WO2006000494A1 - Membrantopf für einen ultraschallwandler - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a diaphragm pot for an ultrasonic transducer according to the preamble of the main claim.
- Ultrasonic sensors are already known, which are used for distance measurement between vehicles and obstacles.
- the sensors have a vibratable membrane, which is generally excited by a piezo element in resonance to a vibration.
- the sound signal generated thereby is emitted by the membrane of the ultrasonic sensor, reflected by an obstacle and collected again by the same or an adjacent ultrasonic sensor. From the runtime, the distance of the sensor to the obstacle can be determined.
- the piezoelectric element is arranged at the bottom of a diaphragm pot, which is e.g.
- the membrane pots are shaped such that they have a natural resonance in the range of the ultrasonic waves used. The resonance is determined by the dimensions and the vibration characteristics of the diaphragm cup, in particular by the layer thickness of the membrane.
- a metal in particular aluminum, or a ceramic material is preferably used. So that the sensors do not attract attention unnecessarily in the vehicle contour and thus the sensors can be protected against environmental influences, it is necessary to provide the sensors with appropriate coatings or paint to provide. Depending on the material, however, these layers can not be applied directly to the membrane pot. A variety of materials either does not sufficiently adhere or affect the sound propagation of the ultrasonic waves harmful. Depending on the layer thickness, the application may also lead to a change in the resonance frequency of the diaphragm cup as a whole, so that the diaphragm can no longer be excited to vibrate.
- An inventive diaphragm pot with the features of the main claim has the advantage that the membrane is provided at least on the outside of the diaphragm pot with a galvanic coating.
- a galvanic coating has the advantage that it combines firmly with the grand material of the diaphragm pot and is also applied in a uniform thickness. As a result, inhomogeneities and thus disturbances of the vibration behavior of the membrane can be prevented. As a result, it is possible to apply thinner, uniform layers compared with coatings.
- FIG. 1 shows a plan view of an open side of a diaphragm pot according to the invention
- FIG. 2 shows a cross section through a diaphragm pot according to the invention
- FIG. 3 shows a perspective view of a diaphragm pot according to the invention.
- the membrane pot according to the invention can be used for any applications.
- a use is advantageous for use in a motor vehicle, since on the one hand a high corrosion resistance to weathering and, e.g. salt must be present, while on the other hand, an acceptable appearance of the sensor is also required.
- the present invention will therefore be explained in the following to a diaphragm pot for use in a motor vehicle ultrasound system.
- the membrane 4 is designed substantially thinner than the walls 3 of the diaphragm pot, so that the sound generated by the piezoelectric element is transmitted only relatively weak as possible to the walls 3 of the diaphragm pot This is a sound transmission, which could interfere with other sensors are prevented.
- the walls 3 of the diaphragm pot 1 are provided with a peripheral groove 6, with which the diaphragm pot 1 can be inserted into a suitable holding unit.
- the membrane surface 4 is not circular, like the outer contour of the diaphragm pot, but has an almost rectangular basic structure.
- the piezoelectric element 5 is not shown in FIG. 1 and is preferably arranged centrally on the membrane 4. In the figure 2, a coating 7 of the diaphragm pot is indicated by a dashed line.
- the diaphragm pot 1 is formed of aluminum.
- a copper layer is first applied by electroplating, which has a thickness of at least 15 microns.
- a bright nickel layer having a thickness of about 10 ⁇ m and then a semi-bright nickel layer having a thickness of 30 ⁇ m are applied.
- These intermediate layers which serve to resist corrosion, are ultimately covered with a chromium coating, which is preferably made microporous.
- the thickness of the chromium coating is preferably 0.25 ⁇ m. Since the coating is carried out galvanically, this coating takes place before a further assembly of the sensor, in particular before an attachment of the piezoelectric element.
- the coated diaphragm pot Due to the stiffness of the deposited materials obtained in such a coating a frequency shift of the coated diaphragm pot against the uncoated diaphragm pot to higher resonance frequencies.
- the coated diaphragm pot therefore no longer has its original resonant frequency, which in one embodiment is 56 KHz, for example.
- the membrane thickness is reduced in such a way that the resonance of the uncleaned diaphragm cup in this case is reduced from 56 KHz to approximately 52 KHz. This ensures that the entire system, ie the coated diaphragm pot again the target frequency of 56 KHz achieved
- the chrome-plated sensor thus has the desired performance in the entire frequency range.
- the diaphragm pot has a diameter of preferably 15 mm
- the diaphragm pot has a height of about 10 mm.
- the membrane thickness is selected in a range of 0.61 to 0.63 mm. Compared to an uncoated sensor, the membrane thickness is reduced by about 1 mm.
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Abstract
Es wird ein Membrantopf für einen Ultraschallwandler mit einem Hohlbereich zum Tragen einer Membran vorgeschlagen, die galvanisch beschichtet ist, bevorzugt mit einer Chrombeschichtung.
Description
- IL ¬
Membrantopf für einen Ultraschallwandler
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Membrantopf für einen Ultraschallwandler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon Ultraschallsensoren bekannt, die zur Abstandsmessung zwischen Fahrzeugen und Hindernissen verwendet werden. Die Sensoren verfügen über eine schwingfähige Membran, die im allgemeinen über ein Piezoelement in Resonanz zu einer Schwingung angeregt wird. Das hierdurch erzeugte Schallsignal wird von der Membran des Ultraschallsensors ausgestrahlt, von einem Hindernis reflektiert und von dem gleichen oder einem benachbarten Ultraschallsensor wieder aufgefangen. Aus der Laufzeit kann der Abstand des Sensors zu dem Hindernis bestimmt werden. Im Allgemeinen ist das Piezoelement am Boden eines Membrantopfes angeordnet, der z.B. im Stoßfänger des Fahrzeugs montiert ist, wobei das Piezoelement mit einer Auswerteelektronik derart verbunden ist, dass die Gesamtheit der Einrichtung den entsprechenden Ultraschallsensor bildet. Damit der von dem Piezoelement erzeugte Schall entsprechend abgestrahlt bzw. auch empfangen werden kann, sind die Membrantöpfe so geformt, dass sie eine Eigenresonanz im Bereich der verwendeten Ultraschallwellen aufweisen. Die Resonanz wird dabei durch die Abmessungen und die Schwingungseigenschaften des Membrantopfes bestimmt, insbesondere durch die Schichtdicke der Membran.
Als Material für die Membrantöpfe wird bevorzugt ein Metall, insbesondere Aluminium, oder ein Keramikmaterial verwendet. Damit die Sensoren nicht unnötig in der Fahrzeugkontur auffallen und damit die Sensoren vor Umwelteinflüssen geschützt werden können, ist es erforderlich, die Sensoren mit entsprechenden Beschichtungen
bzw. Lackierungen zu versehen. Je nach Material können diese Schichten jedoch nicht unmittelbar auf den Membrantopf aufgetragen werden. Eine Vielzahl von Materialien haftet entweder nicht hinreichend oder beeinflusst die Schallausbreitung der Ultraschallwellen schädlich. Je nach Schichtdicke kann die Auftragung auch dazu fuhren, dass die Resonanzfrequenz des Membrantopfes insgesamt verändert wird, so dass die Membran nicht mehr in Resonanz zur Schwingung angeregt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Membrantopf mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat dagegen den Vorteil, dass die Membran zumindest an der Außenseite des Membrantopfes mit einer galvanischen Beschichtung versehen ist. Eine galvanische Beschichtung hat den Vorteil, dass sie sich fest mit dem Grandmaterial des Membrantopfes verbindet und zudem in einer gleichmäßigen Dicke aufgetragen wird. Hierdurch können Inhomogenitäten und damit Störungen des Schwingungsverhaltens der Membran verhindert werden. Gegenüber Lackierungen können hierdurch gegebenenfalls dünnere, gleichmäßige Schichten aufgetragen werden.
Durch die in den Unleransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptansprach angegebenen Membrantopfes möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass auf den Membrantopf eine Chromschicht, insbesondere eine mikroporöse Chromschicht aufgetragen wird. Eine derartige Chromschicht bietet ein gutes optisches Erscheinungsbild des Sensors und kann gegebenenfalls farblich angepasst werden.
Ferner ist es vorteilhaft, vor der Chrombeschichtung Zwischenschichtung aufzubringen, die eine Korrosionsbeständigkeit der Chromschicht erhöhen. Hierzu werden bevorzugt Schichten aufgetragen, die Kupfer und/oder Nickel enthalten, und die ebenfalls bevorzugt galvanisch aufgetragen werden. Hierdurch kann eine elektrochemische Trennung zwischen dem Aluminium und dem Chrom erreicht werden.
Es ist ferner vorteilhaft, den unbeschichteten Membrantopf in seiner Resonanzfrequenz derart zu verändern, dass erst der beschichtete Membrantopf die gewünschte Resonanzfrequenz aufweist. Hierdurch hat ein beschichteter Membrantopf die gleiche
Leistungsfähigkeit im gewünschten Frequenzbereich wie ein bisher üblicher, unbeschichteter Membrantopf.
Ferner ist es vorteilhaft, die einen Hohlbereich des Membrantopfs bildenden Wände des Membrantopfes in einer variablen Dicke auszugestalten, so dass durch die dickeren Wandbereiche ein Membranbereich geformt wird, der somit das Ultraschallsignal in einen gewünschten Richtungsbereich abgibt.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Aufsicht von einer offenen Seite auf einen erfϊndungsgemäßen Membrantopf, Figur 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Membrantopf, Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Membrantopfs.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Der erfindungsgemäße Membrantopf kann für beliebige Anwendungen eingesetzt werden. Insbesondere ist eine Verwendung vorteilhaft für eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug, da hierbei einerseits eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und z.B. auch Streusalz gegeben sein muss, während andererseits ein akzeptables Aussehen des Sensors ebenfalls erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung wird daher im Folgenden an einen Membrantopf für eine Verwendung in einem Ultraschalläbstandssystem für ein Kraftfahrzeug erläutert.
In der Figur 2 ist ein Querschnitt des Membrantopfes 1 dargestellt, wobei ein Hohlbereich 2 von den Wänden 3 des Membrantopfes eingeschlossen wird. Der Membrantopf ist an einer Seite durch die Membran 4 begrenzt, an deren dem Hohlbereich 2 zugewandter Innenseite für den Sende- und Empfangsvorgang des Ultraschallsignals ein Piezoelement 5 eingesetzt wird, das hier lediglich angedeutet wird und das mit einer Auswerteelektronik, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, verbunden wird. Das der Membran 4 gegenüberliegende Ende des Hohlbereichs 2 des Membrantopfes 1 ist offen,
- A -
so dass hier die elektrischen Zuleitungen und/oder die Auswerteelektronik in den Membrantopf eingebracht werden können. Die Membran 4 ist wesentlich dünner ausgeführt, als die Wände 3 des Membrantopfes, so dass der von dem Piezoelement erzeugte Schall möglichst nur verhältnismäßig schwach an die Wände 3 des Membrantopfes weitergeleitet wird Hierdurch soll eine Schallweiterleitung, die andere Sensoren stören könnte, verhindert werden. Zur Halterung in einer geeigneten Einbaueinheit sind die Wände 3 des Membrantopfes 1 mit einer umlaufenden Nut 6 versehen, mit der der Membrantopf 1 in eine geeignete Halteeinheit eingesetzt werden kann. Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, ist die Membranfläche 4 nicht kreisförmig ausgeführt, wie die Außenkontur des Membrantopfes, sondern weist eine nahezu rechteckige Grundstruktur auf. Das Piezoelement 5 ist in der Figur 1 nicht dargestellt und wird bevorzugt zentral auf der Membran 4 angeordnet. In der Figur 2 ist eine Beschichtung 7 des Membrantopfes durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Membrantopf 1 aus Aluminium gebildet. Auf das Aluminium wird zunächst galvanisch eine Kupferschicht aufgebracht, die eine Dicke von mindestens 15 μm aufweist. Hierauf wird, eine Glanznickelschicht mit einer Dicke von etwa 10 um und anschließend eine Halbglanznickelschicht mit einer Dicke von 30 μm aufgetragen. Diese Zwischenschichten, die der Korrosionsbeständigkeit dienen, werden letztlich mit einer Chrombeschichtung abgedeckt, die vorzugsweise mikroporös ausgeführt ist. Die Dicke der Chrombeschichtung beträgt vorzugsweise 0,25 μm. Da die Beschichtung galvanisch durchgeführt wird, erfolgt diese Beschichtung vor einem weiteren Zusammenbau des Sensors, insbesondere vor einem Anbringen des Piezoelements.
Aufgrund der Steifigkeit der abgeschiedenen Materialien erhält man bei einer derartigen Beschichtung einen Frequenzverschub des beschichteten Membrantopfes gegenüber dem unbeschichteten Membrantopf zu höheren Resonanzfrequenzen. Der beschichtete Membrantopf weist daher nicht mehr seine ursprüngliche Resonanzfrequenz auf, die in einer Ausführungsform z.B. 56 KHz beträgt. Um zu erreichen, dass auch der beschichtete Membrantopf eine Resonanz der gewünschten Frequenz aufweist, wird die Schichtdicke der Membran derart vermindert, dass die Resonanz des unbescbichteten Membrantopfes in diesem Fall von 56 KHz auf ca. 52 KHz vermindert wird. Hierdurch wird erreicht, dass das Gesamtsystem, also der beschichtete Membrantopf wieder die Sollfrequenz von 56
KHz erreicht Der verchromte Sensor verfügt damit über die gewünschte Leistungsfähigkeit im gesamten Frequenzbereich.
Während der Membrantopf einen Durchmesser von bevorzugt 15 mm hat, weist der Membrantopf eine Höhe von etwa 10 mm auf. Die Membrandicke wird in einem Bereich von 0,61 bis 0,63 mm gewählt. Gegenüber einem unbeschichteten Sensor wird hierbei die Membrandicke um etwa 1 mm verringert.
Claims
1. Membrantopf für einen Ultraschallwandler mit einer Wandung (3) zum Tragen einer Membran (4), die zu Schwingungen anregbar ist, wobei der Membrantopf (1) zumindest im Bereich der Membran (4) zumindest an der Außenseite des Membrantopfes (1) mit einer galvanischen Beschichtung (7) versehen ist.
2. Membrantopf nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung (7) mindestens eine Chromschicht aufweist.
3. Membrantopf nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupferschicht, eine Glanznickelschicht und/oder einer Halbglanznickelschicht auf dem Membrantopf (1) zum Tragen der Chromschicht galvanisch aufgetragen sind.
4. Membrantopf nach Ansprach 3, gekennzeichnet durch eine auf der Chromschicht angeordnete Lackschicht
5. Membrantopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Membran (4) so gewählt ist, dass der Membraniopf (1) nach einem Aufbringen der galvanischen Schicht (7) eine vorgegebene Resonanzfrequenz aufweist.
6. Membrantopf nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (3) einen Hohlbereich (2) einschließt, wobei die Wandung eine variablen Dicke aufweist.
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