WO2017125202A1

WO2017125202A1 - Schallwandleranordnung

Info

Publication number: WO2017125202A1
Application number: PCT/EP2016/080448
Authority: WO
Inventors: Bernd SCHEUFELE; Guenter Gerlach
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-07-27
Also published as: DE102016200657A1; CN108475501B; KR20180104000A; EP3405945A1; CN108475501A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung (100), mit mehreren, mit einem gemeinsamen Befestigungselement (20) verbundenen Wandlerelementen (10), wobei das Wandlerelement (10) wenigstens ein mit einem Trägerelement (11) wirkverbunden angeordnetes Piezoelement (15) aufweist, und wobei das Trägerelement (11) mit dem Befestigungselement (20) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Befestigungselement (20) aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 350x103 N/mm2, vorzugsweise etwa 400x103 N/mm2 und einer Dichte von mehr als 2,5g/cm3 besteht.

Description

Beschreibung

Schallwandleranordnung Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wie sie aus der DE 10 2010 062 990 A1 der Anmelderin bekannt ist. Bei der bekannten Schallwandleranordnung sind mehrere Wandlerelemente, die jeweils wenigstens ein Piezoelement aufweisen, beispielhaft parallel in geringem Abstand auf einer Befestigungsfläche bzw. einem Befestigungselement angeordnet. Die Verbindung zwischen den einzelnen Wandlerelementen und der Befestigungsfläche kann über eine stoffschlüssige Verbindung oder über eine mechanische Verbindung erfolgen. Die einzelnen insbesondere identisch ausgebildeten Wandlerelemente weisen jeweils ein Trägerelement mit beispielsweise U-förmigem Querschnitt auf, wobei die beiden Schenkel des Trägerelements mit der Befestigungsfläche verbunden sind. Darüber hinaus weisen die Wandlerelemente eine schallwirksame Fläche auf, die im

Zusammenhang mit den in Wirkverbindung zu den schallwirksamen Flächen angeordneten Piezoelementen dazu dient, die Wandlerelemente als

Senderelemente oder als Empfangselemente betreiben zu können. Insbesondere findet eine derartige Schallwandleranordnung Verwendung als Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems in einem Fahrzeug, insbesondere zur

Abstandsmessung des Fahrzeugs zu Objekten, welche beispielsweise bei einem Einparkvorgang relevant sind. Einzelheiten bezüglich der Befestigungsfläche, auf der die Wandlerelemente angeordnet sind sowie der elektrischen Kontaktierung der Wandlerelemente sind der genannten Schrift nicht zu entnehmen.

Eine soweit bekannte Schallwandleranordnung soll insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen möglichst kompakt aufgebaut sein, d.h. eine möglichst geringe Grundfläche und eine möglichst geringe Bauhöhe aufweisen, damit sie insbesondere im Bereich des Stoßfängers problemlos eingebaut werden kann. Daraus resultiert der Wunsch, eine möglichst dünne Befestigungsfläche bzw. ein entsprechend dünnes Befestigungselement zu verwenden, um die Bauhöhe der Schallwandleranordnung möglichst gering zu halten. Ebenso soll die Grundfläche der Befestigungsfläche möglichst klein sein, um den Querschnitt der

Schallwandleranordnung ebenfalls möglichst klein gestalten zu können. Für die fehlerfreie Funktion eines Wandlerelements als Sender- bzw.

Empfangselement ist es wesentlich, dass sich die einzelnen Wandlerelemente gegenseitig akustisch bzw. schwingungstechnisch möglichst nicht beeinflussen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass die Wandlerelemente im Bereich der Befestigungsfläche bzw. des Befestigungselements möglichst starr mit diesem verbunden sind. Dabei ist es wesentlich, dass nicht nur ein eingespanntes

Wandlerelement ein Eigenschwingverhalten aufweist, sondern auch das

Befestigungselement. Hierbei treten eigene Resonanzen des

Befestigungselements und Vielfache hierzu im Frequenzbereich auf. Treten diese eigene Resonanzen mit entsprechender Amplitudenhöhe im Bereich der Betriebsfrequenz der Wandlerelemente, z.B. im Bereich von 48 kHz auf, dann führt dies zu einem erheblichen Übersprechen bzw. einer Beeinflussung zwischen den einzelnen Wandlerelementen und somit zu sogenannten unerwünschten Nebenkeulen mit damit verbundenen Mehrdeutigkeiten bei einer Objekterkennung.

Offenbarung der Erfindung

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schallwandleranordnung nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Wandlerelementen bei deren Betrieb möglichst gering ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schallwandleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die Frequenzlage als auch die Amplituden der Eigenfrequenzen des Befestigungselements durch dessen Geometrie, d.h. durch dessen Länge, Breite und Dicke und weiterhin wesentlich durch die Größe des Elastizitätsmoduls und die Dichte des Materials des Befestigungselements bestimmt werden. We eingangs im Abschnitt„Stand der

Technik" erläutert, ist die geometrische Dimensionierung eines derartigen Befestigungselements lediglich in sehr geringen Grenzen möglich, da die Schallwandleranordnung beispielsweise eine maximale Größe bzw. Bauhöhe aufweisen soll. Weiterhin nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass ein derartiges Befestigungselement ein optimales Eigenschwingungsverhalten aufweist, d.h. sehr steif ist, wenn das Befestigungselement möglichst dick mit großem

Elastizitätsmodul und großer Dichte bei gleichzeitig gewünschter kleiner Länge und Breite ausgebildet ist. Diese genannten Erkenntnisse führen zu einer Schallwandleranordnung gemäß des Anspruchs 1 , bei der in vorteilhafter Weise ein optimiertes Eigenschwingungsverhalten erzielt werden kann, wenn das Befestigungselement aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 350x10³ N/mm², vorzugsweise etwa 400x10³ N/mm² und einer Dichte von mehr als 2,5g/cm³ besteht. Eine derartige Dimensionierung bzw. Verwendung eines derartigen Materials vorausgesetzt, lässt sich eine

Schallwandleranordnung ausbilden, bei der eine erforderliche

Übersprechdämpfung zwischen den einzelnen Wandlerelementen im Bereich von 20dB und mehr erreicht werden kann, wenn die Dicke des

Befestigungselements mindestens 5mm aufweist. Hierbei hängt die

Dimensionierung (Dicke) des Befestigungselements insbesondere von der Wahl des verwendeten Materials für das Befestigungselement ab.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Um einerseits eine möglichst geringe Bauhöhe der Schallwandleranordnung erzielen zu können, und andererseits die Herstellung des Befestigungselements möglichst einfach zu gestalten und eine möglichst große Fläche des

Befestigungselements zur Anordnung der Wandlerelemente zur Verfügung stellen zu können, ist es vorgesehen, dass das Befestigungselement in Form einer Platte, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 3mm und 6mm, je nach Wahl des verwendeten Materials, ausgebildet ist.

Als Material für das Befestigungselement kommt beispielsweise eine technische Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, in Frage. Eine derartige technische Keramik erfüllt sowohl die Anforderung der erfindungsgemäß vorgesehenen relativ hohen Dichte als auch eines hohen Elastizitätsmoduls. Insbesondere für den Fall, dass das Befestigungselement nicht nur der mechanischen Befestigung bzw. Kopplung der Wandlerelemente dient sondern auch der elektrischen Kontaktierung von Wandlerelementen oder/und mit dem Befestigungselement in Wirkverbindung angeordneten anderen elektronischen Bauteilen, ist es von Vorteil, wenn das Material des Befestigungselements Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, aufweist.

Für den Fall, dass das Befestigungselement aus einer technischen Keramik besteht, kann es zur Ausbildung der gewünschten elektrischen Leitfähigkeit vorgesehen sein, dass das Befestigungselement zumindest auf der den

Wandlerelementen zugewandten Seite mit einer vorzugsweise vollflächigen Metallisierungsschicht versehen ist.

In konkreter bevorzugter Ausgestaltung einer derartigen Metallisierungsschicht weist diese typischerweise eine Dicke zwischen 8μηι und 20μηι und einen elektrischen Flächenwiderstand von etwa 0,015Ω auf.

Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass ein derartiges Befestigungselement nicht nur aus einem einzigen Material, beispielsweise aus einer technischen Keramik oder aus einem Metall bestehen kann, sondern auch in Art eines Sandwiches aus übereinander angeordneten einzelnen Schichten aus den angesprochenen Materialien. So ist es beispielsweise denkbar, einen

Sandwichaufbau aus einem Kern aus technischer Keramik vorzusehen, der beidseitig mit einer metallischen Schicht bzw. einem Metallplättchen überdeckt ist.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Befestigungselement nicht nur der Anordnung von Wandlerelementen dient, sondern gleichzeitig auch von elektronischen Bauteilen, um die von den Piezoelementen erzeugten

elektrischen Spannungen auswerten oder die Piezoelemente elektrisch ansteuern zu können. Dabei lässt sich eine besonders kompakte bzw.

vorteilhafte Anordnung derartiger Bauteile auf der den Wandlerelementen abgewandten Seite des Befestigungselements erzielen.

Um eine elektrische Kontaktierung bzw. Verbindung zwischen den beiden Seiten des Befestigungselements auszubilden ist es dabei vorteilhaft, dass das Befestigungselement auf der den Wandlerelementen abgewandten Seite mit einer vorzugsweise vollflächigen Metallisierungsschicht versehen ist, und dass die beiden Seiten des Befestigungselements mit einer an einer Seitenfläche des Befestigungselements angeordneten weiteren Metallisierungsschicht, oder mittels eines Verbindungselements, insbesondere in Form einer Flexfolie, oder mittels in dem Befestigungselement angeordneter Durchkontaktierungen elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auch ist es möglich, das

Befestigungselement vollständig aus Metall auszubilden. Unter einer Flexfolie im Sinne der Erfindung wird ein flexibles Trägermaterial verstanden, auf das wenigstens eine Metallisierung, zum Beispiel in Form von Leiterbahnen o.ä., aufgebracht ist.

Zur elektrischen Kontaktierung der Wandlerelemente mit dem

Befestigungselement ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Trägerelement, an dem das Piezoelement befestigt ist, mittels eines Leitklebers mit dem

Befestigungselement verbunden ist. Als Leitkleber kommt sowohl ein isotroper als auch ein anisotroper Leitkleber in Frage. Auf eine hohe Haftfestigkeit der Klebeverbindung ist zu achten. Durch Plasmabehandlung oder Beizen der Klebepartner (Wandlerelemente und Befestigungselement) wird die Haftfestigkeit der Klebeverbindung deutlich erhöht und die Einspannung der Wandlerelemente dadurch entsprechend fest. Durch eine geringe Schichtdicke des Leitklebers sowie eine entsprechende Füllmenge der leitfähigen Partikel sind die

eingebrachten Elastizitäten vernachlässigbar.

Wie oben bereits erläutert, können derartige Wandlerelemente sowohl als Senderelemente als auch als Empfangselemente betrieben bzw. angesteuert werden. Darüber hinaus ist es auch bekannt, eine derartige

Schallwandleranordnung derart auszubilden, dass sowohl Senderelemente als auch Empfangselemente vorgesehen sind. Insbesondere für den Fall, dass die Schallwandleranordnung sowohl Senderelemente als auch Empfangselemente aufweist, kann eine optimierte akustische Entkopplung zwischen den als

Senderelementen und den als Empfangselementen wirkenden

Wandlerelementen dadurch ausgebildet werden, dass das Befestigungselement wenigstens zwei Teilelemente aufweist, ein erstes Teilelement, das eine insbesondere eine geschlossene Kontur aufweisende Ausnehmung hat, und ein zweites Teilelement, das unter Ausbildung eines Spalts innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, wobei der Spalt zumindest bereichsweise mit einem Elastomer ausgefüllt ist, und wobei auf jedem der Teilelemente wenigstens zwei Wandlerelemente angeordnet sind. Dabei sind auf dem einen Teilelement beispielsweise die als Senderelemente wirkenden Wandlerelemente angeordnet und auf dem anderen Teilelement die als Empfangselemente wirkenden

Wandlerelemente. Durch das vorzugsweise einen geringen Elastizitätsmodul aufweisende Elastomer wird eine mechanische bzw. akustische Entkopplung zwischen den beiden Teilelementen des Befestigungselements erzielt. Dabei kann der Spalt entweder vollständig von dem Elastomer ausgefüllt sein oder lediglich punktuell. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ausfüllung des

Spalts im Injection Molded Verfahren oder im Vergussverfahren erfolgt.

Eine Optimierung bzw. Verbesserung der Richtcharakteristik der Senderwellen der als Senderelemente wirkenden Wandlerelemente lässt sich erzielen, wenn die Wandlerelemente einen U-förmigen Querschnitt mit einer rechteckförmigen schallwirksamen Fläche aufweisen, wobei die Längsachsen der schallwirksamen Flächen der als Senderelemente wirkenden Wandlerelemente um 90° gedreht zur Längsachse zumindest einiger der als Empfangselemente wirkenden schallwirksamen Flächen der Wandlerelemente angeordnet sind.

Als weitere Dämpfungsmaßnahme bzw. Maßnahme zur akustischen

Entkopplung kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Wandlerelemente und/oder zwischen den Wandlerelementen vorhandene Zwischenräume mit einer Dämpfungsmasse ausgefüllt sind. Eine derartige Dämpfungsmasse besteht beispielsweise aus Fermasil oder einer anderen vorzugsweise elastomeren

Dämpfungsmasse.

Das Zuführen bzw. Dosieren einer derartigen Dämpfungsmasse in den Bereich der Wandlerelemente kann sich bei in einem Gehäuse montierter

Schallwandleranordnung relativ schwierig gestalten. Um eine fertigungstechnisch relativ einfache Zuführung der Dämpfungsmasse zu ermöglichen, ist es daher in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass das Befestigungselement außerhalb von Befestigungsbereichen mit den Trägerelementen wenigstens eine Durchgangsöffnung zum Zuführen der Dämpfungsmasse in die Zwischenräume der Wandlerelemente aufweist. Das Zuführen der Dämpfungsmasse kann dadurch von der den Wandlerelementen abgewandten Seite des Befestigungselements erfolgen, indem beispielsweise durch Dosiernadeln die Dämpfungsmasse über die Durchgangsöffnungen in die Zwischenräume der Wandlerelemente eingebracht wird. Um das Einführen von Dosiernadeln durch die Durchgangsöffnungen im Befestigungselement zu vereinfachen bzw.

sicherzustellen, können die Durchgangsöffnungen auf der den

Wandlerelementen abgewandten Seite beispielsweise Einführfasen aufweisen.

Wie oben bereits erläutert, ist es sowohl aus mechanischen Gründen als auch aus Gründen der elektrischen Leitfähigkeit wünschenswert, eine zuverlässige bzw. feste Verbindung zwischen dem Befestigungselement und den

Wandlerelementen auszubilden. Als wesentliches Kriterium hierfür ist die

Haftfestigkeit der Verbindung anzusehen. Zur Erhöhung bzw. Sicherstellung der Haftfestigkeit ist es von Vorteil, wenn das Befestigungselement und/oder die Wandlerelemente oberflächenbehandelt sind, insbesondere durch eine

Plasmabehandlung oder durch Beizen.

Ein bevorzugter Anwendungsbereich der soweit beschriebenen

Schallwandleranordnung findet im Bereich eines Fahrerassistenzsystems, insbesondere zur Abstandsmessung zu Objekten, in Kraftfahrzeugen statt. Die Erfindung soll jedoch nicht auf derartige Anwendungen beschränkt sein.

Insbesondere sind auch Anwendungen in der 3D-Umweltsensorik denkbar, wie sie beispielsweise im Bereich von Robotern, bei Sicherheitssystemen wie der Raumüberwachung bei oder Flurförderfahrzeugen benötigt werden. Dabei werden sowohl die Abstände als auch Winkel bzw. Positionen von

Objekten/Personen zu der Schallwandleranordnung auf Ultraschallbasis ermittelt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 mehrere, an einem Befestigungselement angeordnete Wandlerelemente als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Schallwandleranordnung mit drei

Wandlerelementen, bei der die Wandlerelemente mit dem

Befestigungselement unter Verwendung einer Flexfolie elektrisch leitend kontaktiert sind,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Befestigungselement, dessen Vorder- und

Rückseite mittels Durchkontaktierungen elektrisch leitend verbindbar sind,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Befestigungselement, bei der die

Vorderseite und die Rückseite des Befestigungselements über eine an einer Seitenfläche angeordnete Metallisierung elektrisch leitend verbunden sind,

Fig. 5

und

Fig. 6 Draufsichten auf unterschiedlich ausgestaltete, aus jeweils zwei

Teilelementen bestehenden Befestigungselementen und

Fig. 7 in Draufsicht ein Befestigungselement, wie dies gemäß Fig. 5 oder 6 ausgebildet ist und mit einer Vielzahl von Wandlerelementen an der Oberseite versehen ist.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Schallwandleranordnung 100 dargestellt, wie sie insbesondere als Bestandteil in einem Fahrerassistenzsystem zur

Abstandsmessung von Objekten in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Dabei ist die Schallwandleranordnung 100 vorzugsweise im Bereich des vorderen oder/und hinteren Stoßfängers des Kraftfahrzeugs angeordnet.

Die in einem in den Figuren nicht dargestellten Gehäuse angeordnete

Schallwandleranordnung 100 umfasst bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel drei identisch ausgebildete Wandlerelemente 10. Die Erfindung soll jedoch nicht Anordnungen von drei Wandlerelementen 10 beschränkt sein. Jedes Wandlerelement 10 weist ein im Querschnitt U-förmiges Trägerelement 1 1 , vorzugsweise aus Metall wie Aluminium bestehend, auf. Das Trägerelement 11 hat eine rechteckförmige schallwirksame Fläche 12 die eine schwingungsfähige Membran ausbildet. Die Fläche 12 bzw. die Membran wird durch eine Basis 16 des Trägerelements 11 gebildet, von der zwei

Befestigungsschenkel 17, 18 abragen. Die schallwirksame Fläche 12 ist in Wrkverbindung mit einem Piezoelement 15 angeordnet. Das Piezoelement 15 ist auf der den Befestigungsschenkeln 17, 18 zugewandten Seite der Basis 16 zwischen den Befestigungsschenkeln 17, 18 angeordnet und mittels Leitklebers 44 mit der Basis 16 verbunden. Entsprechend der DE 10 2010062 990 A1 der

Anmelderin liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, das Piezoelement 15 an einer anderen Stelle des Trägerelements 1 1 anzuordnen, oder aber mehrere Piezoelemente 15 vorzusehen.

Die in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.1 und 2 vorgesehenen drei Wandlerelemente 10 sind parallel zueinander in geringem Abstand auf einem Befestigungselement 20 angeordnet. Auch andere Anordnungen der

Wandlerelemente 10 sind möglich. Das Befestigungselement 20 ist in Form einer Platte 21 mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet. Die Dicke D der Platte

21 beträgt, je nach verwendetem Material, beispielsweise zwischen 3mm und 12mm. Beispielhaft beträgt die Länge L der Platte 21 zwischen 40mm und 50mm, und die Breite B zwischen 25mm und 35mm. Das Material der Platte 21 besteht entweder aus Metall, vorzugsweise Aluminium oder Stahl, beispielsweise V4A, oder aber aus einer technischen Keramik, insbesondere Aluminiumoxid. Weiterhin weist das Material der Platte 21 einen Elastizitätsmodul von mehr als 350x10³N/mm², vorzugsweise etwa 400x10³N/mm², und eine Dichte von mehr als 2,5g/cm³ auf.

Für den Fall, dass das Material der Platte 21 aus einer technischen Keramik besteht, ist es vorgesehen, dass die den Wandlerelementen 10 zugewandte Oberseite der Platte 21 vorzugsweise vollflächig mit einer Metallisierungsschicht

22 versehen ist. Die Haftfestigkeit der Metallisierungsschicht 22 auf der Platte 21 liegt im Bereich von etwa 200N/mm² . Zur Erzielung der gewünschten

Haftfähigkeit ist es möglich, die Oberfläche der Platte 21 einer

Oberflächenbehandlung auszusetzen, insbesondere einer Plasmabehandlung oder Beizen. Die Dicke der Metallisierungsschicht 22 beträgt typischerweise etwa zwischen 8μηι und 20μηι und weist einen Flächenwiderstand im Bereich von etwa 0,015Ω auf. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Material der Metallisierungsschicht 22 Wolfram enthält. Die beiden Befestigungsschenkel 17, 18 des Trägerelements 11 sind mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs 23 mit der Oberseite der Platte 21 bzw. des Befestigungselements 20 verbunden. Als Klebstoffe 23 kommen sowohl isotrope, als auch anisotrope Klebstoffe 23, je nach gewünschten Eigenschaften bzw. Kontaktierungstechnik, zur Anwendung.

Für den Fall, dass das Befestigungselement 20 aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder aus Stahl besteht, ist es zur Erzielung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche nicht erforderlich, eine Metallisierungsschicht 22 vorzusehen.

Nichtsdestotrotz kann diese beispielsweise zur Erzielung besonderer elektrischer Leitfähigkeitseigenschaften oder bestimmter Oberflächeneigenschaften vorgesehen sein.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, das Befestigungselement 20 bzw. die Platte 21 nicht nur aus einem einzigen Element auszubilden, sondern aus mehreren Elementen, die in Art eines Sandwichaufbaus miteinander sowohl mechanisch als auch vorzugsweise elektrisch verbunden sind.

Wie insbesondere anhand der Fig. 2 erkennbar ist, ist auf der den

Wandlerelementen 10 abgewandten Rückseite der Platte 21 ein

Schaltungsträger 28 in Form einer Leiterplatte mit dem Befestigungselement 20 bzw. der Platte 21 verbunden. Der Schaltungsträger 28 weist eine im Einzelnen nicht dargestellte elektronische Schaltung mit Schaltungsbauelementen und/oder ein in der Fig. 2 erkennbares elektronisches Bauelement 30 in Form eines ASICs auf. Der Schaltungsträger 28 ist unter Zwischenlage einer Flexfolie 35 mit der Unterseite der Platte 21 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist die Unterseite der Platte 21 über Teilmetallisierungen 36, 37 mit der Flexfolie 35 elektrisch leitend verbunden. Auf der der Platte 21 abgewandten Seite des

Schaltungsträgers 28 ist ein elektrischer Anschlussstecker 38 zur elektrischen Kontaktierung der Wandlerelemente 10 bzw. der Schallwandleranordnung 100 vorgesehen. Die Flexfolie 35 verbindet die beiden gegenüberliegenden Seiten der Platte 21 bzw. des Befestigungselements 20 miteinander. Hierzu ist die Flexfolie 35 in Form einer Schlaufe 39 bzw. eines Bogens auf die Oberseite der Platte 21 geführt und im Bereich neben einem der Wandlerelemente 10 über eine

Leitkleberverbindung 41 mit der Metallisierungsschicht 22 elektrisch leitend verbunden. Auf der der Schlaufe 39 gegenüberliegenden Seite der Platte 21 ist eine weitere Schlaufe 42 der Flexfolie 35 vorgesehen, die der elektrischen Kontaktierung der Piezoelemente 15 dient, wie dies insbesondere anhand der Fig. 2 erkennbar ist. Insbesondere ist die Flexfolie 35 über die weitere Schlaufe 42 mittels Leitkleber 43 mit den Piezoelementen 15 auf der der jeweiligen Basis

16 gegenüberliegenden Seite mit den Piezoelementen 15 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Schlaufe 39 der Flexfolie 35 bzw. die Metallisierungsschicht 22 eine elektrische Masse aus. Über die Schlaufe 39 wird die auf Masse liegende Metallisierungsschicht 22 mit der elektrischen Masse des Schaltungsträgers 28 verbunden. Weiterhin sind die drei Wandlerelemente 10 elektrisch parallel geschaltet, wenn diese als Sendeelemente betrieben werden. Für den Fall, dass die Wandlerelemente 10 als Empfangselemente wirken, werden die Piezoelemente 15 über die Schlaufe 42 der Flexfolie 35 einzeln zum Schaltungsträger 28 übertragen.

Ergänzend wird erwähnt, dass die elektrische Verbindung zwischen der Flexfolie 35 und der Platte 21 bzw. dem Schaltungsträger 28 auch anders realisiert werden kann. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Flexfolie 35 mit einem Steckverbinder gekoppelt wird, der sich auf der der Platte 21 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 28 befindet. Auch ist es denkbar, den Schaltungsträger 28 zusammen mit der Flexfolie 35 als sogenannte Starrflex-Leiterplatte auszubilden. Auch kann die Flexfolie 35 zum Beispiel an den Teilmetallisierungen 36, 37 enden und keine Zwischenlage ausbilden. Weiterhin ist es denkbar, die Flexfolie 35 seitlich an dem Schaltungsträger 28 oder an der der Platte 21 abgewandten (Unter-)Seite des Schaltungsträgers 28 zu kontaktieren, beispielsweise über eine

Leitkleber- oder eine Lötverbindung.

Anhand der Fig. 2 ist darüber hinaus erkennbar, dass die schallwirksamen Flächen 12 bzw. Basen 16 der Wandlerelemente 10 bündig mit der Außenseite des Stoßfängers (nicht dargestellt) abschließen. Über die schallwirksamen

Flächen 12 werden von dem Piezoelement 15 erzeugte Schallschwingungen übertragen bzw. aus der Umgebung der Wandlerelemente 10 empfangene Schallschwingungen an das Piezoelement 15 weitergeleitet. Zwischen den einzelnen Piezoelementen 15 kann darüber hinaus auf der der Flexfolie 35 abgewandten Seite der Platte 21 jeweils ein Elastomer 46 vorgesehen sein. Das Elastomer 46 dient der akustischen Dämpfung, Entkopplung und Abdichtung der

Wandlerelemente 10.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die zwischen den Wandlerelementen 10 ausgebildeten Zwischenräume, ebenso wie der zwischen den

Befestigungsschenkeln 17, 18 ausgebildete Zwischenraum, von einer

Dämpfungsmasse 47 ausgefüllt ist. Bei der Dämpfungsmasse 47 handelt es sich insbesondere um ein Elastomer, beispielsweise um Fermasil, oder um ein anderes Dämpfungsmaterial mit oder ohne Gaseinschlüssen. Auch kann es sich bei der Dämpfungsmasse 47 um eine eingelegte Dämpfungsmatte handeln. Zum Einbringen der Dämpfungsmasse 47 in die Zwischenräume kann es vorgesehen sein, dass die Platte 21 , wie anhand der Fig. 2 und 3 erkennbar ist, außerhalb der Befestigungsbereiche 24, 25 wenigstens eine Durchgangsöffnung 48 aufweist, die auf der den Wandlerelementen 10 abgewandten Seite der Platte 21 eine Fase 49 aufweist. Durch die Durchgangsöffnung 48 kann zum Dosieren der Dämpfungsmasse 47 beispielsweise eine Dosiernadel hindurchgeführt werden.

Bei dem soweit beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Vorderseite der Platte 21 mit deren Rückseite über die Flexfolie 35 elektrisch leitend verbunden.

Anhand der Fig. 3 und 4 werden nunmehr alternative Methoden der elektrischen Verbindung zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Platte 21 bzw. des

Befestigungselements 20 erläutert. In der Fig. 3 ist erkennbar, dass die Platte 21 neben den Durchgangsöffnungen 48 eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 51 aufweist, die die Vorderseite mit der Rückseite der Platte 21 verbinden. Mittels der (identisch zu den Durchgangsöffnungen 48 ausgebildeten)

Durchgangsöffnungen 51 können Durchkontaktierungen zwischen der

Metallisierungsschicht 22 sowie einer auf der anderen Seite der Platte 21 ausgebildete Metallisierung ausgebildet werden, indem die

Durchgangsöffnungen 51 metallisiert ausgebildet sind. Weiterhin können die Durchgangsöffnungen 51 auch zum Dosieren der Dämpfungsmasse 47 verwendet werden. In der Fig. 4 ist der Fall dargestellt, bei der eine Seitenfläche 52 der Platte 21 mit einer Metallisierung 53 versehen ist, die eine an der Vorderseite ausgebildete Metallisierung 54 (auf der die Wandlerelemente 10 angeordnet sind) mit einer an der Rückseite der Platte 21 ausgebildete Metallisierung 55 elektrisch miteinander verbindet.

Das soweit beschriebene, plattenförmige Befestigungselement 20 mit rechteckförmigem Grundriss ist als einstückiges Bauteil ausgebildet.

Entsprechend der Fig. 5 und 6 kann es auch vorgesehen sein, dass das

Befestigungselement 20 aus zwei Teilelementen 61 , 62 besteht. Hierbei weist das erste Teilelement 61 beispielhaft in einem mittleren Bereich eine

Ausnehmung 63 in Form eines Durchbruchs auf, in der das zweite, beispielhaft etwa quadratische Grundfläche aufweisende Teilelement 62 angeordnet ist. Zwischen den beiden Teilelementen 61 , 62 ist ein umfangsseitig verlaufender Spalt 65 ausgebildet. Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spalt 65 vollständig von einem Elastomer 66 ausgefüllt. Das Elastomer 66 weist insbesondere einen relativ geringen Elastizitätsmodul auf, um die beiden Teilelemente 61 , 62 voneinander akustisch zu entkoppeln. Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Teilelemente 61 , 62 lediglich über in den Eckbereichen der Ausnehmung angeordnetes Elastomer 66 miteinander verbunden.

Die Wandlerelemente 10 können entweder als Senderelemente oder als

Empfangselemente betrieben werden. Insbesondere bei der Ausführung entsprechend der Fig. 4 und 5, bei dem das Befestigungselement 20 aus zwei

Teilelementen 61 , 62 besteht, ist es von Vorteil, wenn beispielsweise auf dem einen Teilelement 61 lediglich Empfangselemente, und auf dem anderen

Teilelement 62 lediglich Senderelemente angeordnet sind. Entsprechend der Darstellung der Fig. 7 sind auf dem zweiten Teilelement 62 beispielhaft drei, parallel zueinander angeordnete Wandlerelemente 10 angeordnet, die als

Senderelemente wirken. Die Längsachsen 67 der Wandlerelemente 10 bzw. der schallwirksamen Flächen 12 verlaufen parallel zur Längsseite der

rechteckförmigen Platte 21. Auf dem ersten Teilelement 61 ist demgegenüber eine Vielzahl von als Empfangselementen ausgebildeten Wandlerelementen 10 angeordnet. Insbesondere erkennt man, dass beidseitig der Schmalseiten der auf dem zweiten Teilelement 62 angeordneten Wandlerelementen 10 zwei bzw. ein Wandlerelement 10 angeordnet ist, deren Längsachsen 68 rechtwinklig zu den Längsachsen 67 der auf dem zweiten Teilelement 62 angeordneten

Wandlerelementen 10 angeordnet sind. Die soweit beschriebene Schallwandleranordnung 100 kann in vielfältiger Art und

Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere kann die elektrische Kontaktierung der einzelnen Wandlerelemente 10 auf andere Art und Weise erfolgen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Trägerelement 10 nicht aus Metall, sondern

beispielsweise aus einem Kunststoff besteht. Auch müssen nicht auf beiden

Seiten des Befestigungselements 20 Metallisierungsschichten 22 ausgebildet bzw. angeordnet sein. Ebenso kann die Elektronik bzw. der Schaltungsträger 28 getrennt von dem Befestigungselement 20 angeordnet werden.

Claims

Ansprüche

1. Schallwandleranordnung (100), mit mehreren, mit einem gemeinsamen Befestigungselement (20) verbundenen Wandlerelementen (10), wobei jedes Wandlerelement (10) wenigstens ein mit einem Trägerelement (1 1) wirkverbunden angeordnetes Piezoelement (15) aufweist, und wobei das Trägerelement (11) mit dem Befestigungselement (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (20) aus einem Material mit einem

Elastizitätsmodul von mehr als 350x10³ N/mm², vorzugsweise etwa 400x10³ N/mm² und einer Dichte von mehr als 2,5g/cm³ besteht.

2. Schallwandleranordnung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Befestigungselement (20) in Form einer Platte (21) mit einer Dicke (D) zwischen 3mm und 20mm, vorzugsweise zwischen 3mm und 6mm, ausgebildet ist.

3. Schallwandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Material des Befestigungselements (20) eine technische Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, aufweist.

4. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Material des Befestigungselements (20) Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, aufweist.

5. Schallwandleranordnung nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (20) zumindest auf der den Wandlerelementen (10) zugewandten Seite mit einer vorzugsweise vollflächigen Metallisierungsschicht (22) versehen ist.

Schallwandleranordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Metallisierungsschicht (22) eine Dicke zwischen 8μηι und 20μηι und einen elektrischen Flächenwiderstand von etwa 0,015Ω aufweist, und dass zwischen dem Befestigungselement (20) und der Metallisierungsschicht (22) eine Haftfestigkeit zwischen 170N/mm² und 230N/mm², vorzugsweise etwa 200N/mm², ausgebildet ist.

Schallwandleranordnung nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Befestigungselement (20) auf der den Wandlerelementen (10) abgewandten Seite mit einer Metallisierungsschicht (36, 37; 55) versehen ist oder aus Metall besteht, und dass die beiden Seiten des

Befestigungselements (20) mittels einer an einer Seitenfläche (52) des Befestigungselements (20) angeordneten weiteren Metallisierungsschicht (53), oder mittels eines Verbindungselements (35), insbesondere in Form einer Flexfolie, oder mittels in dem Befestigungselement (20) angeordneter Durchgangsöffnungen (51) zur Ausbildung von Durchkontaktierungen elektrisch leitend miteinander verbunden sind. 8. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Trägerelement (11) mittels eines Leitklebers (23) mit dem

Befestigungselement (20) verbunden ist. 9. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Befestigungselement (20) wenigstens zwei Teileelemente (61 , 62) aufweist, ein erstes Teilelement (61), das eine insbesondere eine

geschlossene Kontur aufweisende Ausnehmung (63) hat, und ein zweites Teilelement (62), das unter Ausbildung eines Spalts (65) in der Ausnehmung

(63) angeordnet ist, wobei der Spalt (65) zumindest bereichsweise mit einem Elastomer (66) ausgefüllt ist, und dass auf jedem der Teilelemente (61 , 62) wenigstens zwei Wandlerelemente (10) angeordnet sind.

10. Schallwandleranordnung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf dem ersten oder zweiten Teilelement (61 , 62) mehrere, als

Senderelemente wirkende, parallel geschaltete Wandlerelemente (10) angeordnet sind, und dass auf dem zweiten oder ersten Teilelement (62, 61) als Empfangselemente wirkende Wandlerelemente (10) angeordnet sind.

1 1. Schallwandleranordnung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägerelemente (11) der Wandlerelemente (10) einen U-förmigen Querschnitt mit einer rechteckförmigen schallwirksamen Fläche (12) aufweisen, und dass die Längsachsen (67) der als Senderelemente wirkenden Wandlerelemente (10) vorzugsweise um 90Grad gedreht zur Längsachse (68) zumindest einiger als Empfangselemente wirkender Wandlerelemente (10) angeordnet sind. 12. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass im Bereich der Trägerelemente (11) und/oder zwischen

Trägerelemente (11) vorhandene Zwischenräume mit einer

Dämpfungsmasse (47) ausgefüllt sind.

13. Schallwandleranordnung nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Befestigungselement (20) außerhalb von Befestigungsbereichen (24, 25) mit den Trägerelementen (1 1) wenigstens eine Durchgangsöffnung (48) zum Zuführen der Dämpfungsmasse (47) in die Zwischenräume aufweist.

14. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (20) und/oder die Trägerelemente (11) oberflächenbehandelt sind, insbesondere durch eine Plasmabehandlung oder durch Beizen. 15. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass diese als Bestandteil eines Assistenzsystems, vorzugsweise eines Fahrerassistenzsystems in einem Kraftfahrzeug, oder eines Steuerungsoder Regelungssystems ausgebildet ist.