WO2019057375A1 - Schallwandler - Google Patents

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WO2019057375A1
WO2019057375A1 PCT/EP2018/070547 EP2018070547W WO2019057375A1 WO 2019057375 A1 WO2019057375 A1 WO 2019057375A1 EP 2018070547 W EP2018070547 W EP 2018070547W WO 2019057375 A1 WO2019057375 A1 WO 2019057375A1
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decoupling element
housing
sound transducer
diaphragm pot
plastic material
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PCT/EP2018/070547
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English (en)
French (fr)
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Andre Gerlach
Marko Liebler
Bernd SCHEUFELE
Johannes HENNEBERG
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US16/645,245 priority patent/US20200294481A1/en
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    • G01S2015/938—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details in the bumper area

Definitions

  • the invention relates to a sound transducer, which has a diaphragm pot, a transducer element and a housing.
  • the diaphragm pot has a
  • the sound transducer has a
  • the invention relates to a method for producing the sound transducer.
  • Ultrasonic sensors are used inter alia in automotive and
  • Objects in the environment can be detected by emitting an ultrasonic signal through the ultrasonic sensor and reflecting it from an object
  • Emission of the ultrasonic signal and receiving the ultrasonic echo and the known speed of sound can then be calculated the distance to the object.
  • Decoupling elements mounted between ultrasonic sensor and installation environment are made of flexible materials with high material damping, such as silicone.
  • this can be called the document DE 10 2015 115 419 AI, in which a decoupling element is plugged in the form of a rubber ring on the diaphragm pot and thus centered the diaphragm pot on the one hand in the installed position and on the other hand decoupled vibration mechanical of the outer lining part.
  • the invention is based on the object, a
  • Ultrasonic sensor proposed which housing, at least one
  • Group in this case has a diaphragm pot and at least one electro-acoustic transducer element.
  • the diaphragm pot comprises a vibratory
  • the transducer element is designed to stimulate the membrane to vibrate and / or vibrations of the
  • the diaphragm pot and at least a portion of the housing are formed of a plastic material.
  • the decoupling element is designed to decouple the diaphragm pot and / or the at least one part of the housing in terms of vibration from an external environment of the sound transducer. A material which is good for this
  • Has damping properties for example, is silicone.
  • the external environment of the sound transducer is in particular a
  • Ultrasonic sensors usually installed in recesses on the bumper.
  • the at least one decoupling element is integrated in particular in the wall of the diaphragm pot.
  • the at least one decoupling element is integrated in the at least one part of the housing.
  • the structure of the transducer is substantially simplified compared to conventionally manufactured sound transducers whose components are mounted individually.
  • the sound transducer also gains robustness against environmental influences.
  • the at least one part of the housing and the functional group of the sound transducer in one piece or as a component of the
  • materials with very good suitability carbon, glass or aramid fiber can be reinforced
  • Epoxy resins are used. Due to the integral formation of the at least one part of the housing, the functional group of the
  • the at least one decoupling element is arranged between the external environment of the sound transducer and the diaphragm pot and / or the at least one part of the housing.
  • the external environment of the sound transducer is in particular the installation environment of the sound transducer.
  • the wall of the diaphragm pot is often directly on the
  • the at least one part of the housing is in particular the part of the housing which directly adjoins the housing
  • the decoupling element disposed in the space can particularly effectively prevent the transfer of vibrations between the at least one part of the housing and the installation environment.
  • the decoupling element has at least one recess.
  • the recess is a hole recess of the decoupling element.
  • the diaphragm pot and / or the at least one part of the housing has in this case a
  • Plastic bolt which passes through the hole recess and thus positively protects the decoupling element against radial displacement.
  • a cohesive connection so that the decoupling element can not solve axially.
  • This provides a simple way to place the decoupling element in the Membrantopf, in particular in the wall of the diaphragm pot and / or the at least part of the housing to integrate.
  • this form-fitting and cohesive connection between the at least one decoupling element and the diaphragm pot and / or the at least one part of the housing is designed to be non-detachable. This results in a more robust construction of the sound transducer compared to eg a conventional sound transducer, in which the decoupling element releasably to the corresponding
  • the recess of the decoupling element can also be an undercut of the
  • the decoupling element is at least partially in the
  • the encircling decoupling element has, for example, a partial region which has a greater wall thickness than the remaining region of the decoupling element. The part with the thicker wall thickness is completely enclosed by the plastic material, so that a
  • the at least one decoupling element adheres to the
  • Plastic material in particular a thermosetting plastic, the functional group of the sound transducer such that the
  • Decoupling element with the at least one part of the housing and / or with the wall of the diaphragm pot is materially connected.
  • Plastic material can be used here, for example, epoxy resin. This cohesive connection between diaphragm pot and
  • Decoupling element and / or the at least part of the housing and the decoupling element can be realized when the Decoupling element is wetted during the manufacturing process by the plastic material.
  • a thermoset material is preferably used as the plastic material. Due to the adhesive properties of the material, there is a non-detachable cohesive connection between the diaphragm pot and / or housing with the at least one decoupling element. This cohesive connection is comparable to an adhesive bond, but no adhesive is used, but the adhesive material property of the base material is used for the connection. It should be noted here that the adhesive properties of the material of the housing and / or the wall of the diaphragm pot with the adhesive properties of the material of the decoupling element are coordinated to achieve a durable durable cohesive connection.
  • Decoupling element can be combined with the cohesive variants.
  • the manufacturing method according to the invention enables the simple and economical production of a swirl converter, e.g. for one
  • Ultrasonic sensor based on at least one decoupling element integrated in the diaphragm cup.
  • labor-intensive assembly steps for coupling the decoupling element to the diaphragm pot can be dispensed with during manufacture, which results in a simplified process
  • the at least one decoupling element is first introduced into a first cavity of a tool of an injection molding machine. Subsequently, the injection of a plastic material into the first cavity, wherein the decoupling element is at least partially applied to the plastic material. Alternatively or additionally, the decoupling element is at least partially filled by the injected plastic material. Further alternatively or additionally, the decoupling element is at least partially enclosed by the plastic material, so that it is at least partially embedded in the plastic material after curing of the plastic material.
  • the result is a diaphragm pot according to the main claim with a wall, with a vibrating membrane and with a decoupling element.
  • Decoupling element is in the diaphragm pot, in particular in the wall of the Integrated membrane pot.
  • the plastic material is not injected, but preferably poured into a mold.
  • Housing be manufactured as a one-piece overall component in one step.
  • the structure of the transducer is thus further simplified and made more robust.
  • at least one electroacoustic transducer element is preferably introduced into a second cavity of the tool of the injection molding machine.
  • the plastic material is injected into the second cavity, so that the at least one transducer element is at least partially enclosed by the plastic material and the transducer element in the
  • Figure 1 shows schematically a sound transducer after a first
  • Embodiment of the invention with a connector housing.
  • Figure 2 shows schematically a sound transducer after a second
  • Embodiment of the invention with a connector housing.
  • FIG. 3 shows schematically a sound transducer after a third one
  • FIG. 4 shows schematically a sound transducer according to a fourth embodiment
  • FIG. 5 shows schematically a sound transducer according to a fifth embodiment
  • FIG. 6 shows schematically a sound transducer after a sixth
  • FIG. 7 shows schematically a flow chart of a possible embodiment of a method according to the invention for producing a surge converter.
  • FIG. 1 schematically shows a section through a surge transducer 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the sound transducer has a
  • the surge transducer comprises a functional group 2, which is integral with the housing.
  • the functional group comprises a diaphragm pot 6 with a vibratory membrane 8 and a peripheral wall 7.
  • the membrane 8 can be
  • the membrane has portions with a reduced thickness or a reduced wall thickness.
  • the geometric design of these areas will be the
  • the diaphragm pot 6 is made in one piece in this example.
  • the sound transducer 1 further comprises a transducer element 3, which is integrated in the membrane 8 in this example.
  • the decoupling element 9a is materially connected to the wall 7 of the diaphragm pot 6 and thus integrated into the wall of the diaphragm pot 7. The decoupling element 9a adheres to the outside of the wall 7 in this example.
  • the surge transducer 1 is installed in a component 12a in this first embodiment.
  • the component 12a may represent, for example, a bumper of a vehicle.
  • the decoupling element 9a can be prevented that vibrations from the diaphragm pot 6 can be transmitted to the component and vice versa.
  • FIG. 2 shows a decoupling element 9b, which is materially integrated both in the wall 7 of the diaphragm pot 6 and in a part of the housing 5.
  • the decoupling element 9b can be prevented that vibrations from the diaphragm pot 6 or the part of the Housing 5 can be transferred to the external environment of the transducer and vice versa.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which the
  • Decoupling element 9c is embedded on one side in the diaphragm pot 7.
  • the decoupling element bears against the peripheral edge 13 and is better protected against slipping by introduced shear forces.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of the invention
  • the decoupling element 9d is at least partially embedded in the diaphragm pot 6 such that the at least one
  • Decoupling element 9d is positively connected to the diaphragm pot 6.
  • the circulating decoupling element 9d in this case has a partial region 14 which has a thicker wall thickness than the remaining region of the
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the invention
  • the circumferential decoupling element 9e has a recess 15 in the form of an undercut.
  • the plastic material of the diaphragm pot 7 fills this undercut such that the
  • Decoupling element 9e is positively connected to the diaphragm pot 7.
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the invention
  • the decoupling element 9f has a recess 16 in the form of a hole recess.
  • This recess 16 is of the
  • Decoupling element 9f is positively connected to the diaphragm pot 7.
  • the decoupling element in the fourth, fifth and sixth embodiments, it would also be conceivable for the decoupling element to be additionally connected in a materially bonded manner to the diaphragm pot, in particular to the wall of the diaphragm pot. Also a combination of different positive locking
  • FIG. 5 illustrates the sequence of a production method according to the invention for a sound transducer according to the invention.
  • step 100 a plastic processing tool having a first cavity is provided, the shape of which is adapted to the desired shape of the sound transducer.
  • step 110 at least one decoupling element is introduced into the first cavity.
  • a plastic material such as an epoxy resin
  • a plastic material is injected into the first cavity, thereby forming a diaphragm cup having a wall, a vibratable diaphragm and a decoupling element.
  • the at least one decoupling element is in this case integrated in the diaphragm pot, in particular in the wall of the diaphragm pot.
  • the decoupling element lies at least partially on the
  • the housing can also be formed in one component.
  • step 140 optionally after a solidification time, the component is removed.
  • At least one electroacoustic transducer element is introduced into a second cavity of the tool of the injection molding machine.
  • the at least one transducer element is at least partially enclosed by the plastic material and integrated into the oscillatory membrane.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Schallwandler (1), insbesondere für einen Ultraschallsensor, welcher ein Gehäuse (5), mindestens ein Entkopplungselement (9a) und eine funktionale Gruppe (2) aufweist. Die funktionale Gruppe (2) weist hierbei einen Membrantopf (7) und mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement (3) auf. Der Membrantopf (7) umfasst eine schwingungsfähige Membran (8) und eine umlaufende Wandung (6) sowie mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement (3), wobei das Wandlerelement (3) ausgebildet ist, die Membran (8) zu Schwingungen anzuregen und/oder Schwingungen der Membran (8) in elektrische Signale zu wandeln. Der Membrantopf (7) und mindestens ein Teil des Gehäuses (5) sind aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Das Entkopplungselement (9a) ist dazu ausgebildet, den Membrantopf (7) und/oder das mindestens eine Teil des Gehäuses (5) schwingungsmechanisch von einer äußeren Umgebung des Schallwandlers (1) zu entkoppeln. Erfindungsgemäß ist das Entkopplungselement (9a) in dem Membrantopf (7), insbesondere in der Wandung (6) des Membrantopfs (7) und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) integriert.

Description

Beschreibung Titel
Schallwandler Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Schallwandler, welcher einen Membrantopf, ein Wandlerelement und ein Gehäuse aufweist. Der Membrantopf weist eine
Membran und eine Wandung auf. Zusätzlich weist der Schallwandler ein
Entkopplungselement auf. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des Schallwandlers.
Ultraschallsensoren werden unter anderem in Automobil- und
Industrieanwendungen zur Erfassung des Umfelds eingesetzt. Objekte in der Umgebung können erkannt werden, indem durch den Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von einem Objekt reflektierte
Ultraschallecho wieder empfangen wird. Aus der Laufzeit zwischen dem
Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Ultraschallechos sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit kann dann die Entfernung zu dem Objekt berechnet werden.
Um eine schwingungsmechanische Entkopplung zwischen Ultraschallsensor und dessen Einbauumgebung zu gewährleisten, werden aktuell
Entkopplungselemente zwischen Ultraschallsensor und Einbauumgebung montiert. Die Entkopplungselemente bestehen aus flexiblen Materialien mit hoher Materialdämpfung, wie zum Beispiel Silikon. Als Beispiel kann hierzu die Schrift DE 10 2015 115 419 AI genannt werden, in der ein Entkopplungselement in Form eines Gummirings auf den Membrantopf aufgesteckt wird und somit den Membrantopf einerseits in der Einbaulage zentriert und ihn andererseits schwingungsmechanisch von dem Außenverkleidungsteil entkoppelt.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen
Schallwandler mit vereinfachtem Herstellungsverfahren und einem vereinfachten Aufbau zu entwickeln. Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schallwandler, insbesondere für einen
Ultraschallsensor, vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse, mindestens ein
Entkopplungselement und eine funktionale Gruppe aufweist. Die funktionale
Gruppe weist hierbei einen Membrantopf und mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement auf. Der Membrantopf umfasst eine schwingungsfähige
Membran und eine umlaufende Wandung sowie mindestens ein
elektroakustisches Wandlerelement, wobei das Wandlerelement ausgebildet ist, die Membran zum Schwingungen anzuregen und/oder Schwingungen der
Membran in elektrische Signale zu wandeln. Der Membrantopf und mindestens ein Teil des Gehäuses sind aus einem Kunststoff material ausgebildet. Das Entkopplungselement ist dazu ausgebildet, den Membrantopf und/oder das mindestens eine Teil des Gehäuses schwingungsmechanisch von einer äußeren Umgebung des Schallwandlers zu entkoppeln. Ein Material, welches hierfür gute
Dämpfungseigenschaften aufweist, ist beispielsweise Silikon. Bei der äußeren Umgebung des Schallwandlers handelt es sich insbesondere um eine
Einbauumgebung des Schallwandlers. In Fahrzeugen werden
Ultraschallsensoren üblicherweise in Aussparungen am Stoßfänger verbaut.
Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Entkopplungselement in dem
Membrantopf integriert. Hierbei ist das mindestens eine Entkopplungselement insbesondere in der Wandung des Membrantopfs integriert. Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß das mindestens eine Entkopplungselement in dem mindestens einen Teil des Gehäuses integriert. Durch die Integration des
Entkopplungselements und die somit einteilige Ausgestaltung der funktionellen Gruppe und/oder des mindestens einen Teil des Gehäuses zusammen mit dem Entkopplungselement wird der Aufbau des Schallwandlers wesentlich vereinfacht gegenüber konventionell hergestellten Schallwandlern, deren Komponenten einzeln montiert werden. Zudem erlangt der Schallwandler zusätzlich Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen. Hierbei können in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das mindestens eine Teil des Gehäuses und die funktionale Gruppe des Schallwandlers einstückig bzw. als ein Bauteil aus dem
Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Hierzu kann ein thermoplastischer oder duroplastischer Werkstoff verwendet werden. Alternativ können in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung das mindestens eine Teil des Gehäuses und die funktionale Gruppe des Schallwandlers einstückig bzw. als ein Bauteil als ein Faser- Kunststoff- Verbundbauteil ausgestaltet sein. Als Werkstoffe mit sehr guter Eignung können hierbei Kohle-, Glas- oder Aramidfaser verstärkte
Epoxidharze verwendet werden. Durch die einstückige Ausbildung des mindestens einen Teils des Gehäuses, der funktionale Gruppe des
Schallwandlers, sowie dem integrierten Entkopplungselement ergibt sich ein Schallwandler mit einfachem und besonders robustem Aufbau.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Entkopplungselement zwischen der äußeren Umgebung des Schallwandlers und dem Membrantopf und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses angeordnet. Bei der äußeren Umgebung des Schallwandlers handelt es sich insbesondere um die Einbauumgebung des Schallwandlers. Die Wandung des Membrantopfs liegt oft direkt an der
Einbauumgebung des Schallwandlers an, wodurch das im Zwischenraum angeordnete Entkopplungselement besonders wirksam den Übertrag von Schwingungen zwischen dem Membrantopf und der Einbauumgebung verhindern kann. Bei dem mindestens einen Teil des Gehäuses handelt es sich insbesondere um den Teil des Gehäuses, welches direkt an der
Einbauumgebung des Schallwandlers anliegt. Somit kann das im Zwischenraum angeordnete Entkopplungselement besonders wirksam der Übertrag von Schwingungen zwischen dem mindestens einen Teil des Gehäuses und der Einbauumgebung verhindern.
Vorzugsweise weist das Entkopplungselement mindestens eine Aussparung auf. Das Kunststoffmaterial, aus welchem der Membrantopf und das mindestens eine Teil des Gehäuses ausgebildet sind, füllt diese Aussparung hierbei derart aus, dass das mindestens eine Entkopplungselement formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Membrantopf und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses verbunden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Aussparung um eine Lochaussparung des Entkopplungselements. Der Membrantopf und/oder das mindestens eine Teil des Gehäuses weist in diesem Fall einen
Kunststoffbolzen auf, welcher durch die Lochaussparung hindurchläuft und so das Entkopplungselement formschlüssig verbunden gegen radiale Verschiebung schützt. Außerdem kommt es bei dieser Ausgestaltung zu einer stoffschlüssigen Verbindung, sodass sich das Entkopplungselement auch axial nicht lösen kann. Dies stellt eine einfache Methode dar, um das Entkopplungselement in dem Membrantopf, insbesondere in der Wandung des Membrantopfs und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses zu integrieren. Vorzugsweise ist diese formschlüssige und stoffschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einen Entkopplungselement und dem Membrantopf und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses nicht lösbar ausgeführt. Somit ergibt sich ein robusterer Aufbau des Schallwandlers gegenüber z.B. einem herkömmlichen Schallwandler, bei welchem das Entkopplungselement lösbar auf die entsprechende
Komponente aufgesteckt wird. Vorzugsweise kann es sich bei der Aussparung des Entkopplungselements auch um eine Hinterschneidung des
Entkopplungselements handeln. Diese Hinterschneidung wird von dem
Kunststoffmaterial ausgefüllt, sodass das mindestens eine Entkopplungselement formschlüssig mit dem Membrantopfs und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses verbunden wird. Durch die Hinterschneidung ist die formschlüssige Verbindung nicht lösbar ausgeführt. Vorzugsweise herrscht hierbei zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung vor.
Vorzugsweise ist das Entkopplungselement zumindest teilweise in dem
Membrantopf und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses derart eingebettet, dass das mindestens eine Entkopplungselement formschlüssig mit der Membrantopf und/oder mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses verbunden ist. Hierzu weist das umlaufende Entkopplungselement beispielsweise einen Teilbereich auf, der eine größere Wandstärke aufweist als der restliche Bereich des Entkopplungselements. Der Teilbereich mit der dickeren Wandstärke ist vollkommen umschlossen von dem Kunststoffmaterial, sodass eine
formschlüssige Verbindung mit dem Membrantopf und/oder mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses entsteht.
Bevorzugt haftet das mindestens eine Entkopplungselement an dem
Kunststoffmaterial, insbesondere einem duroplastischen Kunststoff, der funktionellen Gruppe des Schallwandlers derart an, dass das
Entkopplungselement mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses und/oder mit der Wandung des Membrantopfs stoffschlüssig verbunden ist. Als
Kunststoffmaterial kann hierbei beispielsweise Epoxidharz verwendet werden. Diese stoffschlüssige Verbindung zwischen Membrantopf und
Entkopplungselement und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses und dem Entkopplungselement kann realisiert werden, wenn das Entkopplungselement während des Herstellungsprozess vom Kunststoff material benetzt wird. Hierfür wird als Kunststoff material bevorzugt ein duroplastischer Werkstoff verwendet. Durch die adhäsiven Eigenschaften des Werkstoffs kommt es zu einer nicht lösbaren stoffschlüssigen Verbindung zwischen Membrantopf und/oder Gehäuse mit dem mindestens einen Entkopplungselement. Diese stoffschlüssige Verbindung ist vergleichbar mit einer Klebeverbindung, wobei jedoch kein Klebstoff verwendet wird, sondern die adhäsive Materialeigenschaft des Grundwerkstoffs für die Verbindung verwendet wird. Zu beachten ist hierbei, dass die adhäsiven Eigenschaften des Werkstoffs des Gehäuses und/oder der Wandung des Membrantopfs mit den adhäsiven Eigenschaften des Werkstoffs des Entkopplungselements aufeinander abgestimmt sind, um eine dauerhaft haltbare stoffschlüssige Verbindung zu erreichen.
Bevorzugt können auch formschlüssige Varianten der Integration des
Entkopplungselements mit den stoffschlüssigen Varianten kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht die einfache und wirtschaftliche Herstellung eines Schwallwandlers, z.B. für einen
Ultraschallsensor, auf Grundlage von mindestens einem in den Membrantopf integrierten Entkopplungselement. Dadurch kann in der Herstellung auf arbeitsintensive Montageschritte zur Ankopplung des Entkopplungselements an den Membrantopf verzichtet werden, wodurch sich ein vereinfachter
Aufbauprozess ergibt. In dem Herstellungsverfahren wird zunächst das mindestens eine Entkopplungselement in eine erste Kavität eines Werkzeugs einer Spritzgussmaschine eingebracht. Anschließend erfolgt das Einspritzen eines Kunststoffmaterials in die erste Kavität, wobei das Entkopplungselement zumindest teilweise an dem Kunststoff material anliegt. Alternativ oder zusätzlich wird das Entkopplungselement zumindest teilweise von dem eingespritzten Kunststoffmaterial ausgefüllt. Weiterhin alternativ oder zusätzlich wird das Entkopplungselement zumindest teilweise von dem Kunststoff material umschlossen, sodass es nach der Aushärtung des Kunststoffmaterials zumindest teilweise in dem Kunststoff material eingebettet ist. Es entsteht ein Membrantopf gemäß des Hauptanspruchs mit einer Wandung, mit einer schwingungsfähigen Membran und mit einem Entkopplungselement. Das mindestens eine
Entkopplungselement ist in den Membrantopf, insbesondere in die Wandung des Membrantopfs integriert. Alternativ wird das Kunststoff material nicht eingespritzt, sondern bevorzugt in eine Gussform eingegossen.
Vorzugsweise kann die funktionale Gruppe des Schallwandlers und das
Gehäuse als einteilige Gesamtkomponente in einem Arbeitsschritt gefertigt werden. Der Aufbau des Schallwandlers wird damit weiter vereinfacht und robuster gestaltet. Weiterhin vorzugsweise wird in einem Verfahrensschritt mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement in eine zweite Kavität des Werkzeugs der Spritzgussmaschine eingebracht. In einem folgenden
Verfahrensschritt wird das Kunststoffmaterial in die zweite Kavität eingespritzt, sodass das mindestens eine Wandlerelement zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umschlossen wird und das Wandlerelement in die
schwingungsfähige Membran integriert wird. Dadurch ergibt sich ein
geschlossenes, einstückiges Bauteil mit erhöhter Robustheit gegenüber
Umwelteinflüssen, wie z. B. dem Eindringen von Feuchte oder
Verschmutzungen.
Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer ersten
Ausführungsform der Erfindung mit einem Steckergehäuse.
Figur 2 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung mit einem Steckergehäuse.
Figur 3 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer dritten
Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer vierten
Ausführungsform der Erfindung.
Figur 5 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer fünften
Ausführungsform der Erfindung. Figur 6 zeigt schematisch einen Schallwandler nach einer sechsten
Ausführungsform der Erfindung. Figur 7 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Schwallwandlers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch ein Schnitt durch einen Schwallwandler 1 gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung abgebildet. Der Schallwandler weist ein
Gehäuse 5 mit einem Steckergehäuse 11 auf. Der Schwallwandler umfasst eine funktionale Gruppe 2, die einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt ist. Die funktionale Gruppe umfasst einen Membrantopf 6 mit einer schwingungsfähigen Membran 8 und einer umlaufenden Wandung 7. Die Membran 8 kann
beispielsweise kreisförmig oder elliptisch geformt sein. Die Membran weist Teilbereiche mit einer verringerten Dicke bzw. einer verringerten Wandstärke auf. Durch die geometrische Gestaltung dieser Bereiche werden das
Schwingungsverhalten sowie die Resonanzfrequenz des Schallwandlers 1 bestimmt. Der Membrantopf 6 ist in diesem Beispiel einteilig ausgeführt.
Weiterhin geht die umlaufende Wandung 7 direkt in das Gehäuse 5 über, wobei auch das Steckergehäuse 11 einteilig mit dem Gehäuse 5 ausgeführt ist. Der Schallwandler 1 weist weiterhin ein Wandlerelement 3 auf, welches in diesem Beispiel in der Membran 8 integriert ist. In dieser Ausführungsform ist das Entkopplungselement 9a stoffschlüssig mit der Wandung 7 des Membrantopfs 6 verbunden und somit in die Wandung des Membrantopfs 7 integriert. Das Entkopplungselement 9a haftet in diesem Beispiel an der Außenseite der Wandung 7 an.
Der Schwallwandler 1 ist in dieser ersten Ausführungsform in einem Bauteil 12a eingebaut. Das Bauteil 12a kann beispielsweise ein Stoßfänger eines Fahrzeugs repräsentieren. Durch das Entkopplungselement 9a kann verhindert werden, dass Schwingungen vom Membrantopf 6 auf das Bauteil und anders herum übertragen werden können.
Figur 2 zeigt im Unterschied zu Figur 1 ein Entkopplungselement 9b, welches sowohl in der Wandung 7 des Membrantopfs 6, wie auch in einem Teil des Gehäuses 5 stoffschlüssig integriert ist. Durch das Entkopplungselement 9b kann verhindert werden, dass Schwingungen vom Membrantopf 6 oder vom Teil des Gehäuses 5 auf die äußere Umgebung des Schallwandlers und anders herum übertragen werden können.
Figur 3 zeigt im Unterschied zu Figur 1 eine Ausführung, bei der das
Entkopplungselement 9c auf einer Seite in den Membrantopf 7 eingebettet ist.
Somit liegt das Entkopplungselement an der umlaufenden Kante 13 an und ist besser gegen Verrutschen durch eingebrachte Scherkräfte geschützt.
Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schwallwandlers. Das Entkopplungselement 9d ist hierbei zumindest teilweise in dem Membrantopf 6 derart eingebettet, dass das mindestens eine
Entkopplungselement 9d formschlüssig mit dem Membrantopf 6 verbunden ist. Das umlaufende Entkopplungselement 9d weist hierbei einen Teilbereich 14 auf, der eine dickere Wandstärke aufweist, als der übrige Bereich des
Entkopplungselements. Dieser Teilbereich 14 wird von dem Kunststoffmaterial vollkommen umschlossen, sodass das Entkopplungselement formschlüssig mit dem Membrantopf und/oder mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses verbunden ist. Figur 5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schallwandlers. Hierbei weist das umlaufende Entkopplungselement 9e eine Aussparung 15 in Form einer Hinterschneidung auf. Das Kunststoff material des Membrantopfs 7 füllt diese Hinterschneidung derart aus, dass das
Entkopplungselement 9e formschlüssig mit dem Membrantopf 7 verbunden ist.
Figur 6 zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schallwandlers, wobei das Entkopplungselement 9f eine Aussparung 16 in Form einer Lochaussparung aufweist. Diese Aussparung 16 wird von dem
Kunststoffmaterial des Membrantopfs 7 derart ausgefüllt, dass das
Entkopplungselement 9f formschlüssig mit dem Membrantopf 7 verbunden ist.
Bei der vierten, fünften und sechsten Ausführungsform wäre außerdem noch vorstellbar, dass das Entkopplungselement zusätzlich stoffschlüssig mit dem Membrantopf, insbesondere mit der Wandung des Membrantopfs verbunden wäre. Auch eine Kombination der unterschiedlichen formschlüssigen
Verbindungen wäre vorstellbar. Figur 5 stellt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für einen erfindungsgemäßen Schallwandler dar.
In Schritt 100 wird ein Kunststoffverarbeitungswerkzeug mit einer ersten Kavität bereitgestellt, deren Form der gewünschten Form des Schallwandlers angepasst ist.
In Schritt 110 wird mindestens ein Entkopplungselement in die erste Kavität eingebracht.
In Schritt 130 wird ein Kunststoffmaterial, beispielsweise ein Epoxidharz in die erste Kavität eingespritzt, wodurch ein Membrantopf mit einer Wandung, mit einer schwingungsfähigen Membran und mit einem Entkopplungselement ausgebildet wird. Das mindestens eine Entkopplungselement ist hierbei in den Membrantopf, insbesondere in die Wandung des Membrantopfs integriert. Zur Integration liegt das Entkopplungselement zumindest teilweise an dem
Kunststoffmaterial an und/oder wird von dem Kunststoffmaterial zumindest teilweise ausgefüllt und/oder von dem Kunststoff material zumindest teilweise umschlossen. Ist die erste Kavität entsprechend ausgestaltet, kann zusätzlich zu dem Membrantopf mit der Wandung, der schwingungsfähigen Membran und dem mindestens einen Entkopplungselement auch das Gehäuse in einem Bauteil ausgebildet werden.
In Schritt 140 wird, gegebenenfalls nach einer Erstarrungsdauer, das Bauteil entnommen.
In einem auf den Verfahrensschritt 110 folgenden optionalen Verfahrensschritt 120 wird mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement in eine zweite Kavität des Werkzeugs der Spritzgussmaschine eingebracht. Bei dem
anschließenden Einspritzen des Kunststoffmaterials wird das mindestens eine Wandlerelement zumindest teilweise von dem Kunststoff material umschlossen und in die schwingungsfähige Membran integriert.

Claims

Ansprüche
1. Schallwandler (1), aufweisend
ein Gehäuse (5), und
mindestens ein Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), und
eine funktionale Gruppe (2), wobei die funktionale Gruppe (2)
- einen Membrantopf (7), und
- mindestens ein elektroakustisches Wandlerelement (3)
aufweist,
wobei der Membrantopf (7) eine schwingungsfähige Membran (8) und eine Wandung (6) aufweist,
wobei das mindestens eine Wandlerelement (3) ausgebildet ist, die Membran (8) zu Schwingungen anzuregen und/oder Schwingungen der Membran (8) in elektrische Signale zu wandeln,
wobei zumindest der Membrantopf (7) und mindestens ein Teil des Gehäuses (5) aus einem Kunststoff material ausgebildet sind,
wobei das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) dazu ausgebildet ist, den Membrantopf (7) und/oder das mindestens eine Teil des Gehäuses (5) schwingungsmechanisch von einer äußeren Umgebung des Schallwandlers (1), insbesondere einer Einbauumgebung des Schallwandlers (1), zu entkoppeln,
dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f)) in dem Membrantopf (7), insbesondere in der Wandung (6) des Membrantopfs (7) und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) integriert ist.
2. Schallwandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) zwischen der äußeren Umgebung des Schallwandlers (1), insbesondere der Einbauumgebung des Schallwandlers (1), und dem Membrantopf (7) und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) angeordnet ist.
3. Schallwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) mindestens eine Aussparung (15, 16) aufweist, wobei das Kunststoff material die Aussparung (15, 16) derart ausfüllt, dass das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Membrantopf (7) und/oder mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) verbunden ist.
4. Schallwandler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aussparung (15) eine Hinterschneidung repräsentiert.
5. Schallwandler (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aussparung (16) eine Lochaussparung repräsentiert.
6. Schallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) zumindest teilweise in dem
Membrantopf (7) und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) derart eingebettet ist, dass das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) formschlüssig mit dem Membrantopf (7) und/oder mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) verbunden ist.
7. Schallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Gruppe (2) des Schallwandlers (1) und das mindestens eine Teil des Gehäuses (5) einstückig
aus dem Kunststoffmaterial, oder
als ein Faser- Kunststoff- Verbundbauteil
ausgestaltet sind.
8. Schallwandler (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) an dem Kunststoffmaterial, insbesondere einem duroplastischen Kunststoff, der funktionellen Gruppe (2) des Schallwandlers (1) derart anhaftet, dass das Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) mit dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) und/oder mit der Wandung (6) des Membrantopfs (7) stoffschlüssig verbunden ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Schallwandlers nach einem der Ansprüche 1
bis 8, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
Einbringen (100) mindestens eines Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) in eine erste Kavität eines Werkzeugs einer Spritzgussmaschine, und
Einspritzen (110) eines Kunststoff material in die erste Kavität, wobei das
Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) zumindest teilweise - an dem Kunststoff material anliegt, und/oder
- von dem Kunststoffmaterial ausgefüllt wird, und/oder
- von dem Kunststoff material umschlossen wird,
wodurch ein Membrantopf (7) mit einer Wandung (6), mit einer
schwingungsfähigen Membran (8) und mit einem Entkopplungselement (9a,
9b, 9c, 9d, 9e, 9f) ausgebildet wird, wobei das mindestens eine
Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) in den Membrantopf (7), insbesondere in die Wandung (6) des Membrantopfs (7) integriert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kavität des Werkzeugs der Spritzgussmaschine derart ausgebildet ist, dass beim Einspritzen des Kunststoffmaterials in die erste Kavität, der Membrantopf (7) einteilig mit einem Gehäuse (5) des Schallwandlers (1) ausgebildet wird, wobei das mindestens eine Entkopplungselement (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) in den Membrantopf (7), insbesondere in die Wandung (6) des Membrantopfs (7) und/oder dem mindestens einen Teil des Gehäuses (5) integriert ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte aufweist:
Einbringen (120) mindestens eines elektroakustisches Wandlerelement (3) in eine zweite Kavität des Werkzeugs der Spritzgussmaschine, und Einspritzen (110) des Kunststoffmaterials in die zweite Kavität, wobei das mindestens eine Wandlerelement (3) zumindest teilweise von dem
Kunststoffmaterial umschlossen wird, wobei das Wandlerelement (3) in die schwingungsfähige Membran (8) integriert ist.
12. Ultraschallsensor mit einem Schallwandler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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