WO2007036528A1 - Anordnung umfassend eine fahrzeugkomponente und zumindest einen elektroakustischen wandler, insbesondere ultraschall-wandler - Google Patents

Anordnung umfassend eine fahrzeugkomponente und zumindest einen elektroakustischen wandler, insbesondere ultraschall-wandler Download PDF

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wall
pot
vehicle component
transducer
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Rudolf Thurn
Peter-Christian Eccardt
Stephan Heinrich
Heinz Herbrik
Karsten Hofmann
Denny SCHÄDLICH
Armin Hollstein
Alexander Von Jena
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Continental Automotive Gmbh
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    • B60R2011/0063—Connection with the vehicle part using adhesive means, e.g. hook and loop fasteners

Definitions

  • Arrangement comprising a vehicle component and at least one electro-acoustic transducer, in particular ultrasonic transducer
  • the invention relates to an arrangement with a vehicle component and at least one electroacoustic transducer, in particular an ultrasonic transducer, which is arranged on an inner side of an outer wall of the vehicle component. Furthermore, the invention also relates to a vehicle with such an arrangement.
  • Modern motor vehicles are formed with parking assistance systems, which generally comprise a plurality of ultrasonic sensors, which are arranged, for example, in front and rear bumpers of the motor vehicle. These bumpers or end plates are provided with recesses into which the sensors are installed.
  • a disadvantage is that these sensors affect the visual impression of the design.
  • the sensors must be painted in the body color, resulting in an increased production cost. The uniform coating and thus the exact color matching is often relatively difficult to realize. Last but not least, damage can also occur due to this open and externally accessible arrangement of the sensors, or a soiling which impairs the functional effect can occur.
  • the electroacoustic transducer comprises a piezoelectric ceramic body, which is fixed by means of an electrically conductive adhesive on this inner side.
  • a disadvantage of this embodiment is that the ultrasonic sensor consists only of a piezoceramic body which, taken alone, has disadvantageous acoustical properties. Above all, the transmission sensitivity and the reception sensitivity for operation as a parking aid are generally too low and the radiation characteristic and the angular distribution of the emitted ultrasonic waves are not adapted to the detection of obstacles.
  • JP-A-123236 Another arrangement of an electroacoustic transducer on an inner side of a vehicle component is known from JP-A-123236.
  • An arrangement according to a first aspect of the invention comprises a vehicle component and at least one electro-acoustic transducer, in particular an ultrasonic transducer, which is arranged on an inner side of an outer wall of the vehicle component.
  • the electroacoustic transducer comprises a pot-like housing in which a piezoelectric ceramic body is arranged, wherein the pot-like housing has a bottom portion, and the bottom portion is fixed to the inside of this outer wall of the vehicle component.
  • the piezoelectric ceramic body is arranged in the interior of the housing at the bottom region, in particular glued there. This allows a positionally stable arrangement of the piezoelectric ceramic body in the pot-like housing. As a result, the operation of the electroacoustic transducer can be positively influenced.
  • the pot-shaped housing is preferably designed as a hollow cylinder and has a hollow cylinder-shaped side wall opening onto the bottom area.
  • the arranged on the bottom portion inside the housing piezoelectric ceramic body is completely surrounded circumferentially in this embodiment of the hollow cylindrical side wall.
  • the hollow cylindrical side wall is preferably formed as a homogeneous closed side wall.
  • the piezoelectric ceramic body is formed as a disc.
  • the composite of the front end of the pot-shaped housing in the form of the bottom portion and the piezoceramic disc essentially forms the vibrating diaphragm of the electroacoustic transducer.
  • the side wall of the pot-like housing may also have thickenings of the wall thickness variations inwards and / or outwards to achieve certain acoustic properties.
  • the housing is therefore not necessarily rotationally symmetric and may for example also have an oval or elliptical shape.
  • the cup-shaped housing is advantageously formed open on the side facing away from the bottom region. Preferably, this housing is open in this end over the entire cross section.
  • the interior of the cup-shaped housing is preferably at least partially filled with a material. It may be provided that the interior of the cup-shaped housing is filled with casting resin or a foam. Electrical signal lines for contacting the piezoelectric ceramic body can be guided into the interior of the housing and, in particular, integrated into the material which is filled in this interior space.
  • the bottom portion preferably has a smaller thickness than the thickness of the side wall of the pot-like housing.
  • the wall thickness of this side wall is thus greater than that of the floor area. This also allows not only the mechanical stability but also the acoustic coupling to be optimized.
  • the bottom area lies with its outside in an advantageous manner over the entire surface on the inside of the outer wall of the vehicle component.
  • the attachment and the acoustic coupling is done very well.
  • the electroacoustic transducer may be permanently attached to the inside of the outer wall of the vehicle component. It may be provided that the electroacoustic transducer is permanently attached by means of an adhesive layer. As an adhesive, for example, silicone adhesive or polyurethane adhesive can be used. Preferably, the permanent attachment is realized by means of an epoxy adhesive. As a result, a particularly good attachment on the one hand and a significantly improved sound transmission through the outer wall of the vehicle component can be ensured. It can also be provided that the electroacoustic transducer is detachably arranged on the inside of the outer wall of the vehicle component. Such a configuration can be replaced quickly and relatively little effort in case of a defect of the electro-acoustic transducer.
  • the electroacoustic transducer can be fixed by means of a holding device on the inside of the outer wall.
  • This holding device may also be designed topfpfformig and be designed to receive the electro-acoustic transducer. Again, it may be provided that this holding device has an opening through which the electro-acoustic transducer einschreibbar and positionable.
  • the holding device is preferably elastic at least in some areas, so that both the introduction of the electro-acoustic transducer and the subsequent fixation can be ensured.
  • a holding device and spring elements or the like may be provided.
  • a locking device with locking elements may be formed. Depending on the situation and the location, the best possible configuration for the corresponding arrangement can be used in each case.
  • the holding device can be integrated into the vehicle component in a preferred manner. As a result of this configuration, it is always possible to ensure the positionally accurate and correct arrangement of the electroacoustic transducers. As a result, the assembly can be accelerated. Not least, in this embodiment, it is no longer necessary to attach the holding device in a separate assembly step, whereby the assembly can be performed faster.
  • the holding device is at least partially made of plastic
  • the holding device and at least a portion of the Anlagenkomponen- te, which may also be formed of plastic be implemented as an injection molded part.
  • an elastic coupling layer may be arranged between the bottom region and the inside of the outer wall of the vehicle component. This may preferably be non-adhesive.
  • This coupling layer can be formed, for example, of silicone, silicone gel, vulcanized elastomers or thermoplastic elastomer. Thanks to their elastic material properties, these materials enable a very good fit and thus also a very good acoustic coupling.
  • the holding device which may also be designed as a snap device, the electroacoustic transducer is pressed against the preferably non-adhesive, elastic coupling layer and thus also held on the inside of the outer wall of the termekompo- component.
  • the coupling layer has a thickness between about 0.001 mm and about 3 mm. These values are preferably advantageous with an exemplary diameter of the electroacoustic transducer of about 25 mm.
  • the bottom region of the pot-like housing is fastened detachably to the inside of the outer wall of the vehicle component exclusively by means of a double-sided adhesive acoustic coupling band.
  • An additional holding device is not required in this embodiment.
  • the bottom region or the outside of the bottom region thus sticks to this adhesive band, and on the other hand, the attachment to the inside of the outer wall is guaranteed.
  • a double-sided adhesive tape for example, a VHB type tape of the company 3M may be used. These tapes have a very good sound transmission and also have a very good bond strength with high resistance to relatively extreme environmental influences, such as very high temperature fluctuations on.
  • the thickness of this double-sided adhesive tape is between about 0.001 mm and about 3 mm.
  • the connection can, if necessary by lateral tilting of the transducer z. B. be solved with the aid of a tool again. At this tilt Strong force acting on the adhesive bond lead to the solution of the compound. During normal operation of the ultrasonic sensor, such notch forces can not occur, so that a reliable and permanent attachment is ensured by the adhesive tape.
  • the pot-like housing is preferably designed as a metal housing.
  • any metal or metal alloy can be used.
  • Preferred is an embodiment of aluminum, in particular die-cast aluminum. This ensures sufficient mechanical stability with relatively low weight.
  • the vibrating diaphragm of the electroacoustic transducer can be optimally designed.
  • An arrangement according to a second aspect of the invention comprises a vehicle component and at least one electroacoustic transducer, in particular an ultrasonic transducer, which is arranged on an inner side of an outer wall of the vehicle component.
  • the electroacoustic transducer is detachably arranged on the inside of the outer wall of the vehicle component and between the electro-acoustic transducer and the inside an acoustic coupling element is arranged.
  • the electroacoustic transducer by means of a holding device on the inside of the outer wall can be fastened. It can be provided that the holding device is integrated in the vehicle component.
  • a non-adhesive, elastic acoustic coupling layer is preferably arranged between the electroacoustic transducer and the inside of the outer wall. This layer can also be configured to stick at least on one side.
  • the acoustic Coupling layer preferably has a thickness between about 0.001 mm and about 3 mm.
  • the electroacoustic transducer is releasably secured exclusively by means of a double-sided adhesive acoustic coupling tape on the inside of the outer wall of the vehicle component.
  • the thickness of the coupling belt is preferably between about 0.001 mm and about 3 mm.
  • the electroacoustic transducer preferably comprises a pot-like housing, in which a piezoelectric ceramic body is arranged, wherein the pot-like housing has a bottom portion, which is releasably secured to the inside of the outer wall of the vehicle component.
  • the electroacoustic transducer can also be designed in many ways and is not limited to a pot-shaped configuration. In principle, all transducer designs can be provided. For example, so-called ultrasonic layer transducers, as described, for example, in EP 0 425 716 B1, are also included therein.
  • a further aspect of the invention is based on the finding that increasing the wall thickness of the converter pot, in particular in the hollow cylindrical area or supplementing the mechanical support of the converter in the region of the bottom area or the front of the converter, stabilizes this portion of the converter in the corresponding edge zones and thus the excitation of plate vibrations is markedly reduced.
  • the plate vibrations the following should be noted.
  • the ultrasonic transducers are, for example, in housed within the bumper.
  • the difference to the uncovered installation which results in significant differences in the characteristics of the systems, is based on the fact that the plastic material is stimulated by bumpers to undefined vibrations, the so-called plate vibrations.
  • a related solution provides to realize a minimum size of the wall thickness of the pot relative to the inner diameter of the pot in the rear region of the ultrasonic transducer. At the same time, an upper limit of this ratio is given, as from a certain value of this ratio, a further increase in the efficiency is not expected.
  • the ratio of wall thickness of the pot to the inner diameter of the pot is about 0.2 to a maximum of 2.
  • the wall thickness of a distance to the pot wall and externally mounted ring is based on the outer diameter of the pot.
  • the existing ring serves as a damping ring, is flush with the transducer front or the bottom area and is arranged concentrically to the hollow cylindrical part of the transducer parallel to this and has a spacing from the actual pot wall.
  • the spacing is ideally designed as an annular gap.
  • the annular gap has a maximum thickness of 1 mm.
  • the ratio of wall thickness of the damping ring and outer diameter of the pot is about 0.1 to a maximum of 2.
  • An advantageous embodiment provides for the simultaneous use of a reinforced pot wall of a damping ring.
  • Wall thicknesses in the hollow cylindrical region of about 1 to 2 mm are present. These are inventively increased, for example, up to 20 mm or more. This ensures that the transducer at the outer edge has much lower deflections, and thus the excitation of plate vibrations is significantly reduced.
  • the measure of using a damping ring likewise represents a stabilization of the ultrasonic transducer in the edge region and thus weakens the base in the edge region to excite material of a bumper.
  • a concentrically arranged metal ring with described wall thicknesses is preferably made of aluminum, so that also plate vibrations occurring in the plastic material of the bumper are reduced.
  • the intended annular gap between the pot and the damping ring has a maximum thickness of 1 mm and decouples both components from each other. It is essential that pot and damping ring are largely decoupled both in terms of expansions and in terms of time.
  • the intermediate storage of a coupling layer is particularly advantageous since the transducer front can be adapted to the material of, for example, a bumper with respect to different material properties.
  • a motor vehicle is equipped with one of the above-mentioned arrangements or an advantageous embodiment thereof.
  • the electroacoustic transducer may preferably be a Driver assistance system, in particular a parking assistance system to be assigned. Parking aids can also operate more precisely through the arrangements, even when the transducers are rear-mounted.
  • Figure 1 is a sectional view through an arrangement according to a first embodiment
  • Figure 2 is a sectional view through an arrangement according to a second embodiment.
  • FIG 3 shows a sectional view through an arrangement according to a third embodiment.
  • FIG. 4 shows an ultrasound transducer in a sectional view with a substantially enlarged pot wall in the rear region of the converter pot according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows the concentric completion of the ultrasonic transducer by means of an axially decoupled damping ring according to a further embodiment
  • FIG. 6 likewise shows a sectional illustration of an ultrasonic transducer with both reinforced pot wall and with the concentric supplementation by an axially decoupled damping ring according to a further embodiment
  • FIG. 7 shows an ultrasound transducer with a correspondingly thin wall thickness of the pot of the ultrasound transducer from which the ultrasound transducer of FIG. 4 is developed.
  • FIG. 8 shows the angle-dependent emission characteristic of an ultrasonic transducer with increased wall thickness according to FIG. 4,
  • FIG. 9 shows the angle-dependent emission characteristic of an ultrasonic transducer with a damping ring according to FIG. 5.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a bumper 1 which has an outer wall 1a.
  • the outer wall Ia has an outer side Ib, which is directed to the surroundings of the vehicle.
  • the outer wall Ia comprises an inner side Ic, on which an ultrasonic transducer 2 is arranged.
  • the ultrasonic transducer 2 comprises a pot-like housing 2a, which has a U-shape in the cross-sectional view.
  • the pot-like housing 2a is formed of die-cast aluminum and comprises a bottom region 21 and a hollow cylindrical side wall 22.
  • the thickness (expansion in the x direction) of the bottom region 21 is substantially smaller than the thickness (expansion in the y direction) of the hollow cylindrical side wall 22.
  • a piezoelectric ceramic body 23 is glued on an inner side 21a of the bottom region 21, a piezoelectric ceramic body 23 is glued. As can be seen, this piezoelectric ceramic body 23 extends only partially over the entire inner surface of the inner side 21a of the bottom region 21 in the y direction. It can also be provided that the dimensions of this piezoelectric ceramic body 23 are dimensioned such that they are extend over the entire surface of this inner side 21a.
  • the interior of the pot-like housing 2a is filled with a filling compound, which in the exemplary embodiment is a casting resin 24.
  • the cup-shaped housing 2a is designed to be completely open on its side facing away from the bottom region 21, with the hollow-cylindrical side wall 22 extending essentially in a straight line in the x-direction.
  • the ultrasonic transducer 2 is permanently connected to the inside Ic of this outer wall Ia of the bumper 1.
  • an adhesive layer 3 is formed, through which the pot-like housing 2a and thus also the entire ultrasonic transducer 2 is glued with its bottom portion 21 over its entire surface on this inner side Ic.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in which a sectional illustration of the arrangement of the bumper 1 and the ultrasound transducer 2 is likewise shown.
  • the ultrasonic transducer 2 is detachably fastened to the inner side 1c of the outer wall 1a of the bumper 1.
  • the bottom region 21 of the cup-shaped housing 2a is arranged with a double-sided adhesive acoustic coupling tape 4 on the inside Ic. Again, the bottom portion 21 and the outside thereof is glued over the entire surface of the adhesive coupling tape 4 and secured by this over the entire surface of the inside Ic.
  • a cross-sectional view is shown in Figure 3, in which the ultrasonic transducer 2 is held by means of a holding device position stable to the outer wall Ia.
  • headband 11 and 12 are integrally formed with this outer wall Ia.
  • brackets 11 and 12 are formed angled and include retaining lugs IIa and 12a. These bear against the hollow cylinder-shaped side wall 22 and press the ultrasonic transducer 2 against the inside Ic.
  • a non-adhesive, elastic acoustic coupling layer 5 is formed, which in the embodiment is made larger in area than the surface of the outer surface of the bottom region 21.
  • the coupling layer 5 can also be the same size or smaller than the surface area be formed on the outer side of the bottom portion 21.
  • FIGS. 1 to 3 can be used both in a front bumper and in a rear bumper. be arranged ger of a motor vehicle.
  • the ultrasonic transducers 2 are assigned to a driver assistance system, in particular a parking assistance system.
  • the ultrasonic transducers 2 shown are in general independent of the outer wall of the vehicle to which they are to be mounted, can be prepared in advance and tested beforehand.
  • the acoustic properties required for such parking assistance systems are met primarily with regard to sensitivity and emission characteristics. It is particularly advantageous that this is largely independent of the acoustic properties of the outer wall Ia. On this outer wall Ia therefore no special requirements for the ability to vibrate required only the required sound transmission must be given.
  • the wall thickness is formed accordingly.
  • this could be a thin-walled recess formed on this outer wall Ia.
  • the outer wall 1a in the region of attachment of the ultrasonic transducer 2 would be made thinner.
  • the cup-shaped housing 2a is formed substantially larger than the piezoelectric ceramic body 23.
  • the piezoelectric ceramic body 23 is completely surrounded at its exposed surfaces of the mold resin 24, which completely fills the interior of the housing 2a.
  • any other transducer principle may be provided.
  • an electroacoustic layer converter on the inside of the outer wall can be releasably attached.
  • FIGS. 4 to 9 identical or functionally identical elements are given the same reference numerals.
  • Figure 7 shows an ultrasonic transducer, which is partially housed in a recess within a bumper 1.
  • the bumper 1 which is preferably made of plastic
  • a coupling layer 3 is provided which adheres well on the one hand to the bumper 1 and on the other hand to the bottom portion or the transducer front 5.
  • the transducer front 5 has a piezoelectric ceramic body 6 or a piezoceramic 6, which together with the transducer front 5 represents a bending transducer.
  • the ultrasonic transducer itself is next to the transducer front and the piezoceramic of a hollow cylindrical hollow tube, which is closed on one side by the front of the transducer. On the back side, the ultrasonic transducer is filled with a filling compound 7. As a rule, the filling compound 7 does not contact the piezoceramic. Furthermore, in FIG. 7, reference numerals refer to the inner pot diameter 13, the pot outer diameter 14, the pot wall 4, the pot wall thickness 12.
  • FIG. 4 now shows a structure according to FIG. 7, wherein the pot wall thickness 12 has been substantially widened by a wall reinforcement 8.
  • the pot wall 4 thus has a wall thickness which, based on the inner diameter 13 of the cup, is approximately 0.2 to 2 times like this.
  • the coupling layer 3 has an extension which conveys the entire transducer front 5 to the bumper 1 or to the plastic layer 2.
  • Figure 5 shows a sectional view of a concealed built-in ultrasonic transducer according to another embodiment or an alternative solution with a damping ring 11.
  • the coupling layer 3 is in turn extended to the outermost edge of the converter belonging to the damping ring 11.
  • An annular gap 9 as shown in FIG. 1 does not exist in the illustration according to FIG. 5, since the mechanical stability is in the foreground and the distance between the outer circumference of the damping ring 11 and the ultrasonic bending transducer is sufficiently great.
  • the reinforced pot wall 4 is meaningfully calculated by means of a specified factor on the basis of the inner diameter 13 of the pot.
  • the strength 15 of the damping ring 11 is calculated by means of a factor on the basis of the size of the outer diameter 14 of the pot, thus including an enlarged or reinforced pot wall.
  • overall outer dimensions of an ultrasonic transducer can occur, which are substantially above 20 mm.
  • FIG. 6 thus shows an ultrasonic transducer which combines both of the stated solutions.
  • FIGS. 8 and 9 which are set up by means of model calculations, improvements in the uniformity of the angle-dependent sound pressure in the emission behavior of an ultrasonic transducer are obtained.
  • This fact has been confirmed experimentally in measurements with microphones, in particular, the advantage of using a Dampfungsringes recognizable.
  • the achieved reproducibility of the transducer properties with concealed installation has substantially approximated the system properties in the case of uncovered installation.
  • the damping behavior of an ultrasonic transducer according to the invention is confirmed with regard to the plate vibrations.
  • FIG. 8 thus shows the effect of the increased wall thickness
  • FIG. 9 shows the effect of the use of a damping ring on the angular dependence of the sound pressure in the far field.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Fahrzeugkom- ponente (1) und zumindest einem elektroakustischen Wandler, insbesondere Ultraschall-Wandler (2), welcher an einer Innen- seite (1c) einer Außenwand (1a) der Fahrzeugkomponente (1) angeordnet ist, wobei der elektroakustische Wandler (2) ein topfartiges Gehäuse (2a) umfasst, in dem ein piezoelektri- scher Keramikkörper (23) angeordnet ist, wobei das topfartige Gehäuse (2a) einen Bodenbereich (21) aufweist, welcher an der Innenseite (1c) der Außenwand (1a) der Fahrzeugkomponente (1) befestigt ist. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung mit einer Fahrzeugkomponente und einem elektroakustischen Wand- ler, welcher lösbar an der Innenseite (1c) befestigt ist, wo- bei zwischen der Innenseiten (1c) und dem Wandler ein akusti-shen Koppelelement (4, 5) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Anordnung umfassend eine Fahrzeugkomponente und zumindest einen elektroakustischen Wandler, insbesondere Ultraschall- Wandler
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Fahrzeugkomponente und zumindest einem elektroakustischen Wandler, insbesondere einem Ultraschall-Wandler, welcher an einer Innen- seite einer Außenwand der Fahrzeugkomponente angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einer derartigen Anordnung.
Moderne Kraftfahrzeuge sind mit Parkassistenzsystemen ausge- bildet, welche im Allgemeinen eine Mehrzahl an Ultraschallsensoren umfassen, welche beispielsweise in vorderen und hinteren Stoßfängern des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Diese Stoßfänger oder aber auch Abschlussbleche sind dazu mit Aussparungen versehen, in die die Sensoren eingebaut werden. Ein Nachteil liegt darin, dass durch diese Sensoren der optische Eindruck des Designs beeinträchtigt wird. Darüber hinaus müssen die Sensoren in der Wagenfarbe lackiert werden, wodurch ein erhöhter Fertigungsaufwand entsteht. Die gleichmäßige Lackierung und somit die exakte Farbabstimmung ist dabei oft- mals relativ schwierig zu realisieren. Nicht zuletzt kann durch diese offene und von außen zugängliche Anordnung der Sensoren auch eine Beschädigung auftreten oder eine die Funktionswirkung beeinträchtigende Verschmutzung eintreten.
Deshalb gibt es die Bestrebung, die Ultraschall-Wandler verdeckt hinter der Karosserie-Außenwand einzubauen, so dass Aussparungen nicht mehr nötig und die Sensoren von außen unsichtbar sind. Durch den verdeckten Einbau der Ultraschallsensoren sind diese weitgehend vor Beschädigung von außen ge- schützt.
Aus der DE 42 38 924 Al ist der Einbau eines elektroakustischen Wandlers an einer Innenseite einer Außenwand einer Fahrzeugkomponente bekannt. Der elektroakustische Wandler um- fasst einen piezoelektrischen Keramikkörper, welcher mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers auf dieser Innenseite befestigt ist. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist es, dass der Ultraschallsensor lediglich aus einem Piezokeramik- körper besteht, der für sich allein genommen nachteilige a- kustische Eigenschaften hat. Vor allem die Sendeempfindlichkeit und die Empfangsempfindlichkeit für den Betrieb als Einparkhilfe sind im Allgemeinen zu niedrig und die Abstrahlcha- rakteristik sowie die Winkelverteilung der ausgesandten Ultraschallwellen sind nicht an die Erkennung von Hindernissen angepasst. Der in diesem Stand der Technik vorgeschlagene Aufbau erfordert, dass diese Außenwand der Fahrzeugkomponente, an der die Piezokeramik befestigt ist, eine aktive Rolle als Schwingmembran und/oder als Anpassungsschicht an das Ausbreitungsmedium Luft übernimmt, um dadurch die erforderlichen akustischen Eigenschaften für den Betrieb als Einparkhilfe zu erzielen. Allerdings ist es mit den Materialeigenschaften der bekannten Außenwände der Fahrzeuge relativ schwierig, die ge- forderten akustischen Schwingeigenschaften des Verbunds aus Piezokeramik und Fahrzeug-Außenwand zu erzielen.
Eine weitere Anordnung eines elektroakustischen Wandlers an einer Innenseite einer Fahrzeugkomponente ist aus der JPlO- 123236 bekannt.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugkomponente und einen elektroakustischen Wandler in einer Hinterwandmontage so anzuordnen, dass der elektroakustische Wandler aufwandsarm montierbar ist und ein zuverlässiger Betrieb des elektroakustischen Wandlers gewährleistet werden kann .
Diese Aufgabe wird durch Anordnungen, welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 oder 17 aufweisen, sowie ein Kraftfahrzeug, welches die Merkmale nach Patentanspruch 33 aufweist, gelöst . Eine Anordnung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung um- fasst eine Fahrzeugkomponente und zumindest einen elektro- akustischen Wandler, insbesondere einen Ultraschall-Wandler, welcher an einer Innenseite einer Außenwand der Fahrzeugkom- ponente angeordnet ist. Der elektroakustische Wandler umfasst ein topfartiges Gehäuse, in dem ein piezoelektrischer Keramikkörper angeordnet ist, wobei das topfartige Gehäuse einen Bodenbereich aufweist, und der Bodenbereich an der Innenseite dieser Außenwand der Fahrzeugkomponente befestigt ist. Durch diese Anordnung kann einerseits eine Hinterwandbefestigung des elektroakustischen Wandlers gewährleistet werden und durch die explizite Ausgestaltung des elektroakustischen Wandlers ein sicherer und zuverlässiger Betrieb auch bei einer solchen Hinterwandanordnung gewährleistet werden.
Bevorzugt ist der piezoelektrische Keramikkörper im Inneren des Gehäuses an dem Bodenbereich angeordnet, insbesondere dort angeklebt. Dies ermöglicht eine positionsstabile Anordnung des piezoelektrischen Keramikkörpers in dem topfartigen Gehäuse. Dadurch kann auch die Funktionsweise des elektroakustischen Wandlers positiv beeinflusst werden.
Das topfartige Gehäuse ist bevorzugt als Hohlzylinder ausgebildet und weist eine an den Bodenbereich mündende hohlzylin- derförmige Seitenwand auf. Der an den Bodenbereich im Inneren des Gehäuses angeordnete piezoelektrische Keramikkörper ist bei dieser Ausführung von der hohlzylinderförmigen Seitenwand vollständig umlaufend umgeben. Die hohlzylinderförmige Seitenwand ist bevorzugt als homogene geschlossene Seitenwand ausgebildet. Bevorzugt ist der piezoelektrische Keramikkörper als Scheibe ausgebildet. Der Verbund aus dem stirnseitigen Abschluss des topfförmigen Gehäuses in Form des Bodenbereichs und der Piezokeramikscheibe bildet im Wesentlichen die Schwingmembran des elektroakustischen Wandlers. Die Seiten- wand des topfartigen Gehäuses kann zur Erzielung bestimmter akustischer Eigenschaften auch Verdickungen der Wandstärkevariationen nach innen und/oder außen aufweisen. Das Gehäuse ist daher nicht zwangsläufig rotationssymmetrisch und kann beispielsweise auch eine ovale bzw. elliptische Form haben.
Das topfförmige Gehäuse ist in vorteilhafter Weise an der dem Bodenbereich abgewandten Seite offen ausgebildet. Bevorzugt ist dieses Gehäuse in diesem Endbereich über den gesamten Querschnitt offen ausgebildet. Das Innere des topfförmigen Gehäuses ist in bevorzugter Weise zumindest teilweise mit einem Material aufgefüllt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Innere des topfförmigen Gehäuses mit Gießharz oder einem Schaum aufgefüllt ist. Elektrische Signalleitungen zur Kon- taktierung des piezoelektrischen Keramikkörpers können in den Innenraum des Gehäuses geführt sein und insbesondere in das Material, welches in diesen Innenraum gefüllt ist, integriert sein.
Der Bodenbereich weist in bevorzugter Weise eine geringere Dicke auf, als die Dicke der Seitenwand des topfartigen Gehäuses. Die Wandstärke dieser Seitenwand ist somit größer als diejenige des Bodenbereichs. Auch dadurch kann neben der mechanischen Stabilität auch die akustische Kopplung optimiert werden .
Der Bodenbereich liegt mit seiner Außenseite in vorteilhafter Weise vollflächig an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente an. Die Befestigung und die akustische Kopplung erfolgt dadurch besonders gut.
Der elektroakustische Wandler kann unlösbar an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente befestigt sein. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der elektroakustische Wandler mittels einer Klebeschicht unlösbar befestigt ist. Als Kleber können beispielsweise Silikonkleber oder Polyurethankleber verwendet werden. Bevorzugt ist die unlösbare Befestigung mittels eines Epoxidklebers realisiert. Dadurch kann eine besonders gute Anbringung einerseits und eine deutlich verbesserte Schalldurchgängigkeit durch die Außenwand der Fahrzeugkomponente gewährleistet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der elektroakustische Wandler losbar an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente angeordnet ist. Durch eine derartige Ausgestaltung kann bei einem Defekt des elektroakustischen Wandlers dieser schnell und relativ aufwandsarm ausgetauscht werden. Der e- lektroakustische Wandler kann mittels einer Haltevorrichtung an der Innenseite der Außenwand befestigt sein. Diese Haltevorrichtung kann ebenfalls topfformig ausgebildet sein und zur Aufnahme des elektroakustischen Wandlers ausgebildet sein. Auch hier kann vorgesehen sein, dass diese Haltevorrichtung eine Öffnung aufweist, durch welche der elektroakustische Wandler einfuhrbar und positionierbar ist. Die Haltevorrichtung ist in bevorzugter Weise zumindest bereichsweise elastisch ausgebildet, so dass sowohl die Einfuhrung des e- lektroakustischen Wandlers als auch die nachtragliche Fixierung gewahrleistet werden kann. Als Haltevorrichtung können auch Federelemente oder dergleichen vorgesehen sein. Auch eine Rastvorrichtung mit Rastelementen kann ausgebildet sein. Situationsabhangig und ortsabhangig kann dabei jeweils die bestmögliche Ausgestaltung für die entsprechende Anordnung verwendet werden.
Die Haltevorrichtung kann in bevorzugter Weise in die Fahr- zeugkomponente integriert sein. Durch diese Ausgestaltung kann stets die positionsgenaue und richtige Anordnung der e- lektroakustischen Wandler gewahrleistet werden. Dadurch kann auch die Montage beschleunigt werden. Nicht zuletzt ist es bei dieser Ausgestaltung auch nicht mehr erforderlich, die Haltevorrichtung in einem separaten Montageschritt anzubringen, wodurch auch die Montage schneller durchgeführt werden kann. Insbesondere dann, wenn die Haltevorrichtung zumindest teilweise aus Kunststoff ausgebildet ist, kann die Haltevorrichtung und zumindest ein Teilbereich der Fahrzeugkomponen- te, welche ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet sein kann, als Spritzgussteil realisiert sein. Zwischen dem Bodenbereich und der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente kann eine elastische Koppelschicht angeordnet sein. Diese kann bevorzugt nicht-klebend ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass sie zumindest einseitig kleben ausgebildet ist. Diese Koppelschicht kann beispielsweise aus Silikon, Silikongel, vulkanisiertem E- lastomer oder thermoplastischem Elastomer ausgebildet sein. Diese Materialien ermöglichen durch ihre elastischen Werkstoffeigenschaften einen sehr guten Formschluss und dadurch auch eine sehr gute akustische Ankopplung. Mittels der Haltevorrichtung, welche auch als Schnappvorrichtung ausgebildet sein kann, wird der elektroakustische Wandler an die bevorzugt nicht-klebende, elastische Koppelschicht angedrückt und somit auch an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkompo- nente gehalten. Bevorzugt weist die Koppelschicht eine Dicke zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm auf. Diese Werte sind bevorzugt bei einem beispielhaften Durchmesser des elektro- akustischen Wandlers von etwa 25 mm vorteilhaft.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bodenbereich des topfartigen Gehäuses ausschließlich mittels eines doppelseitig klebenden, akustischen Koppelbands an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente lösbar befestigt ist. Eine zusätzliche Haltevorrichtung ist bei dieser Ausgestaltung nicht erforderlich. Einerseits klebt somit der Bodenbereich bzw. die Außenseite des Bodenbereichs an diesem klebenden Band und andererseits ist damit die Befestigung an der Innenseite der Außenwand gewährleistet. Als ein derartiges doppelseitig klebendes Band kann beispielsweise ein Band vom Typ VHB des Un- ternehmens 3M verwendet werden. Diese Klebebänder weisen eine sehr gute Schalldurchlässigkeit auf und weisen zudem eine sehr gute Klebkraft bei hoher Beständigkeit gegenüber relativ extremen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel sehr starken Temperaturschwankungen, auf. Bevorzugt ist die Dicke dieses dop- pelseitig klebenden Bands zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm. Trotz der guten Klebwirkung kann die Verbindung bei Bedarf durch seitliche Kippung des Wandlers z. B. unter Zuhilfenahme eines Werkzeugs wieder gelöst werden. Bei dieser Kip- pung wirken starke Kerbkrafte auf die Klebverbindung, die zur Losung der Verbindung fuhren. Beim normalen Betrieb des Ultraschallsensors können derartige Kerbkrafte nicht auftreten, so dass eine zuverlässige und dauerhafte Befestigung durch das Klebeband sichergestellt ist.
Das topfartige Gehäuse ist bevorzugt als Metallgehause ausgebildet. Prinzipiell kann jedes Metall oder jede Metalllegierung verwendet werden. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung aus Aluminium, insbesondere aus Aluminiumdruckguss . Dies gewahrleistet die ausreichende mechanische Stabilität bei relativ geringem Gewicht. Darüber hinaus kann auch die Schwingmembran des elektroakustischen Wandlers optimal gestaltet werden.
Eine Anordnung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung um- fasst eine Fahrzeugkomponente und zumindest einen elektroakustischen Wandler, insbesondere Ultraschall-Wandler, welcher an einer Innenseite einer Außenwand der Fahrzeugkomponente angeordnet ist. Der elektroakustische Wandler ist los- bar an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente angeordnet und zwischen dem elektroakustischen Wandler und der Innenseite ist ein akustisches Koppelelement angeordnet ist. Neben der einfachen und reversiblen Montage, insbesondere bei einem Austausch des Wandlers, kann die sichere Funkti- on des Wandlers gewahrleistet werden, da eine optimale akustische Übertragung auch bei dieser Hinterwandmontage gewahrleistet werden kann.
Bevorzugt ist der elektroakustische Wandler mittels einer Haltevorrichtung an der Innenseite der Außenwand befestigbar. Es kann vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung in die Fahrzeugkomponente integriert ist.
Zwischen dem elektroakustischen Wandler und der Innenseite der Außenwand ist bevorzugt eine nicht-klebende, elastische akustische Koppelschicht angeordnet. Diese Schicht kann auch zumindest einseitig kleben ausgebildet sein. Die akustische Koppelschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm auf.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der elektroakustische Wandler ausschließlich mittels eines doppelseitig klebenden akustischen Koppelbands an der Innenseite der Außenwand der Fahrzeugkomponente lösbar befestigt ist. Die Dicke des Koppelbands beträgt bevorzugt zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm.
Der elektroakustische Wandler umfasst in bevorzugter Weise ein topfartiges Gehäuse, in dem ein piezoelektrischer Keramikkörper angeordnet ist, wobei das topfartige Gehäuse einen Bodenbereich aufweist, welcher an der Innenseite der Außen- wand der Fahrzeugkomponente lösbar befestigt ist. Die in dem ersten Aspekt der Erfindung genannten vorteilhaften Ausgestaltungen des elektroakustischen Wandlers, insbesondere des topfartigen Gehäuses, sind auch beim zweiten Aspekt der Erfindung als vorteilhafte Ausführungen anzusehen.
Der elektroakustische Wandler kann im zweiten Aspekt der Erfindung jedoch auch in vielfältiger Weise ausgebildet sein und ist nicht auf eine topfförmige Ausgestaltung begrenzt. Prinzipiell können alle Wandlerausführungen vorgesehen sein. Beispielsweise sind auch so genannte Ultraschall- Schichtwandler, wie sie beispielsweise in der EP 0 425 716 Bl beschrieben sind, damit umfasst.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Vergrößerung der Wandstärke des Wandlertopfes insbesondere im hohlzylindrischen Bereich oder eine Ergänzung der mechanischen Abstützung des Wandlers im Bereich des Bodenbereichs bzw. der Wandlerfront in den entsprechenden Randzonen eine Stabilisierung dieses Teilbereiches des Wand- lers bewirkt und somit die Anregung von Plattenschwingungen merklich verringert wird. Bezüglich der Plattenschwingungen sei dabei folgendes angemerkt. Bei einer verdeckten Einbauweise sind die Ultraschallwandler beispielsweise in Vertie- fungen innerhalb des Stoßfängers untergebracht. Der Unterschied zum unverdeckten Einbau, der wesentliche Unterschiede in den Merkmalen der Systeme mit sich bringt, beruht darauf, dass das Kunststoffmaterial von Stoßfängern zu Undefinierten Schwingungen, den sog. Plattenschwingungen angeregt wird.
Hieraus ergeben sich Schallfelder, die durch starke Interferenzstörungen keine den Erfordernissen von Einparkhilfen entsprechende Objektraumüberwachung zulassen. Randschwingungen vom elektromechanischen Wandler, die bei normaler Betriebs- weise und unverdecktem Einbau auftreten, spielen bei herkömmlichen Wandlern keine wesentliche Rolle. Die genannten Plattenschwingungen treten auf, wenn die Randbewegungen der Wandler in den Stoßfänger eingeleitet werden. Diese erzeugen Plattenschwingungen bzw. Plattenmoden mit einer Vielzahl von gleichphasigen und gegenphasigen akustisch wirksamen Auslenkungen. Durch diesen Aspekt der Erfindung kann also die Anregung von Plattenschwingungen merklich verringert werden und ein Ultraschallwandler zum Einsatz bei verdecktem Einbau bereitgestellt werden, dessen Wirkungsgrad optimal auf die Ob- jektraumüberwachung durch die entsprechende Abdeckung hindurch ausgelegt ist.
Eine diesbezügliche Lösung sieht vor, relativ zum Innendurchmesser des Topfes im rückwärtigen Bereich des Ultraschall- wandlers eine Mindestgröße der Wandstärke des Topfes zu realisieren. Gleichzeitig ist eine Obergrenze dieses Verhältnisses angegeben, da ab einem bestimmten Wert dieser Verhältniszahl eine weitere Zunahme des Wirkungsgrades nicht zu erwarten ist. Das Verhältnis von Wandstärke des Topfes zum Innen- durchmesser des Topfes beträgt ca. 0,2 bis maximal 2.
Eine weitere Lösung sieht vor, dass die Wandstärke eines zur Topfwand beabstandeten und außen gelagerten Ringes auf den Außendurchmesser des Topfes bezogen ist. Der vorhandene Ring dient als Dämpfungsring, schließt mit der Wandlerfront bzw. dem Bodenbereich bündig ab und ist konzentrisch zum hohlzy- lindrischen Teil des Wandlers parallel zu diesem angeordnet und weist eine Beabstandung zur eigentlichen Topfwand auf. Die Beabstandung ist idealerweise als Ringspalt ausgeführt. Der Ringspalt hat eine Stärke von maximal 1 mm. Das Verhältnis von Wandstärke des Dämpfungsringes und Außendurchmesser des Topfes beträgt ca. 0,1 bis maximal 2.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht den gleichzeitigen Einsatz einer verstärkten Topfwand eines Dämpfungsrings vor.
Zur Maßnahme der verstärkten Topfwand ist anzumerken, dass sich für gebräuchliche Ultraschall-Biegewandler typische
Wanddicken im hohlzylindrischen Bereich von ca. 1 bis 2 mm vorliegen. Diese werden erfindungsgemäß beispielsweise bis 20 mm oder mehr vergrößert. Damit wird erreicht, dass der Wandler am Außenrand wesentlich geringere Auslenkungen auf- weist, und somit die Anregung von Plattenschwingungen merklich verringert wird.
Die Maßnahme, einen Dämpfungsring einzusetzen, stellt ebenfalls eine Stabilisierung des Ultraschallwandlers im Randbe- reich dar und schwächt somit die Basis im Randbereich, Material eines Stoßfängers anzuregen. Ein konzentrisch angeordneter Metallring mit beschriebenen Wandstärken ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, so dass ebenfalls im Kunststoffmaterial des Stoßfängers auftretende Plattenschwingungen ver- ringert werden. Der vorgesehene Ringspalt zwischen Topf und Dämpfungsring weist eine maximale Stärke von 1 mm auf und entkoppelt beide Bauelemente voneinander. Wesentlich ist, dass Topf und Dämpfungsring weitestgehend sowohl bezüglich der Ausdehnungen als auch bezüglich der Zeit entkoppelt sind.
Die Zwischenlagerung einer Kopppelschicht ist besonders vorteilhaft, da die Wandlerfront auf das Material beispielsweise eines Stoßfängers hinsichtlich verschiedener Materialeigenschaften anpassbar ist.
Bevorzugt ist ein Kraftfahrzeug mit einer der oben genannten Anordnungen oder einer vorteilhaften Ausführung davon ausgestattet. Der elektroakustische Wandler kann bevorzugt einem Fahrerassistenzsystem, insbesondere einem Parkassistenzsystem, zugeordnet sein. Einparkhilfen können durch die Anordnungen auch bei Hinterwandmontagen der Wandler präziser funktionieren .
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 eine Schnittdarstellung durch eine Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
Figur 3 eine Schnittdarstellung durch eine Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Figur 4 zeigt einen Ultraschallwandler in Schnittdarstellung mit einer wesentlich vergrößerten Topfwand im rückseitigen Bereich des Wandlertopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 5 zeigt die konzentrische Ergänzung des Ultraschallwandlers durch einen axial entkoppelten Dämpfungs- ring gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 6 zeigt ebenfalls in Schnittdarstellung einen Ultraschallwandler mit sowohl verstärkter Topfwand als auch mit der konzentrischen Ergänzung durch einen axial entkoppelten Dämpfungsring gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 7 zeigt einen Ultraschallwandler mit entsprechend dünner Wandstärke des Topfes des Ultraschallwand- lers, aus dem der Ultraschallwandler von Figur 4 entwickelt wird, Figur 8 zeigt die winkelabhängige Abstrahlcharakteristik eines Ultraschallwandlers mit vergrößerter Wandstärke nach Figur 4,
Figur 9 zeigt die winkelabhängige Abstrahlcharakteristik eines Ultraschallwandlers mit einem Dämpfungsring nach Figur 5.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Stoßfänger 1, welcher eine Außenwand Ia aufweist. Die Außenwand Ia weist eine Außenseite Ib auf, welche zur Umgebung des Fahrzeugs gerichtet ist. Darüber hinaus umfasst die Außenwand Ia eine Innenseite Ic, an der ein Ultraschall- Wandler 2 angeordnet ist. Der Ultraschall-Wandler 2 umfasst ein topfartiges Gehäuse 2a, welches in der Querschnittdarstellung eine U-Form aufweist. Das topfartige Gehäuse 2a ist aus Aluminiumdruckguss ausgebildet und umfasst einen Bodenbereich 21 sowie eine hohlzylinderförmige Seitenwand 22. Die Dicke (Ausdehnung in x-Richtung) des Bodenbereichs 21 ist wesentlich kleiner als die Dicke (Ausdehnung in y-Richtung) der hohlzylinderförmigen Seitenwand 22.
An einer Innenseite 21a des Bodenbereichs 21 ist ein piezo- elektrischer Keramikkörper 23 angeklebt. Wie zu erkennen ist, erstreckt sich dieser piezoelektrische Keramikkörper 23 in y- Richtung nur teilweise über die gesamte Innenfläche der Innenseite 21a des Bodenbereichs 21. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ausmaße dieses piezoelektrischen Keramikkör- pers 23 so dimensioniert sind, dass sie sich über die gesamte Fläche dieser Innenseite 21a erstrecken. Der Innenbereich des topfartigen Gehäuses 2a ist mit einer Füllmasse aufgefüllt, welche im Ausführungsbeispiel ein Gießharz 24 ist. Das topfartige Gehäuse 2a ist an seiner dem Bodenbereich 21 abgewand- ten Seite vollständig offen ausgebildet, wobei sich die hohlzylinderförmige Seitenwand 22 im Wesentlichen geradlinig in x-Richtung erstreckt. Elektrische Zuleitungen 25 und 26 zum piezoelektrischen Keramikkörper 23 sind durch dieses Gießharz 24 geführt. Der Ultraschall-Wandler 2 ist mit der Innenseite Ic dieser Außenwand Ia des Stoßfängers 1 unlösbar verbunden. Dazu ist eine Klebeschicht 3 ausgebildet, durch welche das topfartige Gehäuse 2a und somit auch der gesamte Ultraschall- Wandler 2 mit seinem Bodenbereich 21 vollflächig an dieser Innenseite Ic angeklebt ist.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem ebenfalls eine Schnittdarstellung der Anordnung des Stoßfängers 1 und dem Ultraschall-Wandler 2 gezeigt ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß Figur 1 ist bei dieser Ausführung der Ultraschall-Wandler 2 lösbar an der Innenseite Ic der Außenwand Ia des Stoßfängers 1 befestigt. Dazu ist der Bodenbereich 21 des topfartigen Gehäuses 2a mit einem doppel- seitig klebenden, akustischen Koppelbands 4 an der Innenseite Ic angeordnet. Auch hier ist der Bodenbereich 21 bzw. dessen Außenseite vollflächig an dem klebenden Koppelbands 4 angeklebt und durch dieses vollflächig an der Innenseite Ic befestigt .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist in Figur 3 eine Querschnittdarstellung gezeigt, bei der der Ultraschall-Wandler 2 mittels einer Haltevorrichtung positionsstabil zur Außenwand Ia gehalten ist. Dazu sind Haltebügel 11 und 12 einstückig mit dieser Außenwand Ia ausgebildet. An den freien Enden sind diese Haltebügel 11 und 12 gewinkelt ausgebildet und umfassen Haltenasen IIa bzw. 12a. Diese liegen an der hohlzylinderför- migen Seitenwand 22 an und drücken den Ultraschall-Wandler 2 an die Innenseite Ic an. Zwischen dem Bodenbereich 21 und der Innenseite Ic ist eine nicht-klebende, elastische akustische Koppelschicht 5 ausgebildet, welche im Ausführungsbeispiel- flächenmäßig größer ausgebildet ist als die Fläche der Außenseite des Bodenbereichs 21. Die Koppelschicht 5 kann flächenmäßig auch gleich groß oder kleiner als die Fläche der Außen- seite des Bodenbereichs 21 ausgebildet sein.
Die in den Figur 1 bis Figur 3 erläuterten Anordnungen können sowohl in einem vorderen als auch in einem hinteren Stoßfän- ger eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die Ultraschall- Wandler 2 sind einem Fahrerassistenzsystem, insbesondere einem Parkassistenzsystem, zugeordnet. Die gezeigten Ultraschall-Wandler 2 sind im Allgemeinen unabhängig von der Fahr- zeugaußenwand, an welche sie montiert werden sollen, vorab herstellbar und vorab prüfbar. Die für derartige Parkassistenzsysteme erforderlichen akustischen Eigenschaften werden vor allem im Hinblick auf Empfindlichkeit und Abstrahlcharakteristik erfüllt. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass dies weitgehend unabhängig von den akustischen Eigenschaften der Außenwand Ia ist. An diese Außenwand Ia sind daher keine besonderen Anforderungen an die Schwingfähigkeit erforderlich, einzig die jeweils erforderliche Schalldurchlässigkeit muss gegeben sein. Diese ist jedoch bei den üblichen Außenwänden vorhanden, zumindest wenn an der Montagestelle des Ultraschall-Wandlers 2 die Wandstärke entsprechend ausgebildet ist. Beispielsweise könnte dazu eine dünnwandige Aussparung an dieser Außenwand Ia ausgebildet sein. Somit wäre die Außenwand Ia im Bereich der Anbringung des Ultraschall-Wandlers 2 dünner ausgebildet.
Bei allen Ausführungen ist das topfartige Gehäuse 2a wesentlich größer ausgebildet als der piezoelektrische Keramikkörper 23. Der piezoelektrische Keramikkörper 23 ist an seinen freiliegenden Flächen vollständig von dem Geißharz 24 umgeben, welches den Innenraum des Gehäuses 2a vollständig auffüllt.
In den Ausführungen gemäß Figur 2 und Figur 3, bei welchen der Ultraschall-Wandler 2 lösbar befestigt ist, kann auch jedes andere Wandlerprinzip vorgesehen sein. Insbesondere kann beispielsweise auch ein elektroakustischer Schichtwandler an der Innenseite der Außenwand lösbar angebracht sein.
In den Figuren 4 bis 9 werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Für eine Erläuterung einer weiteren Ausführungsform wird zunächst von Figur 7 ausgegangen, die einen Ultraschallwandler zeigt, der in einer Aussparung innerhalb eines Stoßfängers 1 teilweise untergebracht ist. Im gleichen Durchmesser wie der Ultraschallwandler ist am Stoßfänger 1, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, eine Koppelschicht 3 vorgesehen, die einerseits am Stoßfänger 1 und andererseits an dem Bodenbereich bzw. der Wandlerfront 5 gut anhaftet. Die Wandlerfront 5 weist innenseitig einen piezoelektrischen Keramikkörper 6 bzw. eine Piezokeramik 6 auf, die zusammen mit der Wandlerfront 5 einen Biegewandler darstellt. Der Ultraschallwandler selbst besteht neben der Wandlerfront und der Piezokeramik aus einem hohlzylinderförmigen Hohlrohr, welches vorderseitig durch die Wandlerfront einseitig abgeschlossen ist. Rücksei- tig ist der Ultraschallwandler mit einer Füllmasse 7 ausgefüllt. Die Füllmasse 7 kontaktiert in der Regel nicht die Piezokeramik. Weiterhin in Figur 7 eingetragene Bezugszeichen beziehen sich auf den Topfinnendurchmesser 13, den Topfaußendurchmesser 14, die Topfwand 4, die Topfwandstärke 12.
Figur 4 zeigt nun einen Aufbau entsprechend Figur 7, wobei die Topfwandstärke 12 durch eine Wandverstärkung 8 wesentlich erweitert worden ist. Die Topfwand 4 weist damit eine Wandstärke auf, die bezogen auf den Innendurchmesser 13 des Top- fes ca. 0,2 bis 2-mal wie dieser ist. Die Koppelschicht 3 weist eine Erstreckung auf, die die gesamte Wandlerfront 5 an den Stoßfänger 1 bzw. an die KunststoffSchicht 2 vermittelt. Ein Ringspalt 9 der zwischen der vergrößerten Topfwand und der umlaufenden Wand einer Aussparung im Stoßfänger 1 vorhan- den ist, dient der schwingungsmäßigen Entkopplung, wobei die verbreiterte Topfwand ausreichende mechanische Stabilität zur Verfügung stellt. Somit zeigt Figur 4 zusammenfassend gesagt einen Ultraschallwandler für verdeckten Einbau, bestehend zum einen aus einem U-förmigen Topf mit einer hohlzylinderförmi- gen Topfwand 4 und mit einem stirnseitigen Abschluss, der den Bodenbereich bzw. die Wandlerfront 5 bildet, wobei das gegenüber liegende Ende mit einer Füllmasse 7 gefüllt ist, und zum anderen aus einem an der Innenseite der Wandlerfront flächig angebrachten elektromechanischen Wandler (Piezokeramik 6) zur Ausbildung eines Ultraschall-Biegewandlers mit der Wandlerfront, wobei die Außenseite der Wandlerfront an eine den Ultraschallwandler vorderseitig überdeckende Schicht angekoppelt ist, und die Stärke 12 der hohlzylinderförmigen Topfwand mit dem Topfinnendurchmesser 13 in folgendem Verhältnis steht: Wandstärke des Topfes/Innendurchmesser des Topfes = ca. 0,2 bis 2.
Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines verdeckt eingebauten Ultraschallwandlers entsprechend einer weiteren Ausführungsform bzw. einer alternativen Lösung mit einem Dämpfungsring 11. In diesem Fall ist die Koppelschicht 3 wiederum bis zum äußersten Rand des zum Wandler gehörenden Dämpfungs- ringes 11 ausgedehnt. Ein Ringspalt 9 wie in Figur 1 sichtbar, existiert in der Darstellung nach Figur 5 nicht, da die mechanische Stabilität im Vordergrund steht und die Beabstan- dung des äußeren Umfangs des Dämpfungsringes 11 vom Ultraschall-Biegewandler ausreichend groß ist. Die Stärke 15 der Dämpfungsringwand ist derart ausgelegt, dass sie dem Verhältnis wie folgt genügt: Ringwandstärke/Außendurchmesser 14 des Topfes = 0,1 bis 2. Somit zeigt Figur 5 zusammenfassend gesagt einen Ultraschallwandler für verdeckten Einbau, bestehend zum einen aus einem U-förmigen Topf mit einer hohlzylin- derförmigen Topfwand 4 und mit einem stirnseitigen Abschluss, der die Wandlerfront 5 bildet, wobei das gegenüber liegende Ende mit einer Füllmasse 7 gefüllt ist, und zum anderen aus einem an der Innenseite der Wandlerfront 5 flächig angebrachten elektromechanischen Wandler (Piezokeramik 6) zur Ausbil- düng eines Ultraschall-Biegewandlers mit der Wandlerfront, wobei die Außenseite der Wandlerfront an eine den Ultraschallwandler vorderseitig überdeckende Schicht angekoppelt ist, ein die hohlzylindrische Topfwand 4 konzentrisch umgebender und durch einen Ringspalt 10 beabstandeter Dämpfungs- ring vorhanden ist, der mit der Wandlerfront 5 bündig abschließt, und die Stärke 15 des Dämpfungsrings 11 mit dem Topfaußendurchmesser in folgendem Verhältnis steht: Wandstär- ke des Dampfungsrings /Außendurchmessers 14 des Topfes = ca. 0, 1 bis 2.
Unter Einbeziehung der Darstellung entsprechend Figur 6 ist erkennbar, dass die verstärkte Topfwand 4 mittels eines angegebenen Faktors auf der Basis des Innendurchmessers 13 des Topfes sinnvoll berechnet ist. Um Überschneidungen zu vermeiden, wird die Starke 15 des Dampfungsringes 11 mittels eines Faktors auf der Basis der Große des Außendurchmessers 14 des Topfes, also unter Einbeziehung einer vergrößerten bzw. verstärkten Topfwand, berechnet. Somit können insgesamt Außenabmessungen eines Ultraschallwandlers auftreten, die wesentlich über 20 mm liegen. Figur 6 zeigt somit einen Ultraschallwandler, der beide angegebenen Losungen vereinigt.
Durch die oben dargestellten Maßnahmen der Erfindung ergeben sich gemäß der Figuren 8 und 9, die durch Modellrechnungen aufgestellt sind, Verbesserungen in der Gleichmäßigkeit des winkelabhangigen Schalldruckes im Abstrahlverhalten eines Ultraschallwandlers. Dieser Sachverhalt hat sich experimentell bei Messungen mit Mikrophonen bestätigt, wobei insbesondere der Vorteil des Einsatzes eines Dampfungsringes erkennbar ist. Die erreichte weitgehende Reproduzierbarkeit der Wandlereigenschaften bei verdecktem Einbau hat sich den Sys- temeigenschaften bei unverdecktem Einbau wesentlich angenähert. Insgesamt wird das Dampfungsverhalten eines erfindungs- gemaßen Ultraschallwandlers hinsichtlich der Plattenschwingungen bestätigt.
Sowohl in Figur 8 als auch in Figur 9 ist die Abstrahlcharakteristik eines Ultraschallwandlers mit unverdecktem Einbau in Form einer gleichmaßig gekrümmten Funktion erkennbar. Diese keulenahnliche symmetrisch zur waagerechten Achse ausgebildete Funktion weist in beiden Fallen etwa ein gleich großes Ma- ximum auf.
Der Übergang zu einem verdeckten Einbau eines Ultraschallwandlers ohne eine Stabilisierung an diesem durchzufuhren fuhrt zu einem sowohl in Figur 5 als auch in Figur 6 sehr ungleichmäßigen Graphen mit mehreren Maxima und mehreren Minima. Somit ist keine gleichmaßige Objektraumabdeckung gegeben.
Der Übergang zu einem verdeckten Einbau mit einer Wandstarke des Topfes des Ultraschallwandlers von 6 mm erzeugt entsprechend Figur 8 einen Kurvenverlauf mit stark abgeschwächter Ausbildung der Maxima und Minima, der eine wesentliche Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Winkelabhangigkeit des Schalldruckes zeigt.
Entsprechend Figur 9 sind die Ergebnisse dargestellt, die einen verdeckten Einbau eines Ultraschallwandlers wiedergeben, der mit einem 4 mm starken Dampfungsring umgeben ist. Die Graphen entsprechend des unverdeckten Einbau sowie des verdeckten Einbaues mit einer Wandstarke von 2 mm sind identisch mit denen der Figur 8. Der Ultraschallwandler mit verdecktem Einbau und einem 4 mm Dampfungsring erzeugt einen Graphen, der ebenfalls einen Verlauf mit wenigen kleinen Maxima und Minima aufweist, so dass eine weitestgehend gleichmaßige win- kelunabhangige Abdeckung des Objektraumes anhand der Schalldruckkurve feststellbar ist.
Figur 8 zeigt somit die Auswirkung der vergrößerten Wandstar- ke und Figur 9 die Auswirkung der Verwendung eines Dampfungsringes auf die Winkelabhangigkeit des Schalldruckes im Fernfeld.
Es sei abschließend bemerkt, dass es auch möglich ist, die Ausfuhrungsformen der Figuren 1, 2 oder 3 mit den Ausfuhrungsformen der Figuren 4, 5 oder 6 zu kombinieren.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit einer Fahrzeugkomponente (1) und zumindest einem elektroakustischen Wandler, insbesondere Ultraschall- Wandler (2), welcher an einer Innenseite (Ic) einer Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (2) ein topfartiges Gehäuse (2a) umfasst, in dem ein piezoelektrischer Keramikkörper (23) angeordnet ist, wobei das topfartige Gehäuse (2a) einen Bodenbereich (21) aufweist, welcher an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) befestigt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Keramikkörper (23) im Inneren des Gehäuses (2a) an dem Bodenbereich (21) angeordnet ist, insbesondere angeklebt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das topfartige Gehäuse (2a) eine hohlzylinderförmige Seitenwand (22) aufweist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Keramikkörper (23) als Scheibe ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das topfartige Gehäuse (2a) an der dem Bodenbereich (21) abgewandten Seite offen ausgebildet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) eine geringere Dicke aufweist, als die Dicke der Seitenwand (22) des topfartigen Gehäuses (2a).
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Bodenbereich (21) angeordnete piezoelektrische Keramikkörper (23) an seinen freiliegenden Flächen von einem Füllmaterial (24) umgeben ist, welches das topfartige Gehäuse (2a) zumindest teilweise auffüllt.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) vollflächig an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) befestigt ist.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (2) unlösbar an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) befestigt ist .
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (2) lösbar an der Innenseite
(Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) angeordnet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (2) mittels einer Haltevorrich- tung (11, 12) an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) befestigbar ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (11, 12) in die Fahrzeugkomponente (1) integriert ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bodenbereich (21) und der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) eine nicht-klebende, elastische akustische Koppelschicht (5) angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die akustische Koppelschicht (5) eine Dicke zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm aufweist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) mittels eines doppelseitig klebenden akustischen Koppelbands (4) an der Innenseite (Ic) der Außen- wand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) lösbar befestigt ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Koppelbands (4) zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm beträgt.
17. Anordnung mit einer Fahrzeugkomponente (1) und zumindest einem elektroakustischen Wandler, insbesondere Ultraschall- Wandler (2), welcher an einer Innenseite (Ic) einer Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler lösbar an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) angeordnet ist und zwischen dem elektroakustischen Wandler und der Innensei- te (Ic) ein akustisches Koppelelement (4, 5) angeordnet ist.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (2) mittels einer Haltevorrich- tung (11, 12) an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) befestigbar ist.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (11, 12) in die Fahrzeugkomponente (1) integriert ist.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektroakustischen Wandler und der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) eine nicht-klebende, elastische akustische Koppelschicht (5) angeordnet ist.
21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die akustische Koppelschicht (5) eine Dicke zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm aufweist.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler mittels eines doppelseitig klebenden, akustischen Koppelbands (4) an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) lösbar befestigt ist.
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Koppelbands (4) zwischen etwa 0,001 mm und etwa 3 mm beträgt.
24. Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler ein topfartiges Gehäuse (2a) umfasst, in dem ein piezoelektrischer Keramikkörper (23) angeordnet ist, wobei das topfartige Gehäuse (2a) einen Bodenbereich (21) aufweist, welcher an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) lösbar befestigt ist.
25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Keramikkörper (23) im Inneren des Gehäuses (2a) an dem Bodenbereich (21) angeordnet ist, insbesondere angeklebt ist.
26. Anordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das topfartige Gehäuse (2a) eine hohlzylinderförmige Seitenwand (22) aufweist.
27. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Keramikkörper (23) als Scheibe ausgebildet ist.
28. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das topfartige Gehäuse (2a) an der dem Bodenbereich (21) abgewandten Seite offen ausgebildet ist.
29. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) eine geringere Dicke aufweist, als die Dicke der Seitenwand (22) des topfartigen Gehäuses (2a).
30. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Bodenbereich (21) angeordnete piezoelektrische Keramikkörper (23) an seinen freiliegenden Flächen von einem Füllmaterial (24) umgeben ist, welches das topfartige Gehäuse (2a) zumindest teilweise auffüllt.
31. Anordnung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich (21) vollflächig an der Innenseite (Ic) der Außenwand (Ia) der Fahrzeugkomponente (1) befestigt ist.
32. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fahrzeugkomponente als Stoßfänger (1) ausgebildet ist .
33. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das topfartige Gehäuse eine hohlzylinderförmige Topfwand (4) und einen stirnseitigen Abschluss, der den Bodenbereich (5) bildet, umfasst, wobei die Stärke (12) der hohlzylinderförmigen Topfwand (4) mit dem Topfinnendurchmesser (13) in folgendem Verhältnis steht: Wandstärke des Topfes/Innendurchmesser des Topfes = ca. 0,2 bis 2.
34. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das topfartige Gehäuse eine hohlzylinderförmigen Topfwand (4) und einen stirnseitigen Abschluss, der den Bodenbereich (5) bildet, umfasst, wobei ferner ein die hohlzylinderförmige Topfwand (4) konzentrisch umgebender und durch einen Ringspalt (10) beabstandeter Dämpfungsring (11) vorhanden ist, der mit dem Bodenbereich (5) bündig abschließt, und die Stärke (15) des Dämpfungsrings (11) mit dem Topfaußendurchmesser in folgendem Verhältnis steht: Wandstärke des Dämpfungsrings /Außendurchmessers des Topfes = ca. 0,1 bis 2.
35. Anordnung nach Anspruch 33 oder 34, bei der in dem topf- artigen Gehäuse das gegenüberliegende Ende des Bodenbereichs mit einer Füllmasse gefüllt ist.
36. Anordnung nach Anspruch 33 und 34, bei der sowohl eine verstärkte Topfwand (4) als auch ein Dämpfungsring (11) vor- handen sind.
37. Anordnung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, bei der die Stärke (16) des Ringspaltes (10) zwischen Topfwand (4) und Dämpfungsring (11) max . 1 mm beträgt.
38. Anordnung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, bei dem der Dämpfungsring (11) aus Aluminium besteht.
39. Kraftfahrzeug, welches eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist und der elektroakustische Wandler einem Fahrerassistenzsystem, insbesondere einem Park- assistenzsystem, zugeordnet ist.
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