EP4544323A1 - Ultraschall-array-sensor - Google Patents

Ultraschall-array-sensor

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Publication number
EP4544323A1
EP4544323A1 EP23732831.5A EP23732831A EP4544323A1 EP 4544323 A1 EP4544323 A1 EP 4544323A1 EP 23732831 A EP23732831 A EP 23732831A EP 4544323 A1 EP4544323 A1 EP 4544323A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ultrasonic
cover plate
membrane elements
areas
array sensor
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
EP23732831.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Gerlach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4544323A1 publication Critical patent/EP4544323A1/de
Pending 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
    • 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
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    • G01S7/54—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 with receivers spaced apart

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic array sensor.
  • the invention relates in particular to an ultrasonic array sensor for vehicle construction.
  • Ultrasonic sensors are used in automobile manufacturing and other industrial applications to determine distances and sense the environment.
  • the ultrasonic sensors from the prior art work according to the pulse-echo principle, in which a transit time measurement is carried out between the emission and reception of ultrasonic pulses.
  • ultrasonic array sensors are known, each of which includes a plurality of different ultrasonic membrane elements for individual pulse-echo measurements.
  • an ultrasonic array sensor is provided with at least two ultrasonic membrane elements for emitting and receiving ultrasonic signals and a housing with a cover plate, the cover plate being located on a transmitting/receiving side of the ultrasonic array. Sensor is arranged, wherein the cover plate contacts and completely covers the at least two ultrasonic membrane elements, the cover plate being set up to effect a transmission of transmitted and/or received ultrasonic signals from and/or to the ultrasonic membrane elements, and wherein an outer surface of the cover plate is designed as a plane Surface is formed.
  • an improved ultrasonic array sensor can be provided with a plurality of ultrasonic membrane elements. Due to the flat surface of the cover plate, undisturbed radiation of the ultrasonic signals from the ultrasonic membrane elements can be achieved. Raises and/or depressions in a non-plane cover plate, on the other hand, lead to reflection effects of the emitted or received ultrasound signals. Such reflections of the ultrasonic signals lead to disruptive effects of the ultrasonic signals, in particular to undesirable changes in the time signal and in the directivity of the sound radiation or reception and thus ultimately to disturbed or incorrect measurements or measurement results of the ultrasonic array sensor.
  • the cover plate has a higher rigidity in the areas that contact the ultrasonic membrane elements than in areas between the at least two ultrasonic membrane elements.
  • the technical advantage can be achieved that the sound transmission in the cover plate between the ultrasonic membrane elements is reduced due to the reduced rigidity of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements. This can prevent ultrasonic signals from being transmitted via the cover plate between the ultrasonic membrane elements and thereby disrupting the measurements of the ultrasonic membrane elements.
  • the ultrasonic membrane elements can be operated as independent sensor elements undisturbed by the other ultrasonic membrane element.
  • the cover plate comprises a fiber composite, the cover plate being in contact with the ultrasonic membrane elements Areas have a higher fiber density of a fiber structure of the fiber composite than in the areas between the ultrasonic membrane elements.
  • the technical advantage can be achieved that simple production of the cover plate is possible. Due to the lower fiber density in the areas between the ultrasonic membrane elements, the stiffness in these areas is reduced. This reduces the sound transmission in the cover plate between the areas adjacent to the ultrasonic membrane elements. This enables individualization of the at least two ultrasonic membrane elements, so that each ultrasonic membrane element can be operated independently of the other element.
  • the fiber composite comprises a multi-layer fiber structure, with a number of layers of the multi-layer fiber structure being greater in the areas contacting the ultrasonic membrane elements than in the areas between the ultrasonic membrane elements.
  • the technical advantage can be achieved that a high level of flexibility of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements and, associated with this, poor sound transmission within the cover plate between the ultrasonic membrane elements is achieved. Due to the smaller number of layers of the fiber structure, the rigidity of the cover plate is reduced in the areas between the ultrasonic membrane elements.
  • the layers of the multi-layer fiber structure are formed over an entire thickness of the cover plate.
  • the technical advantage can be achieved that a high level of flexibility of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements and, associated with this, poor sound transmission within the cover plate between the ultrasonic membrane elements is achieved.
  • a smaller number of layers of the fiber structure are arranged in the areas between the ultrasonic membrane elements.
  • the layers of the multi-layer fiber structure are arranged in the areas between the ultrasonic membrane elements only over part of the thickness of the cover plate.
  • the technical advantage can be achieved that a high level of flexibility of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements and, associated with this, poor sound transmission within the cover plate between the ultrasonic membrane elements is achieved.
  • the cover plate has recesses for material tapering in the areas between the ultrasonic membrane elements on an inner surface of the cover plate.
  • the technical advantage can be achieved that a high level of flexibility of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements and, associated with this, poor sound transmission within the cover plate between the ultrasonic membrane elements is achieved.
  • no fiber structure is formed in the areas between the ultrasonic membrane elements.
  • the technical advantage can be achieved that a high level of flexibility of the cover plate in the areas between the ultrasonic membrane elements and, associated with this, poor sound transmission within the cover plate between the ultrasonic membrane elements is achieved.
  • the ultrasonic membrane elements are fixed to the cover plate via an adhesive connection.
  • the ultrasonic membrane elements are connected to the cover plate via a molding process, in particular a resin transfer molding process such as resin transfer molding (RTM) or vacuum assisted resin transfer molding (VARTM).
  • a resin transfer molding process such as resin transfer molding (RTM) or vacuum assisted resin transfer molding (VARTM).
  • the ultrasonic membrane elements are integrated into the cover plate in the same molding process when the fiber composite material of the cover plate is manufactured. This ensures a firm connection to the cover plate and good sound transmission.
  • the fiber structure is designed as a woven, laid, knitted, knitted, braided or nonwoven fabric.
  • a metal layer is arranged on the outer surface of the cover plate.
  • the technical advantage can be achieved that an increased load capacity of the sensor is possible.
  • the metal layer enables improved paintability of the sensor. This allows the sensor to be better integrated into a vehicle body.
  • the shielding against electromagnetic interference can be improved.
  • the cover plate is fixed to the housing with an adhesive connection.
  • FIG. 1 is a schematic exploded view of an ultrasonic array sensor from the prior art
  • FIG. 2 is a schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 4 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 6 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 7 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 8 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 9 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 10 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • 11 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • 12 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 13 shows a schematic top view of an ultrasonic array sensor according to an embodiment
  • FIG. 14 shows a further schematic top view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment
  • FIG. 15 shows a further schematic top view of an ultrasonic array sensor according to a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic exploded view of an ultrasonic array sensor 100A from the prior art.
  • the ultrasonic array sensor 100A includes a housing 103A and a cover plate 105A.
  • the cover plate 105A has four square-shaped recesses into which the ultrasonic membrane elements 101A are embedded.
  • the recesses are each designed as funnel-shaped depressions 106A.
  • the cover plate 105A has a characteristic structure due to the funnel-shaped depressions 106A. This makes it more difficult to paint the cover plate 105A and prevents the ultrasonic array sensor 100A from being installed, for example, in the body of a vehicle.
  • the beveled edge regions of the funnel-shaped depressions 106A represent reflection surfaces for the ultrasound signals of the ultrasound membrane elements 101A.
  • the reflection surfaces or the reflections of the ultrasound signals ensure poorer signal quality and a poorer directivity of the sound radiation or reception and thus worsen the performance of the ultrasound -Array sensor 100A.
  • the ultrasonic array sensor 100 comprises at least two ultrasonic membrane elements 101, a housing 103 and a cover plate 105.
  • the cover plate 105 is fixed to the housing 103 in a transmitting/receiving side 106 of the ultrasonic array sensor 100.
  • the cover plate 105 contacts the ultrasonic membrane elements 101.
  • the ultrasonic array sensor 100 further comprises an inner MEMS sensor structure 117, which is designed, for example, as a piezo element and is set up to generate or detect ultrasonic signals.
  • the cover plate 105 extends over the entire transmitting/receiving side 106 of the ultrasonic array sensor 100.
  • the cover plate 105 has a flat outer surface 107.
  • the outer surface 107 has no recesses or funnel-shaped depressions, but is designed as a flat surface without any structure.
  • the design as a flat surface makes it easier to paint the cover plate 105 and the ultrasonic array sensor 100 can be unobtrusively integrated into a vehicle body.
  • the cover plate 105 has no structuring and, as a result, no reflection surfaces, so that undisturbed transmission or reception of ultrasound signals is possible.
  • the cover plate 105 has a higher rigidity in areas 109 in which the cover plate 105 contacts the ultrasonic membrane elements 101 than in areas 111 between the ultrasonic membrane elements 101. Due to the lower rigidity in the areas 111 between the ultrasonic membrane elements 101, a sound conductivity of Cover plate 105 reduced in these areas 111. This can ensure that transmission of ultrasound signals via the cover plate 105 between the at least two ultrasound membrane elements 101 is avoided or at least reduced. In this way, signal contamination of the individual ultrasonic signals emitted or received by the ultrasonic membrane elements 101 can be prevented. With the common cover plate 105, which contacts and covers the various ultrasonic membrane elements 101, each individual ultrasonic membrane element 101 operated independently of the other ultrasonic membrane elements 101. Due to the lower rigidity of the areas 111 between the ultrasonic membrane elements 101, the signal contamination of the ultrasonic signals of one ultrasonic membrane element 101 by ultrasonic signals of another ultrasonic membrane element 101 can be reduced to a third.
  • the higher rigidity in the areas 109 contacting the ultrasonic membrane elements 101 is realized by a fiber structure 115 of a fiber composite of the cover plate 105.
  • the fiber structure 115 is designed as a multi-layer fiber structure 115 and comprises several layers of the fiber material.
  • the layers can be designed, for example, as woven fabrics, scrims, knitted fabrics, knitted fabrics, braids or non-woven fabrics.
  • the fiber material can include, for example, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, basalt fiber, UHMWPE fibers (ultra-high molecular weight polyethylene), LCP fibers (liquid crystal polymer) or flax fibers.
  • the fiber composite of the cover plate 105 can thus be designed as a plastic fiber composite in which the fiber structure 115 is integrated in a synthetic resin material.
  • the cover plate 105 can be manufactured, for example, by a molding or casting process, optionally by a resin transform molding (RTM) process or a vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) process.
  • RTM resin transform molding
  • VARTM vacuum assisted resin transfer molding
  • a fiber structure 115 is also formed in the edge regions 113 of the cover plate 105, in which the cover plate 105 adjoins the housing 103.
  • no fiber structure 115 is formed in the embodiment shown. Due to the lack of fiber structure 115 in the areas 111, 112, these have reduced rigidity and, associated with this, reduced sound conductivity compared to the areas 109, 113. Due to the reduced rigidity in the areas 112, sound transmission of the ultrasound signals from the ultrasonic membrane elements 101 via the cover plate 105 from the areas 109 into the edge areas 113 and thus into the housing 103 can be avoided or reduced.
  • the fiber structures 115 are formed in the areas 109, 113 over an entire thickness 129 of the cover plate 105.
  • the ultrasonic membrane elements 101 are connected to the inner MEMS sensor structure 117 via an adhesive connection 121.
  • the cover plate 105 is connected to the housing 103 via a further adhesive connection 119.
  • the ultrasonic membrane elements 101 are at least partially integrated into the cover plate 105.
  • the ultrasonic membrane elements 101 can be processed in a common mold in the above-mentioned injection molding or molding process and thus at least partially integrated into the cover plate 105 and connected to it.
  • the ultrasonic membrane elements 101 can be made of metal.
  • FIG 3 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the embodiment in FIG. 3 is based on the embodiment in FIG. 2.
  • the embodiment in FIG. A taper of the cover plate 105 and, associated with this, a reduction in the rigidity of the cover plate 105 in the areas 111, 112 are achieved via the recesses 123.
  • the sound transmission in the areas 111, 112 within the cover plate 105 can be further reduced by the recesses 123.
  • FIG. 4 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the embodiment shown in FIG. 4 is based on the embodiment in FIG. 1. Deviating from this, the embodiment shown in FIG. 4 has the Outer surface 107 has a metal layer 125.
  • the metal layer 125 further improves the paintability of the cover plate 105 and, associated with this, the ability to integrate the ultrasonic array sensor 100 into a vehicle body. In addition, the shielding against electromagnetic interference can be improved.
  • the metal layer 125 may be applied to the cover plate 105 by, for example, a metal deposition process, a metal plating process, a thermal evaporation process, or a sputtering process. Alternatively, it is possible to integrate a metal foil as part of the Resin Transform Molding (RTM) process.
  • a thickness of the metal layer 125 may be in a nanometer or micrometer range.
  • FIG. 5 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • FIG. 5 The embodiment in FIG. 5 is based on the embodiment in FIG. 1. In contrast to this, in the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the embodiment in Fig. 6 is a combination of the embodiments in Fig. 3 and Fig. 5.
  • FIG. 7 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the embodiment shown in FIG. 7 is based on the embodiment in FIG. 1.
  • the embodiment in FIG. 7 also has a fiber structure 115 in the areas 111, 112.
  • the fiber structure 115 in the areas 111, 112 is not formed over the entire thickness 129 of the cover plate 105.
  • the fiber structure 115 in the areas 111, 112, however, is limited to one of the outer surfaces 107 Cover plate 105 adjacent area and in the embodiment shown is only half the thickness 129 of cover plate 105.
  • FIG. 8 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • Fig. 8 is a combination of the embodiments in Fig. 5 and Fig. 7.
  • FIG. 9 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • Fig. 9 is based on the embodiment in Fig. 1.
  • the cover plate 105 in the embodiment shown has a fiber structure 115 in the areas 111, 112.
  • the fiber structure 115 in the areas 111, 112 extends over the entire thickness 129 of the cover plate 105.
  • the multi-layer fiber structure 115 in the areas 111, 112 has a smaller number of layers of the fiber material than in the areas 109, 113, in which the stiffness of the cover plate 105 is increased by the fiber composite compared to the stiffness in the areas 111, 112.
  • FIG. 10 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • FIG. 10 is based on a combination of the embodiments in FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 11 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the fiber structure 115 has a reduced number of layers of the fiber material in the areas 111, 112. Due to the reduced number of layers, the rigidity of the areas 111, 112 can be further reduced compared to the areas 109, 113 of the cover plate 105. This further reduces one Sound conductivity between the areas 109 or between the areas 109 and 113, which means that the individual ultrasonic membrane elements 101 can be operated individually and without interference from one another.
  • FIG. 12 shows a further schematic side sectional view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the cover plate 105 has an edge projection 131.
  • the edge projection 131 is arranged in a designated edge recess 133 in the housing.
  • the edge projection 131 enables a connection to the housing outside the area of the outer surface 107. This is advantageous for a uniform design of the outer surface 107, e.g. B. when painting, and enables better sealing against moisture.
  • FIG. 13 shows a schematic top view of an ultrasonic array sensor 100 according to an embodiment.
  • the embodiment shown is based on the embodiment in FIG. 1.
  • the ultrasonic array sensor 100 has four square-shaped ultrasonic membrane elements 101 in the embodiment shown.
  • the areas 109 of the cover plate 105 with fiber structure 115 also have square shapes corresponding to the shapes of the ultrasonic membrane elements 101.
  • No fiber structure 115 is formed in the areas 111 between the ultrasonic membrane elements 101 and in the areas 112 between the ultrasonic membrane elements 101 and the edge areas 113 of the cover plate 105.
  • the areas 111, 112 are designed as a square frame around the areas 109 in the embodiment shown.
  • the edge regions 113 also have a fiber structure 115 in accordance with the embodiment in FIG. 1.
  • FIG. 14 shows a further schematic top view of an ultrasonic array sensor 100 according to a further embodiment.
  • the embodiment in FIG. 13 is based on the embodiment in FIG the areas 109 are embedded.
  • the areas 111, 112 also have no fiber structure 115, as in FIG. 13.
  • the complete cover plate 105 has a fiber structure 115. Only in the areas 109, which directly contact the square ultrasonic membrane elements 101, is there an increased fiber density compared to the edge areas 113 or the areas 111 between the ultrasonic membrane elements 101, which is indicated by the increased hatching in the areas 109. Due to the increased fiber density, which can be achieved, for example, by a higher number of layers of the multi-layer fiber structure 115, the areas 109 have a higher rigidity than other areas of the cover plate 105.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Array-Sensor (100) mit wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen (101) zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen und einem Gehäuse (103) mit einer Abdeckplatte (105), wobei die Abdeckplatte (105) an einer Sende-Empfangsseite des Ultraschall-Array-Sensors (100) angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte (105) die wenigstens zwei Ultraschallmembranelemente (101) kontaktiert und vollständig abdeckt, wobei die Abdeckplatte (105) eingerichtet ist, eine Übertragung von ausgesendeten und/oder empfangenen Ultraschallsignalen von und/oder zu den Ultraschallmembranelementen (101) zu bewirken, und wobei eine Außenfläche (107) der Abdeckplatte (105) als eine plane Fläche ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ultraschall-Array-Sensor
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Array-Sensor. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Ultraschall-Array-Sensor für den Fahrzeugbau.
Stand der Technik
Für die Abstandsbestimmung und Umfeldsensierung werden im Automobilbau und anderen Industrieanwendungen Ultraschallsensoren verwendet. Die Ultraschallsensoren aus dem Stand der Technik arbeiten hierbei nach dem Puls- Echo-Prinzip, bei dem eine Laufzeitmessung zwischen Aussenden und Empfangen von Ultraschall-Pulsen vorgenommen wird. Für eine erhöhte Leistungsfähigkeit der Sensoren sind Ultraschall-Array-Sensoren bekannt, die jeweils eine Mehrzahl verschiedener Ultraschallmembranelemente für individuelle Puls-Echo- Messungen umfassen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschall-Array-Sensor bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Ultraschall-Array-Sensor des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschall-Array-Sensor mit wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen und einem Gehäuse mit einer Abdeckplatte bereitgestellt, wobei die Abdeckplatte an einer Sende-Empfangsseite des Ultraschall-Array- Sensors angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte die wenigstens zwei Ultraschallmembranelemente kontaktiert und vollständig abdeckt, wobei die Abdeckplatte eingerichtet ist, eine Übertragung von ausgesendeten und/oder empfangenen Ultraschallsignalen von und/oder zu den Ultraschallmembranelementen zu bewirken, und wobei eine Außenfläche der Abdeckplatte als eine plane Fläche ausgebildet ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbesserter Ult- raschall-Array-Sensor mit einer Mehrzahl von Ultraschallmembranelementen bereitgestellt werden kann. Durch die plane Oberfläche der Abdeckplatte kann eine ungestörte Abstrahlung der Ultraschallsignale der Ultraschallmembranelemente erreicht werden. Erhebungen und/oder Vertiefungen einer nicht-planen Abdeckplatte führen hingegen zu Reflexionseffekten der abgestrahlten oder empfangenen Ultraschallsignale. Derartige Reflexionen der Ultraschallsignale führen zu Störeffekten der Ultraschallsignale, insbesondere zu unerwünschten Veränderungen im Zeitsignal und in der Richtwirkung der Schallabstrahlung bzw. des Schallempfangs und damit letztendlich zu gestörten oder fehlerhaften Messungen bzw. Messergebnissen des Ultraschall-Array-Sensors.
Nach einer Ausführungsform weist die Abdeckplatte in die Ultraschallmembranelemente kontaktierenden Bereichen eine höhere Steifigkeit auf als in Bereichen zwischen den wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die verringerte Steifigkeit der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen die Schallübertragung in der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen reduziert ist. Hierdurch kann verhindert werden, dass Ultraschallsignale über die Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen übertragen werden und die Messungen der Ultraschallmembranelemente hierdurch gestört werden. Trotz der gemeinsamen Abdeckplatte können die Ultraschallmembranelemente als eigenständige Sensorelemente ungestört von dem jeweils anderen Ultraschallmembranelement betrieben werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Abdeckplatte einen Faserverbundstoff, wobei die Abdeckplatte in den die Ultraschallmembranelemente kontaktierenden Bereichen eine höhere Faserdichte einer Faserstruktur des Faserverbundstoffs aufweist als in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine einfache Fertigung der Abdeckplatte ermöglicht ist. Über die geringere Faserdichte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen ist die Steifigkeit in diesen Bereichen herabgesetzt. Hierdurch ist die Schallübertragung in der Abdeckplatte zwischen den an die Ultraschallmembranelemente angrenzenden Bereichen reduziert. Dies ermöglicht eine Individualisierung der wenigstens zwei Ultraschallmembranelemente, sodass jedes Ultraschallmembranelement unabhängig von dem jeweils anderen Element betrieben werden kann.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Faserverbundstoff eine mehrlagige Faserstruktur, wobei in den die Ultraschallmembranelemente kontaktierenden Bereichen eine Anzahl der Lagen der mehrlagigen Faserstruktur größer ist als in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine hohe Flexibilität der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen und damit verbunden eine schlechte Schallübertragung innerhalb der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen bewirkt wird. Durch die geringere Anzahl von Lagen der Faserstruktur ist in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen die Steifigkeit der Abdeckplatte verringert.
Nach einer Ausführungsform sind die Lagen der mehrlagigen Faserstruktur über eine gesamte Dicke der Abdeckplatte ausgebildet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine hohe Flexibilität der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen und damit verbunden eine schlechte Schallübertragung innerhalb der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen bewirkt wird. Hierzu sind in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen eine geringere Anzahl von Lagen der Faserstruktur angeordnet. Nach einer Ausführungsform sind die Lagen der mehrlagigen Faserstruktur in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen nur über einen Teil der Dicke der Abdeckplatte angeordnet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine hohe Flexibilität der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen und damit verbunden eine schlechte Schallübertragung innerhalb der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen bewirkt wird.
Nach einer Ausführungsform weist die Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen an einer Innenfläche der Abdeckplatte Ausnehmungen zur Materialverjüngung auf.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine hohe Flexibilität der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen und damit verbunden eine schlechte Schallübertragung innerhalb der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen bewirkt wird.
Nach einer Ausführungsform ist in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen keine Faserstruktur ausgebildet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine hohe Flexibilität der Abdeckplatte in den Bereichen zwischen den Ultraschallmembranelementen und damit verbunden eine schlechte Schallübertragung innerhalb der Abdeckplatte zwischen den Ultraschallmembranelementen bewirkt wird.
Nach einer Ausführungsform sind die Ultraschallmembranelemente über eine Klebstoffverbindung an der Abdeckplatte fixiert.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine feste Anbindung der Ultraschallmembranelemente an die Abdeckplatte und eine gute Schallübertragung zwischen den Ultraschallmembranelementen und der Abdeckplatte erreicht wird. Nach einer Ausführungsform sind die Ultraschallmembranelemente über einen Formgebungsprozess, insbesondere einen Harz-Transfer-Formgebungs-Prozess wie Resin transfer molding (RTM) oder Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), mit der Abdeckplatte verbunden.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine vereinfachte Fertigung ermöglicht ist. Die Ultraschallmembranelemente werden hierbei bei Fertigung des Faserverbundstoffs der Abdeckplatte im jeweiligen gleichen Formprozess in die Abdeckplatte integriert. Hierdurch ist eine feste Anbindung an die Abdeckplatte und eine gute Schallübertragung erreicht.
Nach einer Ausführungsform ist die Faserstruktur als ein Gewebe, Gelege, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Vliesstoff ausgebildet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine leichte und leistungsstarke Faserstruktur bereitgestellt werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist an der Außenfläche der Abdeckplatte eine Metallschicht angeordnet.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine erhöhte Belastbarkeit des Sensors ermöglicht ist. Insbesondere bei einem Einsatz im Automobilbau ermöglicht die Metallschicht eine verbesserte Lackierbarkeit des Sensors. Hierdurch kann der Sensor besser in eine Fahrzeugkarosserie integriert werden. Zusätzlich kann die Abschirmung gegen elektromagnetische Störstrahlung verbessert werden.
Nach einer Ausführungsform ist die Abdeckplatte mit einer Klebstoffverbindung am Gehäuse fixiert.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass die Abdeckplatte gesichert am Gehäuse fixiert ist. Über die Fixierung ist eine optimale Schallübertragung von den Ultraschallmembranelementen über die Abdeckplatte an die Umgebung des Sensors ermöglicht. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Ultraschall-Array- Sensors aus dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Array- Sensors gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 5 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 6 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 7 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 8 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 9 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 10 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 11 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform; Fig. 12 eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 13 eine schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sensors gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 14 eine weitere schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sen- sors gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
Fig. 15 eine weitere schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sen- sors gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines Ultraschall-Array- Sensors 100A aus dem Stand der Technik.
In Fig. 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Ultraschall-Array-Sensor 100A dargestellt. Der Ultraschall-Array-Sensor 100A umfasst ein Gehäuse 103A und eine Abdeckplatte 105A. In der Abdeckplatte 105A sind vier quadratische Ultraschallmembranelemente 101A dargestellt, die in die Abdeckplatte 105A eingelassen sind. Die Abdeckplatte 105A weist hierzu vier quadratisch-förmige Ausnehmungen auf, in die die Ultraschallmembranelemente 101A eingelassen sind. Die Ausnehmungen sind jeweils als trichterförmige Vertiefungen 106A ausgebildet. Durch die trichterförmigen Vertiefungen 106A weist die Abdeckplatte 105A eine charakteristische Strukturierung auf. Dies erschwert eine Lackierung der Abdeckplatte 105A und verhindert einen Einbau des Ultraschall-Array-Sensors 100A beispielsweise in einer Karosserie eines Fahrzeugs. Darüber hinaus stellen die abgeschrägten Randbereiche der trichterförmigen Vertiefungen 106A Reflexionsflächen für die Ultraschallsignale der Ultraschallmembranelemente 101A dar. Die Reflexionsflächen bzw. die Reflexionen der Ultraschallsignale sorgen hierbei für eine schlechtere Signalqualität sowie eine schlechtere Richtwirkung der Schallabstrahlung bzw. des Schallempfangs und verschlechtern damit die Performance des Ultraschall-Array-Sensors 100A.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Array-Sen- sors 100 gemäß einer Ausführungsform. Erfindungsgemäß umfasst der Ultraschall-Array-Sensor 100 wenigstens zwei Ultraschallmembranelemente 101 , ein Gehäuse 103 und eine Abdeckplatte 105. Die Abdeckplatte 105 ist in einer Sende-/Empfangsseite 106 des Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 am Gehäuse 103 fixiert. Die Abdeckplatte 105 kontaktiert hierbei die Ultraschallmembranelemente 101. Der Ultraschall-Array-Sensor 100 umfasst ferner eine innere MEMS-Sensorstruktur 117, die beispielsweise als ein Piezoelement ausgebildet ist und eingerichtet ist, Ultraschallsignale zu erzeugen bzw. zu detektieren.
Erfindungsgemäß erstreckt sich die Abdeckplatte 105 über die gesamte Sende-/Empfangsseite 106 des Ultraschall-Array-Sensors 100. Die Abdeckplatte 105 weist hierbei eine plane Außenfläche 107 auf. Die Außenfläche 107 weist im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Stand der Technik keine Ausnehmungen bzw. trichterförmigen Vertiefungen auf, sondern ist strukturlos als plane Oberfläche ausgebildet. Durch die Ausbildung als plane Oberfläche ist eine Lackierbarkeit der Abdeckplatte 105 erleichtert und der Ultraschall-Array-Sensor 100 kann unauffällig in eine Fahrzeugkarosserie integriert werden. Darüber hinaus weist die Abdeckplatte 105 keinerlei Strukturierungen und damit verbunden keine Reflexionsflächen auf, sodass ein ungestörtes Aussenden bzw. Empfangen von Ultraschallsignalen ermöglicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Abdeckplatte 105 in Bereichen 109, in denen die Abdeckplatte 105 die Ultraschallmembranelemente 101 kontaktiert, eine höhere Steifigkeit auf als in Bereichen 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101. Durch die geringere Steifigkeit in den Bereichen 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 ist eine Schallleitfähigkeit der Abdeckplatte 105 in diesen Bereichen 111 herabgesetzt. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Übertragung von Ultraschallsignalen über die Abdeckplatte 105 zwischen den wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen 101 vermieden oder wenigstens herabgesetzt ist. Hierdurch kann eine Signalverunreinigung der einzelnen durch die Ultraschallmembranelemente 101 ausgesendeten bzw. empfangenen Ultraschallsignale verhindert werden. Mit der gemeinsamen Abdeckplatte 105, die die verschiedenen Ultraschallmembranelemente 101 kontaktiert und abdeckt, kann jedes einzelne Ultraschallmembranelement 101 unabhängig von den anderen Ultraschallmembranelementen 101 betrieben werden. Durch die geringere Steifigkeit der Bereiche 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 kann die Signalverunreinigung der Ultraschallsignale eines Ultraschallmembranelements 101 durch Ultraschallsignale eines weiteren Ultraschallmembranelements 101 auf ein Drittel reduziert werden.
Gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die höhere Steifigkeit in den die Ultraschallmembranelemente 101 kontaktierenden Bereichen 109 durch eine Faserstruktur 115 eines Faserverbundstoffs der Abdeckplatte 105 realisiert. Die Faserstruktur 115 ist hierbei als eine mehrlagige Faserstruktur 115 ausgebildet und umfasst mehrere Lagen des Faserstoffs. Die Lagen können beispielsweise als Gewebe, Gelege, Gewirke, Gestrick, Geflecht oder Fließstoff ausgebildet sein. Der Faserstoff kann beispielsweise Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser, Basaltfaser, UHMWPE-Fasern (ultra-high molecular weight polyethylene), LCP-Fa- sern (liquid crystal polymer) oder Flachsfasern umfassen. Der Faserverbundstoff der Abdeckplatte 105 kann somit als ein Kunststofffaserverbundstoff ausgebildet sein, in dem die Faserstruktur 115 in einem Kunstharzmaterial integriert ist. Die Abdeckplatte 105 kann beispielsweise durch ein Formungs- oder Gießverfahren, gegebenenfalls durch ein Resin-Transform-Molding (RTM)-Verfahren oder ein oder Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM)-Verfahren gefertigt sein.
In der gezeigten Ausführungsform ist in den Randbereichen 113 der Abdeckplatte 105, in denen die Abdeckplatte 105 an das Gehäuse 103 angrenzt, ebenfalls eine Faserstruktur 115 ausgebildet. In den Bereichen 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 und in den Bereichen 112 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 und den Randbereichen 113 ist in der gezeigten Ausführungsform keine Faserstruktur 115 ausgebildet. Durch die fehlende Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 weisen diese im Vergleich zu den Bereichen 109, 113 eine verringerte Steifigkeit und damit verbunden eine verringerte Schallleitfähigkeit auf. Durch die verringerte Steifigkeit in den Bereichen 112 kann ferner eine Schallübertragung der Ultraschallsignale der Ultraschallmembranelemente 101 über die Abdeckplatte 105 von den Bereichen 109 in die Randbereiche 113 und damit in das Gehäuse 103 vermieden bzw. verringert werden. In der gezeigten Ausführungsform sind in den Bereichen 109, 113 die Faserstrukturen 115 über eine gesamte Dicke 129 der Abdeckplatte 105 ausgebildet.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Ultraschallmembranelemente 101 über eine Klebstoffverbindung 121 mit der inneren MEMS-Sensorstruktur 117 verbunden. Die Abdeckplatte 105 ist über eine weitere Klebstoffverbindung 119 mit dem Gehäuse 103 verbunden.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Ultraschallmembranelemente 101 wenigstens teilweise in die Abdeckplatte 105 integriert. Hierzu können die Ultraschallmembranelemente 101 in dem oben genannten Spritzguss- bzw. Formungsverfahren in einer gemeinsamen Form verarbeitet und somit in die Abdeckplatte 105 wenigstens teilweise integriert und mit dieser verbunden werden.
Die Ultraschallmembranelemente 101 können aus Metall gefertigt sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in Fig. 3 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 2. Abweichend zu der Ausführungsform in Fig. 2 weist die Ausführungsform in Fig. 3 an einer Innenfläche 108 der Abdeckplatte 105 in den Bereichen 111 , 112 Ausnehmungen 123 auf. Über die Ausnehmungen 123 ist eine Verjüngung der Abdeckplatte 105 und damit verbunden eine Verringerung der Steifigkeit der Abdeckplatte 105 in den Bereichen 111 , 112 erreicht. Die Schallübertragung in den Bereichen 111 , 112 innerhalb der Abdeckplatte 105 kann durch die Ausnehmungen 123 weiter verringert werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in Fig. 1 . Abweichend hierzu weist die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform an der Außenfläche 107 eine Metallschicht 125 auf. Über die Metallschicht 125 ist die Lackierbarkeit der Abdeckplatte 105 und damit verbunden die Integrierbarkeit des Ultraschall-Array-Sensors 100 in eine Fahrzeugkarosserie weiter verbessert. Zusätzlich kann die Abschirmung gegen elektromagnetische Störstrahlung verbessert werden. Die Metallschicht 125 kann beispielsweise durch ein Metallabscheidungsverfahren, eine Metallplattierung, ein thermisches Verdampfen oder ein Sputter-Verfahren auf die Abdeckplatte 105 aufgebracht werden. Alternativ ist eine Integration einer Metallfolie im Rahmen des Resin Transform Molding (RTM) Verfahrens möglich. Eine Dicke der Metallschicht 125 kann in einem Nanometeroder Mikrometerbereich angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in Fig. 5 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 1. Abweichend hierzu sind in der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform die Ultraschallmembranelemente 101 über eine Klebstoffverbindung 127 an der Innenfläche 108 mit der Abdeckplatte 105 verbunden.
Fig. 6 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in Fig. 6 ist eine Kombination der Ausführungsformen in Fig. 3 und Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in Fig. 1. Abweichend hierzu weist die Ausführungsform in Fig. 7 in den Bereichen 111, 112 ebenfalls eine Faserstruktur 115 auf. Die Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 ist in der gezeigten Ausführungsform jedoch nicht über die gesamte Dicke 129 der Abdeckplatte 105 ausgebildet. Die Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 beschränkt sich hingegen auf einen zur Außenfläche 107 der Abdeckplatte 105 benachbarten Bereich und beträgt in der gezeigten Ausführungsform lediglich die halbe Dicke 129 der Abdeckplatte 105.
Fig. 8 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in Fig. 8 ist eine Kombination der Ausführungsformen in Fig. 5 und Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall-Ar- ray-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 9 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 1 . Abweichend hierzu weist die Abdeckplatte 105 in der gezeigten Ausführungsform in den Bereichen 111 , 112 eine Faserstruktur 115 auf. Die Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 erstreckt sich über die gesamte Dicke 129 der Abdeckplatte 105. Jedoch weist die mehrlagige Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 eine geringere Anzahl von Lagen des Faserstoffs auf als in den Bereichen 109, 113, in denen die Steifigkeit der Abdeckplatte 105 durch den Faserverbundstoff gegenüber der Steifigkeit in den Bereichen 111 , 112 erhöht ist.
Fig. 10 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Ausführungsform in Fig. 10 basiert auf einer Kombination der Ausführungsformen in den Figuren 6 und 7.
Fig. 11 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 11 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 10. In der gezeigten Ausführungsform weist die Faserstruktur 115 in den Bereichen 111 , 112 eine verringerte Anzahl von Lagen des Faserstoffs auf. Durch die verringerte Anzahl von Lagen kann die Steifigkeit der Bereiche 111 , 112 im Vergleich zu den Bereichen 109, 113 der Abdeckplatte 105 weiter reduziert werden. Dies reduziert weiter eine Schallleitfähigkeit zwischen den Bereichen 109 bzw. zwischen den Bereichen 109 und 113, was bewirkt, dass die einzelnen Ultraschallmembranelemente 101 individuell und störungsfrei voneinander betreibbar sind.
Fig. 12 zeigt eine weitere schematische Seitenschnittansicht eines Ultraschall- Array-Sensors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in Fig. 2. Abweichend zu den Ausführungsformen in den Figuren 2 bis 11 weist die Abdeckplatte 105 einen Randvorsprung 131 auf. Der Randvorsprung 131 ist in einer dafür vorgesehenen Randausnehmung 133 des Gehäuses angeordnet. Der Randvorsprung 131 ermöglicht eine Verbindung mit dem Gehäuse außerhalb des Bereiches der Außenfläche 107. Dies ist vorteilhaft für eine gleichmäßige Gestaltung der Außenfläche 107, z. B. bei Lackierung, und ermöglicht eine besser Abdichtung gegen Feuchtigkeit.
Fig. 13 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sensors 100 gemäß einer Ausführungsform.
Die gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in Fig. 1. Der Ult- raschall-Array-Sensor 100 weist in der gezeigten Ausführungsform vier quadratisch-förmige Ultraschallmembranelemente 101 auf. Die Bereiche 109 der Abdeckplatte 105 mit Faserstruktur 115 weisen ebenfalls den Formen der Ultraschallmembranelemente 101 entsprechende quadratische Formen auf. In den Bereichen 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 und in den Bereichen 112 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 und den Randbereichen 113 der Abdeckplatte 105 ist keine Faserstruktur 115 ausgebildet. Die Bereiche 111 , 112 sind in der gezeigten Ausführungsform als ein quadratischer Rahmen um die Bereiche 109 herum ausgebildet. Die Randbereiche 113 weisen der Ausführungsform in Fig. 1 entsprechend ebenfalls eine Faserstruktur 115 auf.
Fig. 14 zeigt eine weitere schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sen- sors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform in Fig. 13 basiert auf der Ausführungsform in Fig. 13. Abweichend zur Ausführungsform in Fig. 13 sind die Bereiche 111 , 112 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 und den Randbereichen 113 nicht quadratisch und rahmenförmig ausgebildet, sondern bilden eine quadratische Matrix, in der die Bereiche 109 eingelassen sind. Die Bereiche 111 , 112 weisen wie in Fig. 13 ebenfalls keine Faserstruktur 115 auf.
Fig. 15 zeigt eine weitere schematische Draufsicht eines Ultraschall-Array-Sen- sors 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In der gezeigten Ausführungsform weist die komplette Abdeckplatte 105 eine Faserstruktur 115 auf. Lediglich in den Bereichen 109, die unmittelbar die quadratischen Ultraschallmembranelemente 101 kontaktieren, ist gegenüber den Randbereichen 113 bzw. den Bereichen 111 zwischen den Ultraschallmembranelementen 101 eine erhöhte Faserdichte ausgebildet, die durch die erhöhte Schraffur in den Bereichen 109 angedeutet ist. Durch die erhöhte Faserdichte, die beispielsweise durch eine höhere Anzahl von Lagen der mehrlagigen Faserstruktur 115 erreicht werden kann, weisen die Bereiche 109 eine höhere Steifigkeit auf als andere Bereiche der Abdeckplatte 105.
Merkmale der zu den Figuren 2 bis 15 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ultraschall-Array-Sensors 100 können abweichend zu den gezeigten Ausführungsformen beliebig kombiniert werden. Fener können die Anzahl und/oder die Form und/oder die Platzierung der Ultraschallmembranelemente 101 von den gezeigten Ausführungsformen abweichen.

Claims

Ansprüche
1 . Ultraschall-Array-Sensor (100) mit wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen (101) zum Aussenden und Empfangen von Ultraschallsignalen und einem Gehäuse (103) mit einer Abdeckplatte (105), wobei die Abdeckplatte (105) an einer Sende-Empfangsseite des Ultraschall-Array-Sensors (100) angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte (105) die wenigstens zwei Ultraschallmembranelemente (101) kontaktiert und vollständig abdeckt, wobei die Abdeckplatte (105) eingerichtet ist, eine Übertragung von ausgesendeten und/oder empfangenen Ultraschallsignalen von und/oder zu den Ultraschallmembranelementen (101) zu bewirken, und wobei eine Außenfläche (107) der Abdeckplatte (105) als eine plane Fläche ausgebildet ist.
2. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach Anspruch 1 , wobei die Abdeckplatte (105) in die Ultraschallmembranelemente (101) kontaktierenden Bereichen (109) eine höhere Steifigkeit aufweist als in Bereichen (111) zwischen den wenigstens zwei Ultraschallmembranelementen (101).
3. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckplatte (105) einen Faserverbundstoff umfasst, und wobei die Abdeckplatte (105) in den die Ultraschallmembranelemente (101) kontaktierenden Bereichen (109) eine höhere Faserdichte einer Faserstruktur (115) des Faserverbundstoffs aufweist als in den Bereichen (111) zwischen den Ultraschallmembranelementen (101).
4. Ultraschall-Array-Sensor (100) einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Faserverbundstoff eine mehrlagige Faserstruktur (115) umfasst, und wobei in den die Ultraschallmembranelemente (101) kontaktierenden Bereichen (109) eine Anzahl der Lagen der mehrlagigen Faserstruktur (115) größer ist als in den Bereichen (111) zwischen den Ultraschallmembranelementen (101). Ultraschall-Array-Sensor (100) nach Anspruch 4, wobei die Lagen der mehrlagigen Faserstruktur (115) über eine gesamte Dicke (129) der Abdeckplatte (105) ausgebildet sind. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach Anspruch 4, wobei die Lagen der mehrlagigen Faserstruktur (115) in den Bereichen (111) zwischen den Ultraschallmembranelementen (101) nur über einen Teil der Dicke (129) der Abdeckplatte (105) angeordnet sind. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abdeckplatte (105) in den Bereichen (111) zwischen den Ultraschallmembranelementen (101) an einer Innenfläche (108) der Abdeckplatte (105) Ausnehmungen (123) zur Materialverjüngung aufweist. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 3 bis 7, wobei in den Bereichen (111) zwischen den Ultraschallmembranelementen (101) keine Faserstruktur (115) ausgebildet ist. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallmembranelemente (101) über eine Klebstoffverbindung (127) an der Abdeckplatte fixiert sind. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallmembranelemente (101) über einen Formgebungsprozess, insbesondere einen Harz-Transfer-Formgebungs-Prozess RTM, mit der Abdeckplatte (105) verbunden sind. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Faserstruktur (115) als ein Gewebe, Gelege, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Vliesstoff ausgebildet ist. Ultraschall-Array-Sensor (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei an der Außenfläche (107) der Abdeckplatte (105) eine Metallschicht (125) angeordnet ist.
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