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DE102009006030A1 - Sound sensor i.e. ultrasonic sensor, arrangement for use on rear side of component e.g. bumper, of motor vehicle, has two regions comprising thickness gaps, ramp and slots that cause impedance difference in arrangement - Google Patents

Sound sensor i.e. ultrasonic sensor, arrangement for use on rear side of component e.g. bumper, of motor vehicle, has two regions comprising thickness gaps, ramp and slots that cause impedance difference in arrangement Download PDF

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DE102009006030A1
DE102009006030A1 DE102009006030A DE102009006030A DE102009006030A1 DE 102009006030 A1 DE102009006030 A1 DE 102009006030A1 DE 102009006030 A DE102009006030 A DE 102009006030A DE 102009006030 A DE102009006030 A DE 102009006030A DE 102009006030 A1 DE102009006030 A1 DE 102009006030A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
component
damping
passband
sound
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102009006030A
Other languages
German (de)
Inventor
Holger Dr. Opfer
Olaf Dr. Täger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102009006030A priority Critical patent/DE102009006030A1/en
Publication of DE102009006030A1 publication Critical patent/DE102009006030A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

The arrangement has a sound sensor (20) for sending and/or receiving acoustic waves and shifting a component in bending waves. The sensor is arranged in a passband region (50) of the component (30) that is surrounded by an absorption region (40). The absorption region is formed on a rear side of the component. The two regions comprise thickness gaps (60), a ramp, and slots, where the gaps, the ramp, and the slots cause impedance difference in the arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Anordnung eines Ultraschallsensors mit dem Oberbegriff nach Anspruch 1 und ein Bauteil mit dem Oberbegriff nach Anspruch 3.The The present invention relates to the arrangement of an ultrasonic sensor with the preamble of claim 1 and a component with the preamble according to claim 3.

Bei Kraftfahrzeugen werden derzeit Ultraschallsensoren zur Messung der Entfernung des Kraftfahrzeugs von einem Objekt eingesetzt. Der Ultraschallsensor wird hierbei zum Beispiel in Verbindung mit einer Entfernungsanzeige und einer Einparkhilfe eingesetzt. Für die Entfernungsmessung emittiert der Ultraschallsensor mittels einer schwingenden Membran oder allgemein einem Aktor ein gerichtetes Ultraschallsignal, das an dem Objekt reflektiert wird und daraufhin wieder von dem Ultraschallsensor selbst oder einem anderen Sensor detektiert wird.at Automotive vehicles are currently ultrasonic sensors for measuring the Removal of the motor vehicle used by an object. The ultrasonic sensor This is for example in connection with a distance display and a parking aid used. For distance measurement the ultrasonic sensor emits by means of a vibrating membrane or generally an actuator, a directed ultrasound signal, the the object is reflected and then back from the ultrasonic sensor itself or another sensor is detected.

Aus der Laufzeit des Ultraschallsignals lässt sich der Abstand des Objektes bestimmen, an dem das Ultraschallsignal reflektiert wurde. Der Ultraschallsensor wird üblicherweise in einem Modul an oder in dem Kraftfahrzeug befestigt. Üblicherweise wird hierbei der Ultraschallsensor von einer Halterung aufgenommen, die eine Entkopplung des schwingenden Ultraschallsensors vom Stoßfänger gewährleistet und die eine Befestigung zum Beispiel im Inneren des Stoßfängers erlaubt. In dem Stoßfänger ist dann eine Öffnung vorgesehen, durch welche der Ultraschallsensor die Ultraschallsignale nach außen emittieren und wieder empfangen kann.Out the duration of the ultrasonic signal can be the distance of the object at which the ultrasonic signal is reflected has been. The ultrasonic sensor is usually in a Module attached to or in the motor vehicle. Usually In this case, the ultrasonic sensor is received by a holder, the a decoupling of the vibrating ultrasonic sensor from the bumper guaranteed and the attachment for example in Interior of the bumper allowed. In the bumper is then provided an opening through which the ultrasonic sensor emit the ultrasonic signals to the outside and again can receive.

Solche Ultraschallsensoren oder Ultraschallwandler, die sich hinsichtlich Aufbau und verwendeter Technologie unterscheiden sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 197 14 606 A1 und DE 100 18 807 A1 bekannt.Such ultrasonic sensors or ultrasonic transducers, which differ in terms of structure and technology used, for example, from the publications DE 197 14 606 A1 and DE 100 18 807 A1 known.

Die DE 10 2004 050 794 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Umfelderfassung eines bewegbaren Objektes, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, in einer Luftumgebung mit einem Sender zur Abstrahlung von Ultraschallwellen und mit einem Empfänger zur Detektion der von dem Sender abgestrahlten und von einem Hindernis reflektierten Ultraschallwellen. Zum Erzielen einer großen Reichweite der Vorrichtung wird unter anderem vorgeschlagen, dass der Sender nebeneinander angeordnet einen ersten Einzelsender zur Abstrahlung von Ultraschallwellen mit einer ersten Sendefrequenz und einen zweiten Einzelsender zur Abstrahlung von Ultraschallwellen mit einer zweiten, von der ersten Sendefrequenz verschiedenen, Sendefrequenz aufweist.The DE 10 2004 050 794 A1 discloses a device for detecting the surroundings of a movable object, in particular a motor vehicle, in an air environment with a transmitter for emitting ultrasonic waves and with a receiver for detecting the ultrasonic waves emitted by the transmitter and reflected by an obstacle. To achieve a long range of the device, it is proposed inter alia that the transmitter arranged side by side comprises a first single transmitter for emitting ultrasonic waves having a first transmission frequency and a second single transmitter for emitting ultrasonic waves having a second transmission frequency different from the first transmission frequency.

Neben der Technologie sind in letzter Zeit auch die Ansprüche der Hersteller und Käufer hinsichtlich der Anordnung und des Designs des Bauteiles, in das der Ultraschallsensor integriert werden soll, gestiegen. Gerade bei Kraftfahrzeugen werden Bauteile, wie Stoßfänger, Türen und dergleichen, gewünscht, bei denen von außen die angeordnete Technik auch nicht andeutungsweise sichtbar ist.Next The technology is also the claims lately the manufacturer and buyer regarding the arrangement and the design of the component into which the ultrasonic sensor is integrated should be increased. Especially in motor vehicles components, like bumpers, doors and the like, desired, in which the arranged from the outside Technology is not suggestively visible.

Beispielsweise werden die Sensoren und deren Halter in einer entsprechenden Wagenfarbe vorlackiert oder auch verchromt. So werden beispielsweise, wie im Wesentlichen in der Patentschrift DE 100 23 065 B4 beschrieben, Befestigungslöcher an lackierte Stoßfänger ausgestanzt, die vorlackierten Halter eingeklebt und die ebenfalls vorlackierten Sensoren im Halter (zusammen mit einem Kunststoffring zur akustischen Entkopplung des Sensors vom Stoßfänger) eingeklipst. In der DE 100 23 065 B4 sind die Sensoren also nicht verdeckt, sondern in der gleichen Farbe gestaltet, so dass sie kaum noch sichtbar sind aber eben nicht vollständig von der Oberfläche des Bauteiles verschwinden.For example, the sensors and their holders are pre-painted in a corresponding body color or chrome-plated. For example, as in the patent DE 100 23 065 B4 described, mounting holes punched on painted bumpers, glued the pre-painted holder and the pre-painted sensors in the holder (together with a plastic ring for acoustic decoupling of the sensor from the bumper) clipped. In the DE 100 23 065 B4 Thus, the sensors are not hidden, but designed in the same color, so that they are barely visible but not completely disappear from the surface of the component.

Eine andere Lösung ist in der DE 44 10 895 A1 vorgesehen. Die Offenlegungsschrift beschreibt ein Verfahren zum verdeckten Einbau eines Sensors in einem Kraftfahrzeugaußenteil, wobei der Sensor an einer vorgegebenen Stelle des Kraftfahrzeugaußenteils, vorzugsweise mit der Membran, flächenbündig zur Außenfläche des Kraftfahrzeugaußenteils fest angeordnet wird und wenigstens die Stelle, an der sich der Sensor befindet, mit einer der Kontur des Kraftfahrzeugaußenteils angepassten Abdeckung versehen wird. Die Patentanmeldung beschreibt zudem eine zugehörige Vorrichtung. Hier stört wiederum die Abdeckung, die letztlich ebenfalls zumindest andeutungsweise sichtbar bleibt.Another solution is in the DE 44 10 895 A1 intended. The publication describes a method for concealed installation of a sensor in an automotive exterior, wherein the sensor at a predetermined location of the motor vehicle outer part, preferably with the membrane, flush with the outer surface of the motor vehicle outer part is fixed and at least the point at which the sensor is located with one of the contour of the motor vehicle outer part adapted cover is provided. The patent application also describes an associated device. Here, in turn, disturbs the cover, which ultimately also remains at least suggestively visible.

Bekannt ist ferner, Ultraschall-Messsysteme zu verbauen, um eine Abstandsmessung für Einparkhilfen durchzuführen. Die Messsysteme basieren auf dünnen, kreisrunden Piezokeramik-Scheiben, die auf den Boden einer tonnenförmigen Metallkappe appliziert werden. In dieser Kappe ist zusätzlich eine Elektronik zur sensornahen Analyse der Signale verbaut und vergossen. Über die zumeist kreisförmigen Piezokeramik-Scheiben wird ein Luft-Ultraschallfeld abgestrahlt, das beim Auftreffen auf ein Hindernis reflektiert wird und von der gleichen Piezokeramikscheibe sensiert wird. Aus der Laufzeit des reflektierten Signals lässt sich der Abstand eines Hindernisses berechnen.Known is further to incorporate ultrasonic measuring systems to a distance measurement for parking aids. The measuring systems based on thin, circular piezoceramic discs, which is applied to the bottom of a barrel-shaped metal cap become. In this cap is also an electronics installed and potted for sensor-related analysis of the signals. about the usually circular piezoceramic discs is a Airborne ultrasound field emitted when hitting an obstacle is reflected and sensed by the same piezoceramic disk becomes. From the duration of the reflected signal leaves calculate the distance of an obstacle.

Zudem ist es möglich, die Sensoren am Stoßfänger oder Türblech, prinzipiell also an der Rückseite von Bauteilen eines Kraftfahrzeuges, von außen völlig unsichtbar zu montieren. Dadurch ist es möglich durch an sich flache, quasi-ebene Bauteile hindurch mit am Bauteil auf der Rück seite angeordneten Piezokeramiken die Bauteile zu durchschallen (senden und empfangen), wobei das Bauteil ausgehend von den Schallwellen des Sensors angeregt wird, wobei im Bauteil Biegewellen entstehen, die sich dann vom Bauteil wieder als Schallwellen in die Umgebung ausbreiten, also gesendet und von dem Schallsensor wieder empfangen werden können. Problematisch ist, dass es durch den sogenannten „Koinzidenzeffekt” zur starken Störung der Messergebnisse kommen kann. Beim Koinzidenzeffekt kommt es durch die Vibrationsanregung des flachen Bauteils dazu, dass sich im Material eine Biegewelle ausbreitet, die unter bestimmten Bauteilbedingungen, nämlich Materialdicke, Elastizität, Frequenz, Flächendichte, die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit wie eine Schallwelle gleicher Frequenz in Luft besitzt. Hierdurch kommt es zur sogenannten Spuranpassung oder dem Koinzidenzeffekt. Im Falle der Spuranpassung kommt es zu einer gerichteten, über den einen großen Teil des Stoßfängers verteilen Schallabstrahlung einer ebenen Welle, die in einem speziellen Winkel abgestrahlt wird, der durch das Verhältnis der Biegewellenlänge im Bauteil und der Luftschallwellenlänge bestimmt ist. Dieser Effekt ist im Beschreibungsteil mit Hilfe der 5 bis 7 näher beschrieben. Eine Nichtbeachtung des Koinzidenzeffektes würde den Einsatz der versteckten Piezosensoren als Entfernungsmesser für die oben genannten Anwendungen verhindern, da eine Abstrahlung einer über einen großen Bereich der Stoßfängerfläche ausgedehnten ebenen Luftschallwelle die Lokalisierung von Hindernissen stark erschwert.In addition, it is possible to mount the sensors on the bumper or door panel, in principle so on the back of components of a motor vehicle, completely invisible from the outside. This makes it possible to durchschallen through components (send and receive) by itself on flat, quasi-planar components with the component on the back side piezoceramics, wherein the component is excited based on the sound waves of the sensor, resulting in the component bending waves , which then propagate from the component again as sound waves in the environment, so sent and can be received by the sound sensor again. The problem is that it can come through the so-called "coincidence" to the strong disturbance of the results. In the case of the coincidence effect, the vibrational excitation of the flat component causes a bending wave to propagate in the material which under certain component conditions, namely material thickness, elasticity, frequency, area density, has the same propagation velocity as a sound wave of the same frequency in air. This leads to the so-called lane adjustment or the coincidence effect. In the case of lane alignment, there is a directional, distributed over a large part of the bumper sound radiation of a plane wave, which is radiated at a specific angle, which is determined by the ratio of the bending wavelength in the component and the airborne sound wavelength. This effect is in the description section with the help of 5 to 7 described in more detail. Ignoring the coincidence effect would prevent the use of hidden piezosensors as rangefinders for the above-mentioned applications, as radiation of a plane airborne sound wave propagated over a large area of the bumper area greatly impedes the location of obstacles.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzubieten, die eine Verwendung von Schallsensoren auf der Rückseite eines Bauteiles unter Durchschallung des Bauteiles und unter Vermeidung des im Bauteil auftretenden Koinzidenzeffektes ermöglicht.outgoing From this prior art, it is the object of the invention, a Offer a solution that uses a sound sensor on the back of a component under transmission of the component and avoiding the coincidence effect occurring in the component allows.

Die Erfindung geht von einem Schallsensor (insbesondere Ultraschallsensor) aus, der auf der Rückseite eines Bauteiles angeordnet ist und der einen Sender und/oder Empfänger mit einem Aktor zur Aussendung und/oder einen Schallsensor zum Empfang von an einem Hindernis reflektierten Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen, und eine zugehörige Elektronik zur Erzeugung und/oder Auswertung der ausgesendeten und empfangenen Schallwellen umfasst.The Invention proceeds from a sound sensor (in particular ultrasonic sensor) from, which is arranged on the back of a component and a transmitter and / or receiver with an actuator for transmission and / or a sound sensor for receiving on a Obstacle reflected sound waves, especially ultrasonic waves, and associated electronics for generating and / or evaluating includes the emitted and received sound waves.

Dass der Schallsensor einen Aktor zur Aussendung und/oder einen Schallsensor zum Empfang aufweist, ergibt sich aus der Tatsache, dass Sender (Aktor) und Empfänger (Sensor) nicht ortsgleich angeordnet sein müssen. Auf der Rückseite kann beispielsweise hinter dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges nur der Sender oder der Empfänger angeordnet werden, während die jeweiligen zugehörigen Empfänger oder Sender an anderen Stellen eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind. In der Regel werden aber Schallsensoren verwendet, bei denen Sender (Aktor) und Empfänger (Sensor) in einer Baueinheit ortsgleich angeordnet sind.That the sound sensor is an actuator for transmission and / or a sound sensor has to receive, stems from the fact that transmitter (Actuator) and receiver (sensor) may not be arranged in a same location have to. For example, on the back behind the bumper of a motor vehicle only the transmitter or the receiver can be arranged while the respective associated receivers or transmitters other bodies of a motor vehicle are arranged. Usually But sound sensors are used in which transmitter (actuator) and Receiver (sensor) arranged in a unit in the same location are.

Die Aufgabe der Erfindung wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass ein Schallwellen aussendender und/oder empfangender und das Bauteil jeweils in Biegewellen versetzender Schallsensor in einem auf der Rückseite des Bauteiles von einem Dämpfungsbereich umgebenden Durchlassbereich des Bauteiles angeordnet ist, wobei mindestens einer der Bereiche eine, einen Impedanzunterschied hervorrufende, Ausgestaltung aufweist, so dass im Bauteil ein Koinzidenzeffekt vermeidbar und/oder zudem eine Richtungsbeeinflussung der vom Bauteil im Durchlassbereich abgestrahlten Schallwellen bewirkbar ist.The The object of the invention is advantageously achieved by that a sound waves emitting and / or receiving and the Component in each case in bending waves offset sound sensor in one on the back of the component of a damping area surrounding passage region of the component is arranged, wherein at least one of the areas one, causing an impedance difference, Embodiment, so that in the component a coincidence effect Avoidable and / or also a directional influence of the component Transmitted in the passband sound waves is effected.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Schallsensor mindestens ein Piezokeramik-Element aufweist, welches als Basiselement innerhalb eines Piezokeramik-Moduls mit einer vorgebbaren aktorischen und/oder sensorischen Leistung ausgestattet ist, wobei das Piezokeramik-Modul von außen nicht sichtbar in das Bauteil integrierbar oder an dem Bauteil applizierbar ist. Dabei weist das Bauteil auf der Rückseite eine Ausgestaltung auf, die im Bauteil einen Koinzidenzeffekt vermeidet und/oder eine Richtungsbeeinflussung der vom Bauteil im Durchlassbereich abgestrahlten Schallwellen bewirkt.Prefers it is provided that the sound sensor at least one piezoceramic element which, as the base element within a piezoceramic module with a specifiable actuatoric and / or sensory power equipped with the piezoceramic module from the outside not visible integrated into the component or can be applied to the component is. In this case, the component has an embodiment on the back, which avoids a coincidence effect in the component and / or a directional influence causes the emitted from the component in the passband sound waves.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen bewirken einen Impedanzunterschied zwischen dem Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich des Bauteiles, welcher von den ausgesendeten und/oder empfangenen Schallwellen eines Schallsensor angeregt werden soll, so dass die Schallwellen im Bauteil vornehmlich auf den Durchlassbereich beschränkt werden.The embodiments of the invention cause a Impedance difference between the damping range and the Passage region of the component, which of the emitted and / or received sound waves of a sound sensor to be excited, so that the sound waves in the component primarily on the passage area be limited.

Erfindungsgemäß wird in einer ersten Ausgestaltung der Impedanzsprung zwischen Dämpfungs- und Durchlassbereich durch einen auf der Rückseite des Bauteiles ausgebildeten Dickensprung im Dämpfungsbereich hervorgerufen. Der Dickensprung stellt eine Veränderung der Materialstärke gegenüber dem Durchlassbereich und gegenüber dem restlichen Dämpfungsbereich des Bauteiles außerhalb des Dickensprunges dar.According to the invention in a first embodiment, the impedance jump between damping and pass band through one on the back of the Components trained Dickensprung in the damping area caused. The fat jump represents a change the material thickness compared to the passage area and opposite to the rest of the damping range of the component outside the Dickensprunges dar.

In einer zweiten Ausgestaltung wird der Impedanzsprung im Bauteil zwischen Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich durch eine, auf der Rückseite des Bauteiles ausgebildete, Rampe im Dämpfungsbereich hervorgerufen. Die Rampe stellt eine vom Durchlassbereich zum restlichen Dämpfungsbereich des Bauteiles hin gerichtete Verringerung der Materialstärke des Bauteiles dar. Bevorzugt ist die Materialstärke im Durchlassbereich unterhalb der Materialstärke des restlichen Dämpfungsbereiches des Bauteiles außerhalb des Dickensprunges beziehungsweise der Rampe ausgeführt.In In a second embodiment, the impedance jump in the component between Damping area and the passage area through a, on the back of the component trained, ramp in the damping area caused. The ramp turns one from the passband to the other Damping range of the component directed towards reduction the material thickness of the component is. Preferably, the Material thickness in the passage area below the material thickness of the remaining damping range of the component outside the Dickensprunges or the ramp executed.

Bevorzugt wird in einer dritten Ausgestaltung der Impedanzsprung im Bauteil zwischen Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich unmittelbar oder nahe des von der Größe des Schallsensors abhängigen Randes des Durchlassbereiches durch eine, auf der Rückseite des Bauteiles ausgebildete Schlitzung hervorrufbar. In weiterer bevorzugten Ausgestaltung folgt die Schlitzung im Bauteil der Form des Schallsensors oder ist unabhängig davon kreisförmig oder geradlinig quer und/oder längs zur Hauptachse des Bauteiles durchgehend oder punktförmig ausgeführt.Prefers In a third embodiment, the impedance jump in the component between the damping region and the passband directly or close to the size of the sound sensor dependent edge of the passband through a, on the back of the component trained slit evoked. In a further preferred embodiment, the slit follows in the component the shape of the sound sensor or is independent of circular or rectilinear transverse and / or longitudinal to the main axis of the Components continuous or punctiform executed.

In einer vierten Ausgestaltung ist der Impedanzsprung im Bauteil zwischen Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich durch einen, auf der Rückseite des Bauteils angeordneten, den Schallsensor im Durchlassbereich umgebenden, Dämpfungsring hervorrufbar, wobei der Dämpfungsring eine Öffnung aufweist. Dadurch, dass der Dämpfungsring eine Öffnung aufweist, ist eine durch die Biegewelle abgestrahlte Schallwelle in ihrer Ausbreitungsrichtung steuerbar.In a fourth embodiment, the impedance jump in the component between Attenuation range and the passband by one, arranged on the back of the component, the sound sensor Surrounding in the passage area, damping ring evacuated, wherein the damping ring has an opening. Characterized in that the damping ring has an opening, is a sound wave radiated by the bending wave in its Propagation direction controllable.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist die Öffnung des Dämpfungsringes eine Lücke, mittels der durch eine drehbare, im oder am Bauteil vorgesehene Adapteranordnung [Adaptronik] der Dämpfungsring und damit die Lücke in eine vorgebbare Richtung ausrichtbar und ein Richtstrahl erzeugbar ist.In Another preferred embodiment is the opening of Damping ring a gap, by means of a rotatable, in or on the component provided adapter assembly [Adaptronics] the damping ring and thus the gap in one predeterminable direction aligned and a beam can be generated.

Für den Durchlassbereich wird in einer fünften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Materialstärke und -steifigkeit auf die Resonanzfrequenz des Schallsensors abzustimmen.For the passband is in a fifth embodiment proposed the invention, the material thickness and stiffness to tune to the resonant frequency of the sound sensor.

In einer sechsten Ausgestaltung ist die Erzeugung des Impedanzsprunges zwischen Durchlassbereich und Dämpfungsbereich durch rückseitige Anbringung eines dämpfenden Belags im Dämpfungsbereich hervorrufbar. Dabei kann erfindungsgemäß der dämpfende Belag ein Schaum oder eine Elastomer oder dergleichen sein.In A sixth embodiment is the generation of the impedance discontinuity between passband and attenuation range by backside Attaching a damping lining in the damping area hervorrufbar. In this case, according to the invention, the damping Covering a foam or an elastomer or the like.

In einer weiteren siebten Ausgestaltung ist es möglich, den Impedanzsprung im Bauteil zwischen Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich durch Variation von Steifigkeit und/oder Masse der Bereiche hervorzurufen.In In a seventh embodiment, it is possible to use the Impedance jump in the component between the damping area and the passband by varying stiffness and / or mass of the areas.

Schließlich ist der Impedanzsprung im Bauteil zwischen Dämpfungsbereich und dem Durchlassbereich durch Erhöhung der Biegesteifigkeit des Dämpfungsbereich gegenüber dem Durch lassbereich hervorrufbar, indem im Dämpfungsbereich auf der Rückseite des Bauteiles Versteifungselemente oder Versteifungslagen (wie Rillen) durchgehend oder punktförmig in das Bau teil eingebracht werden oder Klötzchen und/oder Rippen oder dergleichen angebracht sind.After all is the impedance jump in the component between the damping range and the passband by increasing the flexural rigidity the damping area opposite the passage area caused by the damping area on the back of the component stiffening elements or stiffening layers (such as grooves) continuous or punctiform introduced into the construction part or blocks and / or ribs or the like are attached.

Erfindungsgemäß können die genannten Ausgestaltungen in Kombination von zwei oder mehr Ausgestaltungen gleichzeitig am Bauteil ausgeführt werden. Es ist auch denkbar Versteifungselemente am Schallsensor selbst integriert auszuführen, so dass nach einer Anbringung, insbesondere Verklebung des Schallsensors mit dem Bauteil ein Impedanzsprung im Bauteil hervorgerufen wird.According to the invention the said embodiments in combination of two or more Embodiments are performed simultaneously on the component. It is also conceivable stiffening elements on the sound sensor itself integrated so that after attachment, in particular bonding of the sound sensor to the component an impedance jump caused in the component.

Die Erfindung wird nachfolgend ausgehend vom Stand der Technik (5 bis 7) in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the prior art ( 5 to 7 ) in embodiments with reference to the associated 1 to 4 explained in more detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines Bauteiles zur Anordnung eines Schallsensors unter Vermeidung des Koinzidenzeffektes; 1 a schematic representation of a first embodiment of a component for the arrangement of a sound sensor while avoiding the coincidence effect;

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung eines Bauteiles zur Anordnung eines Schallsensors unter Vermeidung des Koinzidenzeffektes; 2 a schematic representation of a second embodiment of a component for the arrangement of a sound sensor while avoiding the coincidence effect;

3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausgestaltung eines Bauteiles zur Anordnung eines Schallsensors unter Vermeidung des Koinzidenzeffektes; 3 a schematic representation of a third embodiment of a component for the arrangement of a sound sensor while avoiding the coincidence effect;

4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung eines Bauteiles zur Anordnung eines Schallsensor unter Vermeidung des Koinzidenzeffektes und zur Richtungsbeeinflussung der vom Bauteil in einem Durchlassbereich abgestrahlten Schallwellen; 4 a schematic representation of a fourth embodiment of a component for arranging egg a sound sensor while avoiding the coincidence effect and for influencing the direction of the emitted from the component in a passband sound waves;

5 eine Prinzipskizze der Wellenlängen und Richtungsverhältnisse der Schallabstrahlung von einem Bauteil oberhalb der Grenzfrequenz bei Wirkung des Koinzidenzeffektes; 5 a schematic diagram of the wavelengths and directional ratios of the sound radiation from a component above the cutoff frequency with effect of the coincidence effect;

6 den Koinzidenzeffekt 1: einfallende und abgestrahlte Welle bei einer Biegewelle in einem Bauteil; 6 the coincidence effect 1: incident and radiated wave at a bending wave in a component;

7 den Koinzidenzeffekt 2: ein dickeres Bauteil strahlt eine Welle mit einer anderen Wellenlänge ab als der des dünneren Bauteils, so dass die anregende Welle des dünnen Bauteils keine Abstrahlung auf dem dicken Bauteil bewirken kann. 7 the coincidence effect 2: a thicker component radiates a wave with a different wavelength than that of the thinner component, so that the exciting wave of the thin component can not cause any radiation on the thick component.

Die 5 bis 7 erläutern die physikalischen Grundlagen der Schallabstrahlung eines Bauteils 30 und den Effekt der Koinzidenz beziehungsweise der sogenannten Spuranpassung nach dem Stand der Technik. In 5 sind die Wellenlängenverhältnisse der flächigen Schallabstrahlung an dem Bauteil 30, insbesondere an einem flachen, quasi ebenen Bauteil 30, wie einem Stoßfänger oder einem Türblech oder dergleichen, dargestellt.The 5 to 7 explain the physical basics of the sound radiation of a component 30 and the effect of coincidence or the so-called lane adjustment according to the prior art. In 5 are the wavelength ratios of the surface sound radiation on the component 30 , in particular on a flat, quasi-planar component 30 , such as a bumper or door panel or the like.

Das Bauteil 30 wird zu Biegewellen (BW) angeregt, etwa durch den Schallsensor/-aktor 20 oder durch eine äußere Luftschallwelle. Das Biegewellenfeld im Bauteil 30 erzeugt durch die Kompression der angrenzenden Luft eine Kompressionswelle in der Luft. Dabei sind die Schwinggeschwindigkeit des Bauteils 30 senkrecht zur Bauteiloberfläche, parallel in Z-Richtung, und die Schallschnelle auf der Bauteiloberfläche gleich vibroakustische Kopplung.The component 30 is excited to bending waves (BW), such as the sound sensor / -aktor 20 or by an external airborne sound wave. The bending wave field in the component 30 creates a compression wave in the air due to the compression of the adjacent air. Here are the vibration velocity of the component 30 perpendicular to the component surface, parallel in the Z direction, and the sound velocity on the component surface equal vibroacoustic coupling.

Für die Abstrahlung einer ebenen Luftschallwelle existiert dabei eine sogenannte Grenzfrequenz:

Figure 00070001
For the emission of a plane airborne sound wave there is a so-called cutoff frequency:
Figure 00070001

Ist die Frequenz f der Luftschallwelle kleiner als diese Grenzfrequenz (f < fg), ist die Biegewellenlänge des Bauteils 30 kleiner als die Wellenlänge des anliegenden Luftschallfeldes. Dann kommt es zu einem exponentiellen Abklingen des Schalldruckes mit der Entfernung z vom Bauteil. Es liegt „akustischer Kurzschluss” vor.If the frequency f of the airborne sound wave is smaller than this cutoff frequency (f <f g ), the bending wave length of the component is 30 smaller than the wavelength of the adjacent airborne sound field. Then there is an exponential decay of the sound pressure with the distance z from the component. There is "acoustic short circuit" before.

Ist die Frequenz f der Luftschallwelle größer als die Grenzfrequenz (f > fg), ist die Biegewellenlänge des Bauteils größer als die Luftschallwellenlänge. Damit kommt es zur Abstrahlung einer ebenen Schallwelle unter dem Winkel ϑ. Dabei gilt:

Figure 00080001
If the frequency f of the airborne sound wave is greater than the cutoff frequency (f> f g ), the bending wave length of the component is greater than the airborne sound wavelength. This results in the emission of a flat sound wave at an angle θ , Where:
Figure 00080001

Die abgestrahlte Luftschallwelle vt passt also mit ihrer Projektion auf die Bauteiloberfläche zu der Biegewellenlänge. Die Luftschallwelle hinterlässt eine „Spur” auf der Bauteiloberfläche. Dies wird in der Regel als Spuranpassung oder Koinzidenz bezeichnet. Das Auftreten von Spuranpassung beziehungsweise Koinzidenz führt zu einer Abstrahlung einer ebenen Luftschallwelle ve über die gesamte Bauteiloberfläche im Winkel ϑ. Damit wird die Lokalisation von Hindernissen über Laufzeitmessung der vom Hindernis reflektierten Welle sehr ungenau.The radiated airborne sound wave v t thus matches with its projection on the component surface to the bending wavelength. The airborne sound wave leaves a "trace" on the component surface. This is usually referred to as track adjustment or coincidence. The occurrence of track matching or coincidence leads to a radiation of a plane airborne sound wave v e over the entire component surface at an angle θ. Thus, the localization of obstacles on transit time measurement of the reflected wave from the obstacle is very inaccurate.

Für Luftschallfrequenzen nahe der Grenzfrequenz (Fg/f ≈ 1) kommt es zu plattenparalleler Schallabstrahlung unter dem Winkel ϑ = 90°. Diese Fälle sind exemplarisch in den 6 und 7 dargestellt.For airborne sound frequencies close to the cutoff frequency (F g / f ≈ 1), there is a plate-parallel sound radiation at the angle θ = 90 °. These cases are exemplary in the 6 and 7 shown.

In 6 ist einen Spuranpassung für ein Bauteil der Dicke d2 gezeigt. Das Bauteil strahlt unter dem Winkel ϑ = 90° eine Luftschallwelle ab. Die Wellenlänge λL ist dabei gleich der Biegewellenlänge λB der Biegewelle BW im Bauteil (siehe Gleichung 3).In 6 is shown a track adjustment for a component of thickness d 2 . The component emits an airborne sound wave at an angle θ = 90 °. The wavelength λ L is equal to the bending wavelength λ B of the bending wave BW in the component (see equation 3).

7 zeigt einen Vergleich der Wellenlängenverhältnisse für ein Bauteil der Dicke d1 und ein Bauteil der Dicke d2. Auch bei einem solchen Bauteil der Dicke d1 nach 7 liegt Spuranpassung vor, es strahlt Luftschall unter ϑ = 90° ab. Damit sind auch hierfür λB = λL. Da jedoch die Bauteildicke d1 größer als die Bauteildicke d2 ist, ist die Biegewellenlänge und damit auch die Luftschallwellenlänge des Bauteils der Dicke d1 größer als für das Bauteil der Dicke d2. Beide Wellenlängen der Luft passen also nicht zueinander. Bei Vorliegen einer Biegewellenlänge λB, die zu der Bauteildicke d2 gehört, würde also ein plötzlicher Dickensprung auf die Dicke d1 zu keiner Schallabstrahlung führen, da die Wellenlänge der Luft dann deutlich größer sein müsste. 7 shows a comparison of the wavelength ratios for a component of thickness d 1 and a component of thickness d 2 . Even with such a component of thickness d 1 after 7 If there is track adaptation, it radiates airborne noise below θ = 90 °. This means that λ B = λ L. However, since the component thickness d 1 is greater than the component thickness d 2 , the bending wavelength and thus the airborne sound wavelength of the component of the thickness d 1 is greater than for the component of the thickness d 2 . So, both wavelengths of air do not match each other. In the presence of a bending wave length λ B , which belongs to the component thickness d 2 , so would a sudden thickness jump on the thickness d 1 lead to no sound radiation, since the wavelength of the air would then be significantly larger.

Das Minimum an Schalldämmung, also die geringste Dämpfung der im Bauteil 30 entstehenden Biegewellen BW tritt wenig oberhalb der sogenannten Grenzfrequenz fg auf.The minimum of sound insulation, so the lowest attenuation in the component 30 resulting bending waves BW occurs slightly above the so-called cut-off frequency f g .

Der Übergang von Schall aus der Luft in das Bauteil 30 ist dann besonders gut, jedoch führt eine solch stark gerichtete Biegewellenschallabstrahlung des Bauteiles 30 zu starken Störungen beim Empfang der Schallwellen, wie es gerade beim Einsatz von Ultraschallsensoren zur Erkennung von Hindernissen im Sensorbereich und beim Empfang und der Auswertung der vom Hindernis zurückgeworfenen Schallwellen nicht gewünscht ist. Sobald also die in Abhäng igkeit der Bauteildicke d, der Biegesteifigkeit B des Bauteiles 30, der Elastizität E und der flächenbezogenen Masse m'' die Grenzfrequenz fg erreicht ist, kommt es kurz oberhalb dieser Grenzfrequenz fg im Bauteil 30 zu ungünstigsten Durchschallungsbedingungen.The transition of sound from the air into the component 30 is then particularly good, but leads such a strong bending wave sound radiation of the component 30 To strong interference with the reception of sound waves, as it is currently not desired when using ultrasonic sensors to detect obstacles in the sensor area and the reception and the evaluation of the thrown back from the obstacle sound waves. So as soon as the dependence of the component thickness d, the bending stiffness B of the component 30 , the elasticity E and the area-related mass m '' the cut-off frequency f g is reached, it comes just above this cut-off frequency f g in the component 30 to the most unfavorable Durchschallungsbedingungen.

Die über das gesamte Bauteil 30 stattfindende starke Abstrahlung ebener Wellen verringert die Ortungsmöglichkeiten des hinter einem Bauteil 30 unsichtbar angebrachten Schallsensors 20, da durch die starke Biegewellenschallabstrahlung des gesamten Bauteiles 30 nicht klar ist, von welchem lokalen Punkt (Anbringungspunkt des Schallsensors 20 hinter dem Bauteil 30) die transmittierte Schallwelle eigentlich ausgesendet worden ist.The over the entire component 30 strong radiation of even waves reduces the detection possibilities behind a component 30 invisibly mounted sound sensor 20 because of the strong bending wave sound radiation of the entire component 30 it is not clear from which local point (mounting point of the sound sensor 20 behind the component 30 ) the transmitted sound wave has actually been sent out.

Zur Lösung des Problems und zur Verbesserung der Durchschallungsbedingungen sind einige erfindungsgemäße Ausgestaltungen anhand der 1 bis 4 dargestellt und beschrieben. Weitere Ausgestaltungen werden ohne zugehörige Figuren am Ende des Beschreibungsteiles erläutert.To solve the problem and to improve the Durchschallungsbedingungen some embodiments of the invention are based on the 1 to 4 shown and described. Further embodiments will be explained without associated figures at the end of the description part.

Die Grundidee besteht darin, die Durchschallungsbedingungen im Durchlassbereich 50 ideal zu gestalten und die Ausbreitungsbedingungen für die verursachenden Biegewellen BW im Dämpfungsbereich 4 des Stoßfängers 30 so ungünstig zu gestalten, dass die Biegwelle BW in einem Dämpfungsbereich 40 des Stoßfängers stark gedämpft wird. Dabei ist die Ausdehnung des Dämpfungsbereichs 40 stark von der Art der Verstimmung dieses Dämpfungsbereiches 40 abhängig.The basic idea is the Durchschallungsbedingungen in the passband 50 ideal to design and the propagation conditions for the causing bending waves BW in the damping range 4 of the bumper 30 so unfavorable to make that the bending wave BW in a damping range 40 of the bumper is strongly attenuated. Here is the extent of the damping range 40 strong on the nature of detuning this damping range 40 dependent.

1 zeigt in einer ersten Ausgestaltung zur Minimierung der Ausdehnung des Dämpfungsbereiches einen Dickensprung 60 im Bauteil 30. Der Dickensprung 60 ist schmalbandig wirksam, minimiert aber die benötigte Ausdehnung des Dämpfungsbereichs 40. Der Durchlassbereich 50 im Sensorbereich kann dabei alternativ (wie dargestellt) sogar dünner ausgeführt werden als der sensorabgewandte restliche Teil des Stoßfängers 30 im Dämpfungsbereich 40. 1 shows in a first embodiment to minimize the expansion of the damping region a thickness jump 60 in the component 30 , The fat jump 60 is narrow band effective, but minimizes the required expansion of the damping range 40 , The passband 50 In the sensor area, it is alternatively (as shown) even thinner than the sensor-remote part of the bumper 30 in the damping area 40 ,

2 zeigt in einer zweiten Ausgestaltung die Ausführung eine Rampe 70. Die kontinuierliche Dickenänderung in der Rampe führt zu einer breitbandigen Verstimmung, so dass alle Frequenzen gedämpft werden. Bei der Abstimmung sollte hier trotzdem insbesondere die Anregungsfrequenz beachtet werden. Auch hier kann der Durchlassbereich 50 alternativ (wie in 1 dargestellt) sogar dünner ausgeführt werden als der restliche Teil des Stoßfängers 30. 3 zeigt in einer dritten Ausgestaltung eine Schlitzung zur Anpassung der Sensor-Lagerungsbedingungen. In der Umgebung des Schallsensors 20 kann ein Impedanzsprung durch eine speziell eingebrachte Schlitzung 80 des, den Schallsensor 20 unmittelbar benachbarten Materials erzielt werden. Die eingebrachten Schlitze 80 dringen dabei nicht bis auf die Oberfläche des Stoßfängers 30 durch. Sie stellen eine lokale, nach Außen unsichtbare Schwächung des Trägermaterials dar, die eine Änderung der Sensor-Lagerungsbedingungen von einer festen Anbindung auf ein gelenkige Lagerung hin bewirkt, wodurch Längsdehnungen des Schallsensors 20 nicht vollständig in die Trägerstruktur des Stoßfängers übertragen werden können, wodurch der Dämpfungsbereich 40 gegenüber dem Durchlassbereich 50 ebenfalls verstimmt wird. 2 In a second embodiment, the embodiment shows a ramp 70 , The continuous change in thickness in the ramp leads to a broadband detuning, so that all frequencies are attenuated. When tuning, the excitation frequency should nevertheless be taken into account. Again, the passband 50 alternatively (as in 1 shown) are made even thinner than the remaining part of the bumper 30 , 3 shows in a third embodiment, a slot for adjusting the sensor storage conditions. In the vicinity of the sound sensor 20 can be an impedance jump through a specially introduced slit 80 of, the sound sensor 20 be achieved directly adjacent material. The inserted slots 80 do not penetrate to the surface of the bumper 30 by. They represent a local, invisible to the outside weakening of the support material, which causes a change in the sensor storage conditions of a fixed connection to an articulated bearing, whereby longitudinal strains of the sound sensor 20 can not be fully transferred into the support structure of the bumper, whereby the damping area 40 opposite the passband 50 is also detuned.

4 zeigt eine vierte Ausgestaltung, die eine Änderung der Ausbreitungsbedingungen und. zusätzlich eine Richtungsbeeinflussung der Schallwellen, in Form einer gezielten Anpassung. des Richtstrahles bewirkt. Durch eine gezielte Öffnung 90B eines Dämpfungsringes 90, um den Schallsensor 20 herum, kann gezielt eine Biegewelle BW des Stoßfängers 30 in eine vorgebbare Richtung zugelassen werden, um eine besonders gerichtete und starke Schallabstrahlung nutzen zu können. Diese Anordnung kann bei Applikationen – wie etwa der Bordsteinerkennung oder der Parklückenvermessung – von Vorteil sein, bei denen man hauptsächlich in eine Richtung messen und möglichst sehr weite Entfernungen überbrücken möchte. Durch einen an die Gegebenheiten angepassten Adapter 90A ließe sich ein solcher Dämpfungsring 90 mit einer an einer vorgebbaren Position angeordneten Öffnung 90B – beispielsweise einer Lücke – mit Hilfe eines dafür vorgesehenen Adapters 90A zur Ausrichtung des Schallrichtstrahles R ausbilden. Dabei kann der Adapter 90A drehbar gestaltet sein, um eine gezielte Ausrichtung des Schallrichtstrahles R zu bewirken. 4 shows a fourth embodiment, the change of the propagation conditions and. zusätz a directional influence of the sound waves, in the form of a targeted adaptation. the directional beam causes. Through a targeted opening 90B a damping ring 90 to the sound sensor 20 around, can specifically a bending wave BW of the bumper 30 be allowed in a predetermined direction in order to use a particularly directional and strong sound radiation can. This arrangement can be advantageous in applications such as curb detection or parking space measurement, in which one would like to measure mainly in one direction and as far as possible to bridge very long distances. By an adapted to the circumstances adapter 90A could such a damping ring 90 with an opening arranged at a predeterminable position 90B - For example, a gap - using a dedicated adapter 90A to form the alignment of the sound directing beam R. This can be the adapter 90A be designed to be rotatable to effect a targeted alignment of the sound directing beam R.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend unter Weiterverwendung der Bezugszeichen vorgeschlagen. Diese Ausgestaltungen sind jedoch nicht in Figuren dargestellt.Further Embodiments of the invention will be described below with further use the reference number proposed. However, these embodiments are not shown in figures.

In einer fünften Ausgestaltung wird insgesamt vorgeschlagen, im Durchlassbereich 50 die Materialstärke und -steifigkeit auf die Resonanzfrequenz des Schallsensors 20 abzustimmen.In a fifth embodiment, a total proposed, in the passband 50 the material thickness and stiffness on the resonant frequency of the sound sensor 20 vote.

In einer sechsten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, im Dämpfungsbereich 40 einen dämpfenden biegeschlaffen und schweren Belag mit der Oberfläche des Stoßfängers 30 zu verbinden (Schalldämmung durch Masse), insbesondere zu verkleben, um in diesem Bereich eine Dämpfung der auftretende Biegewellen BW zu bewirken. Hierbei können im Dämpfungsbereich 40 elastomere oder schaumartige Materialien als Dämpfungsbelag eingesetzt werden.In a sixth embodiment, it is proposed in the damping region 40 a damping limp and heavy covering with the surface of the bumper 30 connect (sound insulation by mass), in particular to glue, in order to effect a damping of the bending waves occurring in this area BW. Here, in the damping range 40 elastomeric or foam-like materials are used as a damping lining.

Ferner kann in einer vorgeschlagenen siebten Ausgestaltung das Material des Stoßfängers 30 selbst im Dämpfungsbereich 40 gegenüber dem Material im Durchlassbereich 50 unterschiedlich gewählt werden, wodurch die Biegesteifigkeit B in den Bereichen 40, 50 variierbar ist.Furthermore, in a proposed seventh embodiment, the material of the bumper 30 even in the damping area 40 opposite the material in the passage area 50 be selected differently, whereby the bending stiffness B in the areas 40 . 50 is variable.

In einer achten Ausgestaltung wird zur Erhöhung der Schalldämpfung/-dämmung im Dämpfungsbereich 40 und Vermeidung der Schallabstrahlung vorgeschlagen, das Verhältnis von flächenbezogener Masse m'' und Biegesteifigkeit B möglichst klein und damit die Grenzfrequenz viel niedriger als die Ultraschallfrequenz zu wählen (Schalldämmung durch Steifigkeit), das heißt eine geringe Masse des Stoßfängermaterials pro Fläche m'' mit einer hohen Biegesteifigkeit B zu kombinieren. Dazu wird vorgeschlagen, insgesamt für den Stoßfänger 30 ein Material mit geringer flächenbezogener Masse m'' zu verwenden und im Dämpfungsbereich 40 die Biegesteifigkeit zu erhöhen, indem im Dämpfungsbereich 40, vorzugsweise auf der Rückseite des Stoßfängers 30, Versteifungselemente (wie eingesägte Rillen, Klötzchen oder dergleichen) ausgebildet/angebracht werden.In an eighth embodiment, to increase the sound attenuation / insulation in the damping region 40 and avoiding the sound radiation proposed, the ratio of areal mass m '' and bending stiffness B as small as possible and thus to choose the cutoff frequency much lower than the ultrasonic frequency (sound insulation by stiffness), that is, a low mass of the bumper material per area m '' with a high bending stiffness B to combine. For this it is proposed, in total for the bumper 30 to use a material with a low mass per unit area m '' and in the damping area 40 to increase the bending stiffness by adding in the damping range 40 , preferably on the back of the bumper 30 , Stiffening elements (such as grooved grooves, blocks or the like) are formed / attached.

Alle genannten Ausgestaltungen können jeweils allein oder in Kombination mit mindestens einer anderen Ausgestaltung angewendet werden.All mentioned embodiments may each alone or in Combination with at least one other embodiment applied become.

Die jeweilige Ausgestaltung sorgt in geeigneter Weise dafür, dass zwischen Durchlassbereich 50 des Schallsensors 20 und Dämpfungsbereich 40 ein Impedanzsprung erzeugt wird und die Biegewellen im Dämpfungsbereich an ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit gehindert also gedämpft beziehungsweise gedämmt werden, so dass der Koinzidenzeffekt am Stoßfänger 30 vermieden werden kann.The respective embodiment ensures in a suitable way that between passband 50 the sound sensor 20 and damping range 40 an impedance jump is generated and the bending waves are prevented in the damping region at its propagation speed so damped or insulated, so that the coincidence effect on the bumper 30 can be avoided.

1010
Piezokeramik-ElementPiezoceramic element
2020
Piezokeramik-Modul [Schallsensor]Piezoceramic module [Sound sensor]
3030
Bauteil oder Strukturbauteil [Stoßfänger]component or structural component [bumper]
4040
Dämpfungsbereichattenuation range
5050
DurchlassbereichPassband
6060
DickensprungDick jump
7070
Ramperamp
8080
Schlitzungslitting
9090
Dämpfungsringdamping ring
90A90A
Adapter [Verdrehung des Dämpfungsringes 90]Adapter [twisting of the damping ring 90 ]
90B90B
Öffnungopening
RR
Richtstrahldirectional beam
BWBW
Biegewelleflexural wave
fg f g
Grenzfrequenz [Hz]cut-off frequency [Hz]
m''m ''
flächenbezogene Masse der Platte [kg/m2]area-related mass of the slab [kg / m 2 ]
BB
Biegesteifigkeit der Platte [Nm]bending stiffness the plate [Nm]
Ee
Elastizitätsmodul in N/mm2 Young's modulus in N / mm 2
dd
Dicke [m]thickness [M]
dn=1,2... d n = 1,2 ...
Bauteildicke des n-ten Bauteils d1 Component thickness of the nth component d 1
dn=1,2... d n = 1,2 ...
Bauteildicke Bauteildicke des n-ten Bauteils d2 Component thickness Component thickness of the nth component d 2
cc
Schallgeschwindigkeit in der Luft [340 m/s]speed of sound in the air [340 m / s]
λB λ B
Wellenlänge im Bauteilwavelength in the component
λL λ L
Wellenlänge in Luftwavelength in air
Ve V e
einfallende Luftschallwelleincident Airborne sound wave
vt v t
abgestrahlte Luftschallwelleradiated Airborne sound wave
ϑθ
AbstrahlwinkelBeam
γγ
Wellenfrontwavefront

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19714606 A1 [0004] DE 19714606 A1 [0004]
  • - DE 10018807 A1 [0004] DE 10018807 A1 [0004]
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  • - DE 4410895 A1 [0008] - DE 4410895 A1 [0008]

Claims (19)

Anordnung eines Schallsensors, insbesondere Ultraschallsensor, auf der Rückseite eines Bauteiles, umfassend einen Sender und/oder Empfänger mit einem Aktor zur Aussendung und/oder einem Sensor zum Empfang von an einem Hindernis reflektierten Schallwellen und einer zugehörigen Elektronik zur Erzeugung und/oder Auswertung der ausgesendeten und empfangenen Schallwellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwellen aussendende und/oder empfangende und das Bauteil (30) jeweils in Biegewellen (BW) versetzende Schallsensor (20) in einem auf der Rückseite des Bauteiles (30) von einem Dämpfungsbereich (40) umgebenden Durchlassbereich (50) des Bauteiles (30) angeordnet ist, wobei mindestens einer der Bereiche (40, 50) eine, einen Impedanzunterschied hervorrufende, Ausgestaltung (60, 70, 80, 90) aufweist, so dass im Bauteil (30) ein Koinzidenzeffekt vermeidbar und/oder eine Richtungsbeeinflussung der vom Bauteil (30) im Durchlassbereich (50) abgestrahlten Schallwellen bewirkbar ist.Arrangement of a sound sensor, in particular ultrasonic sensor, on the back of a component, comprising a transmitter and / or receiver with an actuator for transmission and / or a sensor for receiving sound waves reflected at an obstacle and associated electronics for generating and / or evaluating the emitted and received sound waves, characterized in that the sound wave emitting and / or receiving and the component ( 30 ) each in bending waves (BW) staggering sound sensor ( 20 ) in one on the back of the component ( 30 ) of a damping area ( 40 ) surrounding passband ( 50 ) of the component ( 30 ), at least one of the regions ( 40 . 50 ), an impedance difference causing configuration ( 60 . 70 . 80 . 90 ), so that in the component ( 30 ) a coincidence effect avoidable and / or a directional influence of the component ( 30 ) in the passband ( 50 ) radiated sound waves is effected. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallsensor mindestens ein Piezokeramikelement (10) aufweist, welches als Basiselement innerhalb eines Piezokeramikmoduls (20) mit einer vorgebbaren aktorischen und/oder sensorischen Leistung ausgestattet ist, wobei das Piezokeramikmodul (20) von außen nicht sichtbar in das Bauteil (30) integrierbar oder an dem Bauteil (30) applizierbar ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the sound sensor at least one piezoceramic element ( 10 ), which as a base element within a piezoceramic module ( 20 ) is equipped with a predetermined actuator and / or sensory performance, wherein the piezoceramic module ( 20 ) not visible from the outside into the component ( 30 ) or on the component ( 30 ) is applicable. Bauteil, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (30) auf der Rückseite eine Ausgestaltung (60, 70, 80, 90) aufweist, die im Bauteil (30) einen Koinzidenzeffekt vermeidet oder den Koinzidenzeffekt vermeidet und zudem eine Richtungsbeeinflussung der vom Bauteil (30) im Durchlassbereich (50) abgestrahlten Schallwellen bewirkt.Component, in particular motor vehicle component, characterized in that the component ( 30 ) on the back of an embodiment ( 60 . 70 . 80 . 90 ), which in the component ( 30 ) avoids a coincidence effect or avoids the coincidence effect and, in addition, influences the direction of the component ( 30 ) in the passband ( 50 ) causes radiated sound waves. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung (60, 70, 80, 90) einen Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) des Bauteiles (30), welcher von den ausgesen deten und/oder empfangenen Schallwellen eines Schallsensor (20) angeregt werden soll, bewirkt.Component according to claim 3, characterized in that the embodiment ( 60 . 70 . 80 . 90 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) of the component ( 30 ), which of the emitted and / or received sound waves of a sound sensor ( 20 ) is to be stimulated causes. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) durch einen auf der Rückseite des Bauteiles ausgebildeten Dickensprung (60) im Dämpfungsbereich (40) – einer Veränderung der Materialstärke gegenüber dem Durchlassbereich (50) und gegenüber dem restlichen Dämpfungsbereich des Bauteiles (30) außerhalb des Dickensprunges (60) – hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) by a formed on the back of the component thickness jump ( 60 ) in the damping area ( 40 ) - a change in material thickness compared to the passband ( 50 ) and with respect to the rest of the damping area of the component ( 30 ) outside of the thickness jump ( 60 ) - Can be evoked. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) durch eine auf der Rückseite des Bauteiles (30) ausgebildete Rampe (70) im Dämpfungsbereich (40) – einer vom Durchlassbereich (50) zum restlichen Dämpfungsbereich des Bauteiles (30) hin abnehmenden Verringerung der Materialstärke (60) – hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) by a on the back of the component ( 30 ) trained ramp ( 70 ) in the damping area ( 40 ) - one of the passband ( 50 ) to the rest of the damping area of the component ( 30 ) decreasing material thickness ( 60 ) - Can be evoked. Bauteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke im Durchlassbereich (50) unterhalb der Materialstärke des restlichen Dämpfungsbereiches des Bauteiles (30) außerhalb des Dickensprunges (60) beziehungsweise der Rampe (70) ausgeführt ist.Component according to claim 5 or 6, characterized in that the material thickness in the passband ( 50 ) below the material thickness of the rest of the damping region of the component ( 30 ) outside of the thickness jump ( 60 ) or the ramp ( 70 ) is executed. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) unmittelbar oder nahe des von der Größe des Schallsensors (20) abhängigen Randes des Durchlassbereiches (50) durch eine auf der Rückseite des Bauteiles (30) ausgebildete Schlitzung (80) hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) directly or close to the size of the sound sensor ( 20 ) dependent edge of the passband ( 50 ) by a on the back of the component ( 30 ) trained slit ( 80 ) can be evoked. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzung (80) im Bauteil (30) der Form des Schallsensors (20) folgt oder unabhängig davon kreisförmig oder geradlinig quer und/oder längs zur Hauptachse des Bauteiles (30) durchgehend oder punktförmig ausgeführt ist.Component according to claim 8, characterized in that the slit ( 80 ) in the component ( 30 ) the shape of the sound sensor ( 20 ) follows or independently thereof circular or straight across and / or longitudinal to the main axis of the component ( 30 ) is executed continuously or punctiform. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) durch eine im Durchlassbereich (50) zwischen Schallsensor (20) und Dämpfungsbereich (40) auf der Rückseite des Bauteiles (30) ausgebildete Öffnung (90B) innerhalb eines den Schallsensor (20) umschließenden Dämpfungsringes (90) hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) by one in the passband ( 50 ) between sound sensor ( 20 ) and damping range ( 40 ) on the back of the component ( 30 ) formed opening ( 90B ) within a sound sensor ( 20 ) enclosing damping ring ( 90 ) can be evoked. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsring (90) eine Öffnung (90B) aufweist, durch die eine, durch die Biegewelle (BW) des Bauteiles (30) bewirkte, abgestrahlte Schallwelle in ihrer Ausbreitungsrichtung steuerbar ist.Component according to claim 10, characterized in that the damping ring ( 90 ) an opening ( 90B ), through which, through the bending shaft (BW) of the component ( 30 ), radiated sound wave is controllable in its direction of propagation. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (90B) des Dämpfungsringes (90) durch Drehung des Dämpfungsringes (90) durch einen im oder am Bauteil (30) vorgesehenen Adapter (90A) ausrichtbar ist, wodurch eine Richtung der abgestrahlten Schallwelle zur Erzeugung eines Richtstrahles (R) vorgebbar ist.Component according to claim 11, characterized in that the opening ( 90B ) of the damping ring ( 90 ) by rotation of the damping ring ( 90 ) by a in or on the component ( 30 ) provided adapter ( 90A ) is alignable, whereby a direction of the radiated sound wave for generating a directional beam (R) can be predetermined. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) ein Impedanzsprung des Dämpfungsbereiches (40) durch rückseitige Anbringung eines dämpfenden Belags im Dämpfungsbereich (40) hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) an impedance discontinuity of the attenuation range ( 40 ) by the rearward attachment of a damping lining in the damping area ( 40 ) can be evoked. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dämpfende Belag ein Schaum oder ein Elastomer ist.Component according to claim 4, characterized that the cushioning padding is a foam or an elastomer is. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) durch die Variation von Steifigkeit und/oder Masse der Bereiche (40, 50) hervorrufbar ist.Component according to claim 4, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) by the variation of stiffness and / or mass of the regions ( 40 . 50 ) can be evoked. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bauteil (30) ein Impedanzsprung zwischen dem Dämpfungsbereich (40) und dem Durchlassbereich (50) durch Erhöhung der Biegesteifigkeit des Dämpfungsbereich (40) hervorrufbar ist, indem im Dämpfungsbereich (40) auf der Rückseite des Bauteiles (30) Versteifungselemente oder Versteifungslagen wie Rillen durchgehend oder punktförmig in das Bauteil (30) eingebracht oder Klötzchen und/oder Rippen oder dergleichen angebracht sind.Component according to claim 15, characterized in that in the component ( 30 ) an impedance jump between the damping region ( 40 ) and the passband ( 50 ) by increasing the bending stiffness of the damping region ( 40 ) in the damping region ( 40 ) on the back of the component ( 30 ) Stiffening elements or stiffening layers such as grooves continuous or punctiform in the component ( 30 ) or blocks and / or ribs or the like are attached. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchlassbereich (50) die Materialstärke und -steifigkeit auf die Resonanzfrequenz des Schallsensors (20) abgestimmt ist.Component according to claim 3, characterized in that in the passband ( 50 ) the material thickness and stiffness to the resonance frequency of the sound sensor ( 20 ) is tuned. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (30) nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 17 ausgebildet ist, wobei zwei oder mehrere Merkmale in Kombination ausgeführt sind.Component according to claim 3, characterized in that the component ( 30 ) is formed according to at least one of claims 4 to 17, wherein two or more features are performed in combination. Kraftfahrzeug mit einer Anordnung oder einem Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2 beziehungsweise 3 bis 18.Motor vehicle with an arrangement or a component according to at least one of claims 1 and 2 respectively 3 to 18.
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