DE10000924B4

DE10000924B4 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE10000924B4
Application number: DE2000100924
Authority: DE
Inventors: Dieter Falzewski; Thomas Sack; Stefan Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: DE10000924A1

Abstract

Ultraschallsensor für eine Abstandsmesseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik, einer Membran und einem Resonanzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit dem Resonanzkörper von dem Gehäuse (1) mit der Elektronik und dem elektrischen Verbindungselement (2) mechanisch getrennt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für eine Abstandsmesseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik, einer Membran und einem Resonanzkörper.
Derartige Ultraschallsensoren sind beispielsweise aus der DE 34 41 684 A1 oder der DE 197 55 729 A1 bekannt. Sie werden zur Realisierung elektronischer Einparkhilfen verwendet, wobei sie entweder nur im Heckbereich oder im Heckbereich sowie im Frontbereich des Kraftfahrzeuges montiert werden. Je nach der gewünschten Größe des zu erfassenden Messbereichs werden derzeit meist zwei bis sechs Sensoren im Heckbereich bzw. im Frontbereich montiert. Aus akustischen Gründen liegt der optimale bzw. akzeptable Einbaubereich der Sensoren meistens im Stoßfänger oder im Spoilerbereich. Das geometrische Abbild der wirksamen Wellenfronten von abgestrahlter und empfangener, d. h. von einem Hindernis reflektierter Schalleistung ist mit einer Keule vergleichbar, deren Ursprung am Sensor liegt. Um störende Bodenechos zu vermeiden und um den Erfassungsbereich in der Vertikalen groß genug zu halten, werden die Sensoren meistens genau in horizontaler Ausrichtung oder mit einer Winkelanstellung nach oben montiert.
Derzeit erhältliche Ultraschallsensoren haben ein relativ großes, für viele akustisch günstige Einbauorte sogar viel zu großes Einbauvolumen. Man ist daher bemüht, Ultraschallsensoren zu schaffen, die ein möglichst kleines Einbauvolumen aufweisen (vgl. hierzu auch die in der DE 34 41 684 A1 und der DE 197 55 729 A1 angegebenen Aufgabenstellungen).
Die DE 3441 684 A1 offenbart einen Ultraschallwandler, der eine elliptische Membran und einen elliptischen piezoelektrischen Keramikkörper aufweist.
Die DE 197 55 729 A1 betrifft einen Ultraschallsensor bestehend aus einem Gehäuse mit einer Steckverbindung, einem Ultraschallwandler und einer Leiterplatte. Das Gehäuse ist in einem Träger und eine den Träger umschließende Haube unterteilt.
Die DE 38 12 182 A1 betrifft die Befestigung von Ultraschallwandlern in der Öffnung einer Stoßstange eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wandlergehäuse mit einem Flansch auf der einen Seite der Stoßstange anliegt und an der Gegenseite über ein federndes Befestigungselement abgestützt ist.
Die DE 197 31 329 C1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Druck und Temperatur eines Gases in einem Hohlraum mittels eines sowohl als Druckmesselement wie auch als Ultraschallwandlerelement zur Temperaturbestimmung ausgelegten Messelements.
Die DE 197 56 462 A1 betrifft einen Ultraschallwandler mit einem topfähnlichen Gehäuse mit einer ringförmigen Wandung und einem membranartigen Boden. Die Anschlussleitungen sind fixiert und ausgerichtet in den Ultraschallwandler eingeführt und der Ultraschallwandler ist mit einem Stopfen verschlossen.
Die DE 40 13 665 C2 offenbart einen Sensor zum Nachweisen eines Stoffes oder zum Messen der Konzentration desselben in einer Flüssigkeit mittels eines piezoelektrischen Schwingquarzsensors.
Die DE 11 05 211 A betrifft einen Unterwasserübertrager für Schall- und Ultraschallschwingungen mit einem wasserdichten Gehäuse, welches zwischen einer Vorder- und einer Rückwand einen Hohlraum enthält, indem sich ein Schwingungskörper befindet. Ein elektromechanisch ansprechendes Keramikelement ist zwischen einem vorderen und einem hinteren Massenteil von verschiedener Dichte eingefügt, die mechanisch mit dem Keramikteil verbunden sind. Der vordere Massenteil hat eine geringere Dichte als der hintere Massenteil und einen größeren Durchmesser als der Keramikteil. Die vorderen und hinteren Massenteile sind mit der entsprechenden Vorder- bzw. Rückwand des Gehäuses verbunden.
Der aus der DE 197 55 729 A1 bekannte Ultraschallsensor ist in 3 der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt. Der Sensor besteht im Wesentlichen aus einem Sensorgehäuse 1 mit einer darin angeordneten Elektronik, die auf einer Leiterplatte montiert ist, einer Steckverbindung 2 und einem Membranteil 3, bestehend aus der akustisch wirksamen Membran und einem Resonanzkörper. Wenn ein solcher Sensor bei tieferen Einbaulagen nach oben gekippt montiert werden muß, vergrößert sich das notwendige Einbauvolumen meist noch zusätzlich. Auch kommt es häufig zu unüberwindbaren Einbauschwierigkeitkeiten, wenn der Sensor aus akustischen Gründen im Stoßfänger des Kraftfahrzeuges so plaziert werden muß, daß er im Bereich des Trägers des Stoßfängers liegt. Es kann dann nur ein akustisch ungünstigerer Einbauort mit entsprechenden Leistungseinbußen gewählt werden. Außerdem muß für die relativ große Masse des Sensors ein massiver Halter realisiert werden, und zwar insbesondere wegen der lageabhängigen Meßgenauigkeit des Sensors, da schon kleine Abweichungen von der Soll-Lage zu Fehlmessungen führen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit optimalen Leistungseigenschaften auch an einem relativ wenig Platz bietenden, jedoch akustisch günstigen Einbauort montierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran mit dem Resonanzkörper von dem Gehäuse mit der Elektronik und dem elektrischen Verbindungselement mechanisch getrennt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung schafft folgende Vorteile:

– Das aus der Membran und dem Resonanzkörper bestehende Membranteil des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors kann wegen seines kleinen Volumens und seiner geringen Masse mit einem einfachen und kostengünstigen Halter direkt am Stoßfängerhalter oder direkt an der Stoßfängerabdeckung montiert werden, gegebenenfalls auch zusammen mit einem sichtbaren Designteil auf der Stoßfängerabdeckung.
– Das Membranteil kann wegen seines kleinen Volumens einfach und preiswert im akustisch günstigen Bereich, zum Beispiel zwischen Stoßfängerträger und Stoßfängerabdeckung, montiert werden, was bei der relativ großen, ungetrennten Bauform gemäß 3 der Zeichnung häufig gar nicht oder nur mit einem hohen mechanischen und finanziellen Aufwand für Stoßfänger und/oder Spoileränderungen sowie mit hohem Kosten- und Zeitaufwand für Werkzeugänderungen möglich wäre.
– Das Sensorgehäuse mit der dann befindlichen Elektronik kann an einem günstigen Einbauort montiert werden, zum Beispiel im eigentlichen Stoßfängerträger. Der Halter für das relativ schwere, die Elektronik und die Steckverbindung umfassende Sensorgehäuse kann im nicht sichtbaren Bereich einfach und ohne Bauteil-Mehrkosten im Stoßfängerhalter integriert werden, und zwar ohne daß hierfür ein separater Halter benötigt wird.
– Durch den vereinfachten Sensoreinbau, der aus dem reduzierten „kritischen” Einbauvolumen sowie der insoweit verringerten Masse resultiert, kann die durch die derzeitige Bauform gemäß 3 der Zeichnung bedingte Variantenzahl der Stoßfänger und/oder Spoiler in der Kraftfahrzeug-Serienfertigung reduziert werden. Dies führt zu signfikanten Einsparungen im Werkzeug- und Logistikbereich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors besteht darin, daß die Membran über eine verdrillte und/oder abgeschirmte elektrische Verbindungsleitung mit dem Gehäuse verbunden ist. Hierdurch wird eine Erhöhung der elektrischen Störfestigkeit des Sensors erreicht.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ultraschallsensors besteht darin, daß an der innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik mehrere, jeweils aus einer Membran und einem Resonanzkörper gebildete Membranteile angeschlossen sind. Somit lassen sich zum Beispiel zur Kostenreduzierung je nach Einbausituation zwei oder mehr Membranteile auf eine gemeinsame Elektronik im Sensorgehäuse führen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ultraschallsensors sind in den 1 und 2 der Zeichnung schematisch dargestellt.
Der in 1 dargestellte Ultraschallsensor besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement 2, bei dem es sich um einen Steckverbinder oder eine elektrische Verbindung in Kabelschwanzausführung handelt, einer innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Elektronik (nicht gezeigt) und einem Membranteil 3, das eine akustisch wirksame Membran und einen Resonanzkörper umfaßt. Das Membranteil 3 ist vom Rest des Sensors mechanisch getrennt. Das Membranteil 3 kann dabei mit einem kleinen Halter (nicht gezeigt) und mit oder ohne einer Designabdeckung (nicht gezeigt) im Sichtbereich, zum Beispiel dem Außenbereich eines Stoßfängers, montiert werden. Das Sensorgehäuse 1 und die Membran des Membranteils 3 sind mittels einer zweiadrigen elektrischen Leitung 4 verbunden. Zur Erhöhung der elektrischen Störfestigkeit ist die elektrische Verbindungsleitung 4 zwischen Membranteil 3 und Sensorelektronik vorzugsweise als verdrillte und gegebenenfalls zusätzlich abgeschirmte Leitung ausgeführt.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, daß zwei Membranteile 3, 3' über elektrische Verbindungsleitungen 4, 4' an der im Sensorgehäuse 1 angeordneten Elektronik angeschlossen sind.

Claims

Ultraschallsensor für eine Abstandsmesseinrichtung an einem Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem an dem Gehäuse ausgebildeten elektrischen Verbindungselement, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Elektronik, einer Membran und einem Resonanzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit dem Resonanzkörper von dem Gehäuse (1) mit der Elektronik und dem elektrischen Verbindungselement (2) mechanisch getrennt ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran über eine verdrillte elektrische Verbindungsleitung (4, 4') mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran über eine abgeschirmte elektrische Verbindungsleitung (4, 4') mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit dem Resonanzkörper an einem am Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges montierbaren Halter angebracht ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit einer sichtbaren Designabdeckung versehen ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der innerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Elektronik mehrere, jeweils aus einer Membran und einem Resonanzkörper gebildete Membranteile (3, 3') angeschlossen sind.