringbereich zugewandten Oberfläche ein Krafteileitungselement auf, über das im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils die Vorspannkraft in axialer Richtung in das Vorspannelement eingeleitet wird, wobei sich das Krafteinleitungselement in axialer Richtung bevorzug über die Oberfläche des Vorspannelements hinaus erstreckt. In Umfangrichtung erstreckt sich das Krafteinleitungselement insbesondere nur über einen Teilbereich des Vorspannelements, wobei das Krafteinleitungselement in Umfangsrichtig vorzugsweise mittig auf der dem Ringbereich zugewandten Oberfläche des Vorspannelements angeordnet ist. Vorteilhafterweise weist das Krafteinleitungselement ein keilförmiges Querschnittsprofil auf.
Vorteilhafterweise weist der Entkopplungsring zumindest zwei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente auf, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, und wobei vorzugsweise die zwei Vorspannelemente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorteilhafterweise weisen dabei die zwei Vorspannelemente in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung auf und sind beide Vorspannelemente insbesondere zueinander identisch ausgebildet. Insbesondere weisen die Vorspannelemente zudem ein jeweiliges Krafteinleitungselement auf, wobei die Krafteinleitungselemente vorzugsweise zueinander identisch ausgebildet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring aber zumindest drei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente auf, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, und wobei die Vorspannelemente in Umfangsrichtung jeweils voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorteilhafterweise weisen dabei alle Vorspannelemente in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung auf und sind alle Vorspannelemente insbesondere zueinander identisch ausgebildet. Insbesondere weisen alle Vorspannelemente ein jeweiliges Krafteinleitungselement auf, wobei die Krafteinleitungselemente vorzugsweise zueinander identisch ausgebildet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs zumindest einen sich senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckenden Randabschnitt auf, der im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils ein Anschlagelement bildet, das mit einer an dem Verkleidungsteil ausgebildeten Anschlagfläche zusammenwirkt.
Dabei ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Randabschnitt in Umfangsrichtung unmittelbar angrenzend zu dem Vorspannelement angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Entkopplungsring zumindest drei über den Umfang des Ringbereichs verteilte Vorspannelemente, wobei die Vorspannelemente vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs verteilt sind, sowie an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende des Ringbereichs zumindest drei sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand des Ringbereichs und in radialer Richtung nach außen erstreckende Randabschnitte, die im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils ein jeweiliges Anschlagelement bilden, das mit einer an dem Verkleidungsteil ausgebildeten Anschlagfläche zusammenwirkt. Dabei ist in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen ein jeweiliger Randabschnitt angeordnet, wobei ein jeweiliger Randabschnitt unmittelbar angrenzend zu seinen beiden benachbarten Vorspannelementen angeordnet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring ein einziges den Ringbereich vollständig umlaufendes Vorspannelement auf. In diesem Fall weist der Entkopplungsring insbesondere keinen Randabschnitt auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an der Außenumfangswand des Ringbereichs zumindest eine Wölbung auf, die den Ringbereich umfangsseitig umgibt und welche sich in radialer Richtung von dem Ringbereich, bevorzugt senkrecht zu der Außenumfangswand, zu einem freien Ende erstreckt. Vorzugsweise umgibt die Wölbung dabei den Ringbereich umfangsseitig vollständig. Vorteilhafterweise verjüngt sich ein Querschnitt der Wölbung von dem Ringbereich zum freien Ende hin. Die Wölbung ermöglicht eine zusätzlich in radiale Richtung elastisch dämpfende Wirkung des Entkopplungsrings.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils das freie Ende der Wölbung an dem Verkleidungsteil an. Dadurch kann der Entkopplungsring zusätzlich in radiale Richtung elastisch dämpfend wirken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Entkopplungsring an der Außenumfangswand des Ringbereichs zwei Wölbungen auf, wobei die zwei Wölbungen in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Vorzugsweise umgeben die Wölbungen dabei jeweils den Ringbereich umfangsseitig vollständig. Vorteilhafterweise verjüngt sich jeweils ein Querschnitt der Wölbungen von dem Ringbereich zum freien Ende hin. Die beiden Wölbungen können sich in radialer Richtung gleich weit erstrecken oder können in radialer Richtung eine unterschiedliche Erstreckung aufweisen. Der Entkopplungsring kann auch mehr als zwei solche Wölbung aufweisen. Vorteilhafterweise liegt im montierten Zustand der Membran mit dem Entkopplungsring in die Aussparung des Verkleidungsteils das jeweilige freie Ende einer jeden Wölbung an dem Verkleidungsteil an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Entkopplungsring einstückig ausgebildet. Vorteilhafterweise weist die Ultraschallsensorvorrichtung einen Sensorhalter zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung an dem Verkleidungsteil auf, wobei der Ultraschallsensor und/oder der Entkopplungsring in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine Ultraschallsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil, insbesondere einem Stoßfänger, und einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensorvorrichtung, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung, insbesondere die Membran mit dem Entkopplungsring, in eine Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt ist.
Die für die erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Ultraschallsensoranordnung.
Vorteilhafterweise ist die Ultraschallsensorvorrichtung so in die Aussparung des Verkleidungsteils eingesetzt, dass der Membranboden der Membran und eine Außenseite des Verkleidungsteils im Wesentlichen eine Ebene bilden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer Draufsicht einen Entkopplungsring,
Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring gemäß Fig. 1 sowie eine Lage der Schnittebenen der Figuren 3a und 3b,
Fig 3a einen Querschnitt durch die Vorspannelemente des Entkopplungsrings gemäß Fig. 2,
Fig 3b einen Querschnitt durch die Randabschnitte des Entkopplungsrings gemäß Fig. 2, Fig. 4a eine Ultraschallsensoranordnung mit einem Stoßfänger sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung mit einem Entkopplungsring gemäß Fig. 1 bis 3b in einem montierten Zustand in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente,
Fig. 4b die Ultraschallsensoranordnung gemäß Fig. 4a in einem Querschnitt durch die Randabschnitte des Entkopplungsrings,
Fig. 5 einen Entkopplungsring in einer alternativen Ausführungsform in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente,
Fig. 6 in einer perspektivischen Darstellung einen Entkopplungsring in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
Fig. 7 einen Querschnitt durch den Entkopplungsring gemäß Fig. 6,
Fig. 8 in einem Querschnitt eine Ultraschallsensoranordnung mit einem Stoßfänger sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung mit einem Entkopplungsring gemäß Fig. 6 bis 7 in einem montierten Zustand,
Fig 9 in einer Draufsicht einen Entkopplungsring in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
Fig. 10 in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring gemäß Fig. 9.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Fig. 1 bis 3b ist ein Ausführungsbeispiel eines Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst neben dem Entkopplungsring 1 einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist, und ist zur zumindest bereichsweisen Anordnung in eine Aussparung 6 eines Stoßfängers 7 eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Entkopplungsring 1 ist einstückig aus einem elastischen Material ausgebildet.
In Fig. 1 ist der Entkopplungsring 1 in einer Draufsicht dargestellt. Der Entkopplungsring 1 umfasst einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich 8 mit einer Innenumfangswand 9 und einer Außenumfangswand 10. Der Entkopplungsring 1 weist ferner sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Vorspannelemente 11 auf, welche den Ringbereich 8 jeweils teilweise umlaufen. Die Vorspannelemente 11 sind jeweils in Umfangsrichtung entlang ihrer gesamten Erstreckung in Richtung des Ringbereichs 8 radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Die Vorspannelemente 11 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 wirkt eine jedes dieser Vorspannelemente 11 wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
Der Entkopplungsring 1 weist zudem in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen 11 und unmittelbar angrenzend an die zwei benachbarten Vorspannelemente 11 einen jeweiligen Randabschnitt 12 auf, folglich insgesamt sechs gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Randabschnitte 12. Die Randabschnitte 12 erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen und um laufen jeweils teilweise den Ringbereich 8. Die Randabschnitte 12 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 bilden die Randabschnitte 12 Anschlagelemente, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 Zusammenwirken.
Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Entkopplungsring 1 gemäß
Fig. 1 sowie eine Lage der Schnittebenen der Figuren 3a und 3b, wobei in Fig. 3a ein Querschnitt durch die Vorspannelemente 11 des Entkopplungsrings 1 dargestellt ist, und wobei in Fig. 3b ein Querschnitt durch die Randabschnitte 12 des Entkopplungsrings 1 dargestellt ist.
Aus Fig. 2 und 3a ist gut ersichtlich, dass die Vorspannelemente 11 jeweils unmittelbar an einem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet sind, sich also unmittelbar von diesem axialen Ende 14 aus erstrecken. Im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 stellt dieses axiale Ende 14 das dem Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 abgewandte axiale Ende 14 des Ringbereichs 8 dar. Die Vorspannelemente 11 erstrecken sich dabei jeweils von diesem axialen Ende 14 aus in axialer Richtung Z zu dem gegenüberliegenden, weiteren axialen Ende 15 des Ringbereichs 8 und somit zum Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 hin und in radialer Richtung R nach außen hin. Zudem weisen die Vorspannelemente 11 jeweils über ihr gesamtes Querschnittsprofil eine konstante Materialdicke auf. Durch eine solche Ausgestaltung ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung R im Bereich des dem Membranboden 5 abgewandten axialen Endes 14 des Ringbereichs 8 vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 dann die Vorspannelemente 11 aufgrund ihrer Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden können. Dadurch kann eine Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke der Vorspannelemente 11 und Randabschnitte 12 ausreichend groß realisiert werden.
Darüber hinaus ist in Fig. 2 und 3b gut ersichtlich, dass auch die Randabschnitte 12 jeweils unmittelbar an dem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet sind und sich von diesem axialen Ende 14 aus senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen hin erstecken.
Fig. 4a zeigt eine Ultraschallsensoranordnung 16 für ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger 7 sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 mit einem Entkopplungsring 1 gern. Fig. 1 bis 3b in einem montierten Zustand in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente 11 . Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie den Entkopplungsring 1 .
Der Entkopplungsring 1 ist mit der Innenumfangswand 9 seines Ringbereichs 8 an einer äußeren Mantelfläche 17 der Membran 4 anliegend angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 bzw. die Membran 4 mit dem Entkopplungsring 1 ist so in eine Aussparung 6 des Stoßfängers 7 eingesetzt, dass der Membranboden 5 der Membran 4 und eine Außenseite 18 des Stoßfängers 7 eine Ebene bilden. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 weist ferner einen Sensorhalter 19 zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung 2 an dem Stoßfänger 7 auf, wobei der Ultraschallsensor 3 und der Entkopplungsring 1 in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters 19 zumindest abschnittsweise angeordnet sind.
In der Darstellung der Fig. 4a ragen die Enden bzw. Spitzen der Vorspannelemente 11 fehlerhafterweise scheinbar in den Stoßfänger 7 hinein (da das Zeichenprogramm ein Abbiegen der Enden bzw. Spitzen der Vorspannelemente 11 nicht darstellen konnte). In der Realität sind die Vorspannelemente 11 aber natürlich um dieses Maß entsprechend umgebogen. Die Vorspannelemente 11 wirken also wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannen den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
In Fig. 4b ist die Ultraschallsensoranordnung 16 gemäß Fig. 4a in einem Querschnitt durch die Randabschnitte 12 des Entkopplungsrings 1 gezeigt. Aus Fig. 4b ist nochmals ersichtlich, dass die Randabschnitte 12 Anschlagelemente bilden, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 Zusammenwirken.
Fig. 5 zeigt einen Entkopplungsring 1 in einer alternativen Ausführungsform in einem Querschnitt durch die Vorspannelemente 11 . Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den Fig. 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1 , wobei der Entkopplungsring 1 hier an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 zwei Wölbungen 20 aufweist, die sich jeweils in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstrecken. Die zwei Wölbungen 20 sind in axialer Richtung Z voneinander beabstandet angeordnet und umgeben jeweils den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig. Zudem erstrecken sich die beiden Wölbungen 20 in radialer Richtung R gleich weit. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das jeweilige freie Ende einer jeden Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
In den Fig. 6 bis 7 ist ein Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In Fig. 6 ist der Entkopplungsring 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. In Fig. 7 ist der Entkopplungsring 1 in einem Querschnitt dargestellt.
Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den Fig. 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1 , wobei der Entkopplungsring 1 hier nur ein einziges, den Ringbereich 8 vollständig um laufendes Vorspannelement 11 aufweist. Dadurch weist der Entkopplungsring 1 keinen Randabschnitt 12 auf.
Das Vorspannelement 11 ist wiederrum unmittelbar an einem axialen Ende 14 des Ringbereichs 8 angeordnet, erstreckt sich also unmittelbar von diesem axialen Ende 14 aus. Im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 stellt dieses axiale Ende 14 das dem Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 abgewandte axiale Ende 14 des Ringbereichs 8 dar. Das Vorspannelement 11 erstreckt sich dabei wiederrum von diesem axialen Ende 14 aus in axialer Richtung Z zu dem gegenüberliegenden, weiteren axialen Ende 15 des Ringbereichs 8 und somit zum Membranboden 5 der Membran 4 des Ultraschallsensors 3 hin und in radialer Richtung R nach außen hin. Auch durch eine solche Ausgestaltung ist zunächst ein Freiraum in radialer Richtung R im Bereich des dem Membranboden 5 abgewandten axialen Endes 14 des Ringbereichs 8 vorhanden, in welchen im montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 dann das Vorspannelement 11 aufgrund seiner Verformung zumindest teilweise hineingedrückt werden kann. Dadurch kann eine Vorspannkraft im Bereich einer minimalen bis maximalen Stoßfängerdicke gleichmäßiger ausgelegt werden, wobei insbesondere bei steigender Stoßfängerdicke die Vorspannkraft nicht erheblich ansteigt, und es kann zudem die Materialdicke des Vorspannelements 11 ausreichend groß realisiert werden.
Darüber hinaus ist an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 eine einzige Wölbung 20 ausgebildet, die sich in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstreckt und den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig umgibt. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das freie Ende der Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
Fig. 8 zeigt in einem Querschnitt eine Ultraschallsensoranordnung 16 für ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfänger 7 sowie einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 mit einem Entkopplungsring 1 gern. Fig. 6 bis 7 in einem montierten Zustand, wobei hier die Wölbung 20 an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 nicht dargestellt ist.
Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 umfasst einen Ultraschallsensor 3, welcher eine topfförmige Membran 4 mit einem Membranboden 5 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist sowie den Entkopplungsring 1. Der Entkopplungsring 1 ist mit der Innenumfangswand 9 seines Ringbereichs 8 an einer äußeren Mantelfläche 17 der Membran 4 anliegend angeordnet. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 bzw. die Membran 4 mit dem Entkopplungsring 1 ist so in eine Aussparung 6 des Stoßfängers 7 eingesetzt, dass der Membranboden 5 der Membran 4 und eine Außenseite 18 des Stoßfängers 7 eine Ebene bilden. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 weist ferner einen Sensorhalter 19 zur Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung 2 an dem Stoßfänger 7 auf, wobei der Ultraschallsensor 3 und der Entkopplungsring 1 in einem Aufnahmeabschnitt des Sensorhalters 19 zumindest abschnittsweise angeordnet sind. In der Darstellung der Fig. 8 ragt das Enden bzw. die Spitze des Vorspannelements 11 fehlerhafterweise scheinbar in den Stoßfänger 7 hinein (da das Zeichenprogramm ein Abbiegen des Endes bzw. der Spitze des Vorspannelements 11 nicht darstellen konnte). In der Realität ist das Vorspannelement 11 aber natürlich um dieses Maß entsprechend umgebogen. Das Vorspannelement 11 wirkt also wie eine Biegefeder allseitig in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
In den Fig. 9 bis 10 ist ein Entkopplungsrings 1 einer Ultraschallsensorvorrichtung 2 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In Fig. 9 ist der Entkopplungsring 1 in einer Draufsicht gezeigt. In Fig. 10 ist der Entkopplungsring 1 in einer perspektivischen Darstellung dargestellt.
Der Entkopplungsring 1 entspricht im Wesentlichen dem in den Fig. 1 bis 4b gezeigtem Entkopplungsring 1 , wobei der Entkopplungsring 1 hier sieben gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Vorspannelemente 11 aufweist, welche den Ringbereich 8 jeweils teilweise umlaufen. Die Vorspannelemente 11 sind wiederum jeweils in Umfangsrichtung entlang ihrer gesamten Erstreckung in Richtung des Ringbereichs 8 radial nach innen gewölbt ausgestaltet. Die Vorspannelemente 11 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 wirkt eine jedes dieser Vorspannelemente 11 wie eine Biegefeder in eine axiale Richtung Z und spannt den Entkopplungsring 1 zwischen Ultraschallsensor 3 und Stoßfänger 7 axial vor.
Die Vorspannelemente 11 weisen hier jeweils an ihrer dem Ringbereich 8 zugewandten Oberfläche ein Krafteinleitungselement 11a auf zur Einleitung der Vorspannkraft in axialer Richtung Z in das Vorspannelement 11 . Dabei erstreckt sich das jeweilige Krafteinleitungselement 11 a in axialer Richtung Z jeweils über die Oberfläche des entsprechenden Vorspannelements 11 hinaus. In Umfangrichtung erstreckt sich das jeweilige Krafteinleitungselement 11 a nur über einen Teilbereich des entsprechenden Vorspannelements 11 , wobei das jeweilige Krafteinleitungselement 11a in Umfangsrichtig mittig auf der dem Ringbereich 8 zugewandten Oberfläche des entsprechenden Vorspannelements 11 angeordnet ist. Das Krafteinleitungselement 11 a selbst weist ein keilförmiges Querschnittsprofil auf. Mittels derartiger, an den Vorspannelementen 11 angeordneter Krafteinleitungselemente 11 a wird eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung des Vorspannkraft in das jeweilige Vorspannelement 11 bewirkt.
Auch weist der Entkopplungsring 1 in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen 11 und unmittelbar angrenzend an die zwei benachbarten Vorspannelemente 11 einen jeweiligen Randabschnitt 12 auf, folglich insgesamt sieben gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs 8 verteilte Randabschnitte 12. Die Randabschnitte 12 erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 und in radialer Richtung R nach außen und um laufen jeweils teilweise den Ringbereich 8. Die Randabschnitte 12 weisen in Umfangsrichtung jeweils dieselbe Erstreckung auf und sind zueinander identisch ausgebildet. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 bilden die Randabschnitte 12 Anschlagelemente, die jeweils mit einer jeweiligen an dem Stoßfänger 7 ausgebildeten Anschlagfläche 13 Zusammenwirken.
Darüber hinaus ist an der Außenumfangswand 10 des Ringbereichs 8 eine Wölbung 20 ausgebildet, die sich in radialer Richtung R von dem Ringbereich 8 senkrecht zu der Außenumfangswand 10 zu einem freien Ende erstreckt und den Ringbereich 8 umfangsseitig vollständig umgibt. In einem montierten Zustand der Ultraschallsensorvorrichtung 2 liegt das freie Ende der Wölbung 20 an dem Stoßfänger 7 an, so dass das Entkopplungsring 1 zusätzlich in radiale Richtung R elastisch dämpfend wirken kann.
Bezugszeichenliste
1 Entkopplungsring
2 Ultraschallsensorvorrichtung
3 Ultraschallsensor
4 Membran
5 Membranboden
6 Aussparung
7 Stoßfänger
8 Ringbereich
9 Innenumfangswand
10 Außenumfangswand
11 Vorspannelement
11 a Krafteinleitungselement
12 Randabschnitt
13 Anschlagfläche
14 axiales Ende
15 weiteres axiales Ende
16 Ultraschallsensoranordnung
17 Mantelfläche
18 Außenseite
19 Sensorhalter
20 Wölbung
R radiale Richtung
Z axiale Richtung

Claims

Patentansprüche
1 . Ultraschallsensorvorrichtung (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Ultraschallsensor (3), welcher eine topfförmige Membran (4) mit einem Membranboden (5) zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist und mit einem Entkopplungsring (1 ), weicher einen hohlzylinderförmig ausgebildeten Ringbereich (8) umfasst dessen Innenumfangswand (9) an einer äußeren Mantelfläche (17) der Membran (4) zumindest bereichsweise anliegend angeordnet ist, wobei die Membran (4) mit dem Entkopplungsring (1 ) in eine Aussparung (6) eines Verkleidungsteils (7), insbesondere eines Stoßfängers, des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise einsetzbar ist, d a d u rch g e ke n n ze i ch n et , dass an dem dem Membranboden (5) abgewandten axialen Ende (14) des Ringbereichs (8) ein den Ringbereich (8) zumindest teilweise umlaufendes Vorspannelement (11 ) angeordnet ist, welches sich von dem axialen Ende (14) aus in axialer Richtung (Z) in Richtung zum Membranboden (5) hin und in radialer Richtung (R) nach außen hin erstreckt.
2. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich das Vorspannelement (11 ) unmittelbar von dem axialen Ende (14) aus in axialer Richtung (Z) in Richtung zum Membranboden (5) hin und in radialer Richtung (R) nach außen hin erstreckt.
3. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (11 ) in Umfangsrichtung radial nach innen gewölbt ausgestaltet ist.
4. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (1 1 ) über sein gesamtes Querschnittsprofil eine im Wesentlichen konstante Materialdicke aufweist.
5. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Ringbereich (8) zugewandten Oberfläche des Vorspannelements (11 ) ein Krafteinleitungselement (11 a) zur Einleitung einer Vorspannkraft in axialer Richtung (Z) in das Vorspannelement (11 ) angeordnet ist.
6. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) zumindest drei über den Umfang des Ringbereichs (8) verteilte Vorspannelemente (11 ) aufweist, wobei die Vorspannelemente (11 ) vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ringbereichs (8) verteilt sind.
7. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) an dem dem Membranboden (5) abgewandten axialen Ende (14) des Ringbereichs (8) zumindest einen sich senkrecht zu der Außenumfangswand (10) des Ringbereichs (8) und in radialer Richtung (R) nach außen erstreckenden Randabschnitt (12) aufweist, der im montierten Zustand der Membran (4) mit dem Entkopplungsring (1 ) in die Aussparung (6) des Verkleidungsteils (7) ein Anschlagelement bildet, das mit einer an dem Verkleidungsteil (7) ausgebildeten Anschlagfläche (13) zusammenwirkt.
8. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (12) in Umfangsrichtung unmittelbar angrenzend zu dem Vorspannelement (11 ) angeordnet ist.
9. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei benachbarten Vorspannelementen (11 ) ein jeweiliger Randabschnitt (12) angeordnet ist.
10. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) ein einziges, den Ringbereich (8) vollständig umlaufendes Vorspannelement (11 ) aufweist.
11. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) an der Außenumfangswand (10) des Ringbereichs (8) zumindest eine Wölbung (20) aufweist, die den Ringbereich (8) umfangsseitig umgibt und welche sich in radialer Richtung (R) von dem Ringbereich (8) zu einem freien Ende erstreckt.
12. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand der Membran (4) mit dem Entkopplungsring (1 ) in die Aussparung (6) des Verkleidungsteils (7) das freie Ende der Wölbung (20) an dem Verkleidungsteil (7) anliegt.
13. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) an der Außenumfangswand (10) des Ringbereichs (8) zwei Wölbungen (20) aufweist, wobei die zwei Wölbungen (20) in axialer Richtung (Z) voneinander beabstandet angeordnet sind.
14. Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsring (1 ) einstückig ausgebildet ist.
15. Ultraschallsensoranordnung (16) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verkleidungsteil (7), insbesondere einem Stoßfänger, und einer Ultraschallsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Ultraschallsensorvorrichtung (2) in eine Aussparung (6) des Verkleidungsteils (7) eingesetzt ist.
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