-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Ultraschallwandler zum Erkennen eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs, weiters einen Ultraschallwandler zum Erkennen eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
-
Ultraschallwandler zum Erkennen eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs werden beispielsweise für Parksysteme oder dergleichen eingesetzt. Solche Ultraschallwandler funktionieren häufig nach dem Puls-Echo-Prinzip, wobei derselbe Ultraschallwandler als Sender und Empfänger eingesetzt wird. Daher ist es besonders schwierig, eine möglichst kleine „blinde Zone“ im Nahbereich zu entwerfen, aus welcher kein Echosignal empfangen bzw. zuverlässig erkannt werden kann. Die Größe dieser „blinden Zone“ wird charakterisiert und bestimmt durch eine Nachhallzeit des Wandlers nach einem Aussenden des Pulses.
-
Um eine hohe elektro-akustische Umwandlungseffizienz und somit einen weiten Erfassungsbereich und/oder ein niedriges Signal-Rauschen-Verhältnis zu erlangen, basieren Ultraschallwandler im Allgemeinen auf dem Biege-Wandler-Prinzip. Dabei wird eine Piezo-Wandler-Scheibe auf eine Membran aufgebracht und in einer Resonanz-Mode betrieben.
-
Um dies zu unterstützen und Echos von einer Fahrbahn und/oder sehr hohen Objekten, wie Dächern in Parkhäusern und/oder Brücken, zu vermeiden, werden im Allgemeinen eine ausgeprägte Richtcharakteristik und ein schmaler Öffnungswinkel angestrebt. Dies kann beispielsweise durch eine spezielle Membrangeometrie erreicht werden.
-
Ein Beispiel dafür ist die
JP 2001 326987 A. Diese offenbart ein topfartiges Gehäuse für einen Ultraschallwandler, dessen Boden zentral eine kreisscheibenfömige Verdickung aufweist. Diese Gestaltung zeigt teilweise eine niedrige elektro-akustische Effizienz, welche einen Erkennungsbereich des resultierenden Ultraschallwandlers verkürzt. Ferner kann bei dieser Gestaltung eine lange Nachhallzeit nach einem Aussenden eines Ultraschallpulses gegeben sein, wodurch ein blinder Bereich in einem Nahfeld vergrößert wird.
-
Eine Gestaltung zum Verbessern der Nachhallzeit lehrt beispielsweise die
JP 2006 174 003 . Diese offenbart ein rotationssymmetrisches topfförmiges Gehäuse für einen Ultraschallwandler. Ein Bodenabschnitt des Gehäuses hat eine Kegelstumpfform, deren Dicke von einer Seitenwand zu einem zentralen Plateau für ein Wandlerelement nach innen hin mit konstanter Steigung zunimmt.
-
Scharfe Kanten bei der
JP 2006 174 003 können ggf. aufwendig zu fertigen sein. Außerdem können Schwankungen im Radius starke Wechselwirkungen zu einer Resonanzfrequenz zeigen.
-
Die
DE 11 2009 003 590 T5 zeigt einen Ultraschallwandler mit verbesserter Stabilität der Resonanzfrequenz. Der beschriebene Ultraschallwandler umfasst ein mit einer Unterseite versehenes kreisförmiges zylindrisches Gehäuse und ein piezoelektrisches Element, das im Wesentlichen an einer Mitte einer Unterseite des Gehäuses vorgesehen ist. Die Unterseite des Gehäuses hat einen Steigungsabschnitt, der von einer Position, an der das piezoelektrische Element vorgesehen ist, zu einer Innenwandoberfläche des Gehäuses hin allmählich dünner wird, und einen flachen Abschnitt, der sich von einer Außenkante des Steigungsabschnitts zu der Innenwandoberfläche des Gehäuses erstreckt, während eine Dicke der äußeren Kante des Steigungsabschnitts beibehalten wird.
-
Insbesondere bei einer Gestaltung, welche in
3 der
DE 11 2009 003 590 T5 gezeigt wird, kann die Nachhallzeit verlängert sein. Das offenbarte Gehäuse neigt dazu, im verbauten Zustand sichtbare Grate auf einer Karosserie-Außenseite zu zeigen. Im Vergleich zu einer Gestaltung gemäß der bereits erwähnten
JP 2001 326987 A ist eine Richtcharakteristik möglicherweise verschlechtert und der Öffnungswinkel verbreitert. Außerdem kann die elektro-akustische Effizienz herabgesetzt sein.
-
Im Stand der Technik sind weitere Gehäuse für Ultraschallwandler bekannt:
- Die JP 2005 039 689 A offenbart ein topfartiges Gehäuse für einen Ultraschallwandler mit einem flachen Boden. An einer Seite ist der flache Boden mit einer flachen Stufe oder mehreren flachen Stufen zur Außenseite des Bodens hin versehen, sodass sich ein weiterer dünnerer oder mehrere weitere dünnere Bodenabschnitte ergeben. Die Einseitigkeit führt zu einem Verkippen eines Ultraschall-Erfassungskegels zu einer Längsachse des Gehäuses. Das Verkippen führt dazu, dass der Ultraschall-Erfassungskegel nicht symmetrisch ist zu der Längsachse. Daher ist während eines Einbaus eine Orientierung des Sensors zu beachten. Dieses Konzept kann ungeeignet sein für eine Ausführung, in welcher ein unsymmetrischer Kabelanschluss vorgesehen und/oder Gleichteile für rechts und links in einer Karosserie gefordert werden. Mit anderen Worten, das Gehäuse der JP 2005 039 689 A ist für Ausführungsformen ungeeignet, welche einen symmetrischen Gesamtsensoraufbau fordern.
-
Die
JP 2017 225 013 A offenbart ein kreisscheibenförmiges Gehäuse für einen Ultraschallwandler mit einer zentralen ovalen Ausnehmung. Diese ovale Ausnehmung hat einen flachen Boden, der an den kurzen Seiten nierenförmige Vertiefungen mit dünnerem, flachem Boden aufweist. Im Querschnitt entlang einer Längsachse der ovalen Ausnehmung ergibt dies einen stufenförmigen Verlauf der Bodendicke mit flachen Stufen.
-
Die
DE 10 2008 040905 A1 offenbart ein topfartiges Gehäuse für einen Ultraschallsensor mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand. Dabei ist ein elektromechanisches Wandlerelement, wie beispielhaft ein zylinderscheibenförmiges Piezoelement, auf eine ansonsten flache Innenseite der Bodenfläche aufgeklebt.
-
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten Ultraschallwandler und insbesondere ein Gehäuse dafür bereitzustellen. Dabei steht ein vorteilhafter Kompromiss zwischen Richtcharakteristik, elektro-akustischer Effizienz und/oder kurzer Nachhallzeit im Vordergrund.
-
Demgemäß wird ein Gehäuse für einen Ultraschallwandler zum Erkennen eines Objekts in der Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Gehäuse weist eine umlaufende Seitenwand und eine Bodenwand auf. Die umlaufende Seitenwand definiert eine Hauptachse des Gehäuses. Die Bodenwand weist eine zentrale Aufnahme zum Tragen eines Wandlerelements bzw. Ultraschallelements und wenigstens einen Modulatorbereich auf. Der Modulatorbereich erstreckt sich in einer Längsschnittebene, welche die Hauptachse enthält, radial von der Aufnahme bis zu einem Übergang der Bodenwand in die Seitenwand. Eine Dicke der Bodenwand nimmt über den gesamten Modulatorbereich nach radial außen hin ab. Eine Innenseite der Bodenwand weist in dem Modulatorbereich wenigstens zwei unterschiedliche Neigungswinkel auf.
-
Das Gehäuse verwirklicht in der Bodenwand einen Kompromiss. Einerseits zeichnet sich das Gehäuse durch eine Richtcharakteristik aus, welche mittels einer großen Apertur in der Längsschnittebene erreicht wird. Andererseits zeichnet sich die Bodenwand durch eine hohe elektro-akustische Effizienz aus, welche durch eine entsprechende Formgebung des Modulatorbereichs erreicht wird. Außerdem eignet sich das vorgeschlagene Gehäuse für eine wünschenswert kurze Nachhallzeit und ist schließlich auch robust gegenüber Schwankungen bei Fertigungstoleranzen. Das vorgeschlagene Gehäuse ist aufgrund der vorgeschlagenen Bodenwand gut fertigbar.
-
Insbesondere in der Längsschnittebene nimmt eine Dicke der Bodenwand über den gesamten Modulatorbereich nach radial außen hin ab. Die Innenseite der Bodenwand weist in dem Modulatorbereich insbesondere in der Längsschnittebene wenigstens zwei unterschiedliche Neigungswinkel auf.
-
Die Seitenwand ist vorzugsweise in Umfangsrichtung geschlossen, aber es sind auch Varianten mit einer in Umfangsrichtung nicht durchgehenden Wand und/oder teilweise nicht durchgehenden Wand vorsehbar.
-
Die Bodenwand hat eine Außenseite, welche vorzugsweise zu der Hauptachse senkrecht verläuft. Es sind auch Varianten denkbar, bei denen die Außenseite konkav und/oder konvex gekrümmt und/oder kegelstumpfförmig und/oder spitz verläuft.
-
Vorzugsweise verläuft die Innenseite des Modulatorbereichs in der Längsschnittebene in einer konvexen Rundung. Dadurch wird eine Neigung zum Nachhallen vermindert, d.h. verbessert. Vorsehbar ist sowohl, dass der gesamte Modulatorbereich als eine konvexe Rundung ausgeführt ist, als auch dass ein Bereich des Modulatorbereichs als eine konvexe Rundung ausgeführt ist.
-
In dieser Beschreibung beziehen sich die Begriffe „konvex“ und „konkav“ auf einen Betrachter in einem Innenraum des Gehäuses. „Konvex“ bedeutet von innen im Gehäuse gesehen nach außen gerichtet, insbesondere verrundet. Umgangssprachlich kann man „konvex“ als eine Ausbeulung „nach außen“ betrachten. Funktional entspricht ein „konvexer“ Abschnitt einer Innenseite der Bodenwandung mehr Innenvolumen des Gehäuses. „Konkav“ bedeutet von innen im Gehäuse gesehen nach innen gerichtet, insbesondere verrundet. Umgangssprachlich kann man „konkav“ als eine Ausbeulung „nach innen“ betrachten. Funktional entspricht ein „konkaver“ Abschnitt einer Innenseite der Bodenwandung weniger Innenvolumen des Gehäuses.
-
Gemäß einer bevorzugten Option ist ein stetig differenzierbarer Verlauf der Innenseite in der Längsschnittebene vorsehbar. Beispiele umfassen einen parabelförmigen und/oder exponentialförmigen Verlauf. Hierdurch kann ein Frequenzverhalten verbessert werden. Vorsehbar ist, dass die Innenseite über den gesamten Modulatorbereich stetig differenzierbar verläuft. Weiterhin ist vorsehbar, dass die Innenseite nur über einen Teil des Modulatorbereichs stetig differenzierbar verläuft.
-
Aus Gründen der elektro-akustischen Effizienz wird es bevorzugt, dass ein äußerer Rand der Rundung und/oder Parabel tangential an einen gedachten Kegelstumpfwinkel anliegt.
-
Falls der Modulatorbereich mehrere Kegelstumpfabschnitte enthält, die zumindest zwei unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen, kann eine Form für das Gehäuse verhältnismäßig einfach gefertigt werden. Gehen zwei benachbarte Kegelstumpfabschnitte, insbesondere radial benachbarte Kegelstumpfabschnitte, durch eine konvexe Rundung ineinander über, kann eine Dämpfung verbessert und ein Nachhall vermindert werden. Vorsehbar ist aber auch, dass zwei benachbarte Kegelstumpfabschnitte, insbesondere radial benachbarte Kegelstumpfabschnitte, durch eine Kante ineinander übergehen, sodass ein Eigenfrequenzverhalten ausgeprägter wird. Je nach Auslegung sind beides bevorzugbare Weiterbildungen.
-
Aus Gründen der elektro-akustischen Effizienz ist es wiederum bevorzugt, dass ein Flächenabschnitt des Modulatorbereichs umso weiter radial außen angeordnet ist, je flacher der jeweilige Flächenabschnitt ist. Beispielsweise falls zwei Kegelstumpfabschnitte mit unterschiedlichem Neigungswinkel vorgesehen sind, ist es elektro-akustisch effizienter, den flacheren Kegelstumpfabschnitt radial außerhalb des steileren Kegelstumpfabschnitts anzuordnen. Angaben wie „flach“ und „steil“ beziehen sich vorzugsweise auf eine gedachte Senkrechte zur gedachten Hauptachse.
-
Falls sich der Modulatorbereich oder jeweils ein Modulatorbereich in der Längsschnittebene symmetrisch zu der Hauptachse erstreckt, wird eine zu der Hauptachse symmetrische Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers erreichbar. Beispielsweise kann so ein horizontal breiter und vertikal schmaler Ultraschallkegel bereitgestellt werden.
-
Auch falls in einer zu der Längsschnittebene senkrechten zweiten Längsschnittebene, welche die Hauptachse enthält, die Seitenwand an die Aufnahme heranreicht, kann eine vorteilhafte Richtcharakteristik erreicht werden. Konkret kann eine effektive Apertur in der Richtung der zweiten Längsschnittebene schmaler als in der Richtung der ersten Längsschnittebene sein, sodass in dieser Richtung der zweiten Längsschnittebene eine Richtcharakteristik breiter ist. Gemäß einem bevorzugten Beispiel weist die Seitenwand eine zu der Längsschnittebene parallele und/oder zumindest näherungsweise parallele und/oder abschnittsweise parallele Verdickung auf. Optional kann eine Innenwand der Verdickung konzentrisch zu der Aufnahme verlaufen.
-
Experimente haben gezeigt, dass bei einem elektro-akustisch effizienten Gehäuse ein Neigungswinkel innen in dem Modulatorbereich zumindest 2°, bevorzugt zumindest 2,5° und bevorzugter zumindest 3° beträgt. „Innen“ in dem Modulatorbereich bedeutet, dass eine Rundung, welche in die vorzugsweise flache Aufnahme übergeht, und/oder eine Rundung, welche in die vorzugsweise steile Seitenwand übergeht, einen niedrigeren Neigungswinkel aufweisen kann. Ein Neigungswinkel von 0° bedeutet sinngemäß eine Senkrechte zu der Hauptachse, und ein Neigungswinkel von 90° bedeutet sinngemäß eine Parallele zu der Hauptachse.
-
Falls die Seitenwand zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung unterbrochen ist und/oder entlang der Umfangsrichtung betrachtet unterschiedlich weit von der Hauptachse auskragt, kann das Gehäuse eine Verdrehsicherung enthalten. Auf diese Weise kann eine gewünschte Orientierung einer Richtcharakteristik zu einem Fahrzeug sicher eingestellt werden.
-
Vorzugsweise geht eine Innenseite der Bodenwand mittels einer konkaven Rundung von dem Modulatorbereich in die Aufnahme über. So wird das Gehäuse toleranter gegenüber Fertigungsschwankungen.
-
Um das Gehäuse leichter fertigen zu können, wird als Option vorgeschlagen, dass eine Innenseite der Bodenwand mittels einer konvexen Rundung von dem Modulatorbereich in eine Innenseite der Seitenwand übergeht.
-
Es ist zum Anbringen eines scheibenförmigen Wandlerelements günstig, wenn die Aufnahme eine konstante Dicke aufweist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschallwandler vorgeschlagen. Dieser weist ein Gehäuse gemäß einer der voranstehenden Optionen und ein Wandlerelement auf. Das Wandlerelement wird in und/oder an der Aufnahme getragen, beispielsweise mittels einer Verklebung, einer Verschweißung und/oder einem chemischen und/oder mechanischen Befestigungsverfahren.
-
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das wenigstens einen solchen Ultraschallwandler enthält.
-
Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen oder auch ein Lastkraftwagen.
-
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Fahrzeug, das mehrere Ultraschallwandler enthält;
- 2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Schnittdarstellung ein Gehäuse für einen Ultraschallwandler gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Teil einer Bodenwand und einen Teil einer Seitenwand des Gehäuses für einen Ultraschallwandler gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Teil einer Bodenwand und einen Teil einer Seitenwand eines Gehäuses für einen Ultraschallwandler gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Teil einer Bodenwand und einen Teil einer Seitenwand eines Gehäuses für einen Ultraschallwandler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 6 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Teil einer Bodenwand und einen Teil einer Seitenwand eines Gehäuses für einen Ultraschallwandler gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 7 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Teil einer Bodenwand und einen Teil einer Seitenwand eines Gehäuses für einen Ultraschallwandler gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 100 aus einer Vogelperspektive. Das Fahrzeug 100 ist beispielsweise ein Auto, das in einer Umgebung 102 angeordnet ist. Das Auto 100 weist ein Steuergerät 104 auf. Zudem sind an dem Auto 100 mehrere Ultraschallwandler 106 vorgesehen. Die Ultraschallwandler 106 sind zum Erfassen eines Abstands zu in der Umgebung 102 angeordneten Objekten und zum Ausgeben eines entsprechenden Sensorsignals eingerichtet. Die Ultraschallwandler 106 sind mit dem Steuergerät 104 verbunden.
-
Die 2 und 3 zeigen ein Gehäuse 110 für einen Ultraschallwandler 106 gemäß einer ersten Ausführungsform des Gehäuses 110.
-
Dabei zeigt die 2 in einem perspektivischen Längsschnitt den Aufbau des Gehäuses 110. Das Gehäuse 110 hat eine Bodenwand 112 und eine Seitenwand 114.
-
Die Seitenwand 114 ist umlaufend geschlossen und bildet so eine innen unregelmäßig geformte Röhre. Die Seitenwand 114 definiert in ihrem Zentrum eine Hauptachse 118.
-
An einem axialen Ende der Seitenwand 114 ist das Gehäuse durch die ungefähr scheibenförmige Bodenwand 112 Topf-artig geschlossen. Eine Innenseite 120 der Bodenwand 112 und eine Innenseite 122 der Seitenwand 114 begrenzen einen Innenraum 124 des Gehäuses 110.
-
In der Darstellung der 2 wird das Gehäuse 110 in einer Längsschnittebene 126 geschnitten, welche die Hauptachse 118 enthält.
-
Die 3 zeigt einen Teil des Längsschnitts der 2 in einer Draufsicht auf die Schnittfläche. Die 3 zeigt also den Schnitt des Gehäuses 110 mit der Längsschnittebene 126. Links im Bild ist ein Teil der Seitenwand 114 und rechts im Bild ist die Hauptachse 118 abgebildet.
-
Die Bodenwand 112 weist von der Hauptachse 118 nach radial außen eine Aufnahme 130 und einen Modulatorbereich 132 auf. An den Modulatorbereich 132 schließt sich radial au-ßen die Seitenwand 114 an.
-
Die Aufnahme 130 ist ein Bereich der Bodenwand 112, welcher zum Tragen eines (nicht dargestellten) Wandlerelements vorbereitet ist. Als Wandlerelement kommt hierbei vorzugsweise ein Piezo-Element zum Wandeln zwischen mechanische Schwingungen und elektrischen Schwingungen im Ultraschallbereich zum Einsatz.
-
Eine Außenseite 136 der Bodenwand 112 verläuft vorzugsweise senkrecht zu der Hauptachse 118.
-
Vorzugsweise wird das Wandlerelement mit der Aufnahme 130 verbunden, wie beispielsweise geklebt. Dazu verläuft die Innenseite 120 im Bereich der Aufnahme 130 vorzugsweise senkrecht zu der Hauptachse 118. Die Aufnahme 130 hat somit eine Dicke A.
-
In der Längsschnittebene 126 befindet sich zwischen der Aufnahme 130 und der Seitenwand 114 der Modulatorbereich 132. Bei der ersten Ausführungsform schließt der Modulatorbereich 132 mittels eines inneren Übergangs 138 an die Aufnahme 130 an. Außerdem schließt der Modulatorbereich 132 bei der ersten Ausführungsform mittels eines äußeren Übergangs 140 an die Seitenwand 114 an.
-
An dem äußeren Übergang 140 hat die Bodenwand 112 eine kleinste Dicke B. Diese radial außen liegende kleinste Dicke B ist kleiner als die radial innen liegende Dicke A der Aufnahme 130.
-
Eine Dicke C an beliebiger Stelle des Modulatorbereichs 132 nimmt von der Aufnahme 130 bis zu dem Übergang 140 allmählich ab. Genauer gesagt, bei der ersten Ausführungsform nimmt die Dicke C der Bodenwand 112 von dem inneren Übergang 138 bis zu dem äußeren Übergang 140 hin allmählich ab. Anders formuliert: jede Dicke C einer Stelle innen in dem Modulatorbereichs 132 ist kleiner als die Dicke A und größer als die Dicke B.
-
Weil bei der ersten Ausführungsform die Übergänge 138, 140 kontinuierlich ausgebildet sind, ist die Dicke C des Modulatorbereichs 132 am inneren Rand des Modulatorbereichs 132 gleich der Dicke A und am äußeren Rand gleich der Dicke B.
-
Bei der ersten Ausführungsform hat der Modulatorbereich 132 zwei Kegelstumpfabschnitte 150 und 152. Ein radial innen in dem Modulatorbereich 132 angeordneter Kegelstumpfabschnitt 150 hat einen verhältnismäßig großen Neigungswinkel D. Ein radial außen in dem Modulatorbereich 132 angeordneter Kegelstumpfabschnitt 152 hat einen verhältnismäßig kleinen Neigungswinkel E.
-
Durch die unterschiedlichen Neigungswinkel D und E wird mittels des Modulatorbereichs 132 ein vorteilhafter Kompromiss aus Richtcharakteristik und elektro-akustischer Effizienz erzielt.
-
Der Neigungswinkel D, E eines Kegelstumpfs 150, 152 oder Kegels ist hierbei der Kegelwinkel zwischen einer Basis und einer Flanke des Kegels bzw. Kegelstumpfs.
-
Die Innenseite 120 hat in dem Bereich der Kegelstumpfabschnitte 150, 152 jeweils einen Flächenabschnitt 134.
-
Die Kegelstumpfabschnitte 150 und 152 gehen bei der ersten Ausführungsform mittels eines radial mittleren Übergangs 154 ineinander über.
-
Der innere Übergang 138 von der Aufnahme 130 in den inneren Kegelstumpfabschnitt 150 ist ein konkaver Übergang 156, also ein von dem Innenraum 124 gesehen nach innen gekrümmter Übergang.
-
Der mittlere Übergang 154 von dem inneren Kegelstumpfabschnitt 150 in den äußeren Kegelstumpfabschnitt 152 und der äußere Übergang 140 von dem äußeren Kegelstumpfabschnitt 152 in die Seitenwand 114 sind jeweils ein konvexer Übergang 158, also ein von dem Innenraum 124 gesehen nach außen gekrümmter Übergang.
-
Auch wenn die 3 nur eine Hälfte der Schnittfläche der Längsschnittebene 126 mit der Bodenwand 112 zeigt, veranschaulicht die 2, dass es in der Längsschnittebene 126 zwei Modulatorbereiche 132 gibt, welche symmetrisch bezüglich der Hauptachse 118 angeordnet sind.
-
Die Seitenwand 114 hat vorliegend einen als einen Kragen 160 ausgebildeten Abschnitt, welcher beispielhaft an einem von der Bodenwand 112 entfernten Ende der Seitenwand 114 angeordnet ist. Der Kragen 160 steht nach radial außen vor, aber in Umfangsrichtung gesehen unterschiedlich weit. So zeigt die 2 einen schmalen Kragenabschnitt 162 und einen breiten Kragenabschnitt 164. Durch den Wechsel von schmalen und breiten Kragenabschnitten 162, 164 wird nach einem Einsetzen des Gehäuses 110 in eine gegengleich gebildete Aussparung, bspw. in einer Stoßstange des Fahrzeugs 100, eine Verdrehsicherung erreicht. Somit kann eine Orientierung der Richtcharakteristik des Ultraschallwandlers 104 im Fahrzeug 100 kontrolliert und eingestellt werden.
-
Im Folgenden wird auf konstruktive Vorteile der ersten Ausführungsform eingegangen. Es ist selbstverständlich, dass diese bevorzugten Abmessungen und Verhältnisse auch jeweils einzeln vorteilhaft sind.
-
Ein Abstand von der Hauptachse 118 zu dem Übergang 138 ist in der 3 als ein Radius F bezeichnet. Ein Abstand von der Hauptachse 118 zu der Innenseite 122 der Seitenwand 114 wird als ein Radius G bzw. als ein Abstand G bezeichnet. Eine Differenz zwischen den Dicken A und B wird als eine Tiefe H bezeichnet. Die Tiefe H ist eine Tiefe einer durch den Modulatorbereich 132 gegenüber der Aufnahme 130 gebildeten Ausnehmung, vgl. 2. Schließlich wird ein Außenradius der Seitenwand 114 mit J bezeichnet.
-
Ein Verhältnis des Radius G zum Radius J beeinflusst in hohem Maße die Richtcharakteristik. Es wird also in der Längsschnittebene 126 eine möglichst dünne Seitenwand 114 angestrebt. Vorteilhafte Verhältnisse G/J liegen im Bereich über 0,9, vorzugsweise über 0,92.
-
Beispielsweise kann der Radius F der Aufnahme 4,1 mm betragen, kann der Abstand G 7,1 mm betragen und/oder kann die Seitenwand 114 in der Längsschnittebene 126 0,6 mm dick sein.
-
Die Richtcharakteristik wird auch in hohem Maße durch den Außenradius F der Aufnahme 130 beeinflusst. Die 2 zeigt beispielhaft, dass die Seitenwand 114 in einem an die Bodenwand anschließenden Bereich eine Verdickung 170 aufweist. Die Verdickung 170 ist derart gestaltet, dass sie von der Längsschnittebene 126 ungefähr den Radius F der Aufnahme 130 beabstandet ist und im Wesentlichen parallel verläuft. „Ungefähr“ bedeutet in diesem konkreten Zusammenhang insbesondere einen Bereich von +30% bis -30% und vorzugsweise einen Bereich von +5% bis -15%. Der Außenradius F der Aufnahme 130 wird hauptsächlich durch das zu installierende Wandlerelement beeinflusst. Beispielsweise werden ein Wandlerelement mit einem Radius von 4 mm und dazu passend ein Außenradius F von 4,1 mm vorgeschlagen.
-
Die Richtcharakteristik wird außerdem maßgeblich durch ein Verhältnis der Tiefe H zur äu-ßeren Dicke B beeinflusst. Dasselbe gilt für die elektro-akustische Effizienz. Vorzugsweise ist die Tiefe H betragsmäßig größer als die äußere Dicke B. Nach Experimenten wird ein Bereich des Verhältnissens H/B von 1 bis 2 und insbesondere von 1,2 bis 1,5 bevorzugt.
-
Experimente haben gezeigt, dass der kleinste Neigungswinkel E wenigstens 2° betragen sollte, um ein Verhalten zu zeigen, das Fertigungsschwankungen gegenüber robust ist. Vorzugsweise beträgt der kleinste Neigungswinkel E wenigstens 2,5° und besonders bevorzugt wenigstens 3°. Der Neigungswinkel wird vorzugsweise gegen eine Senkrechte zur Hauptachse 118 gemessen bzw. verglichen.
-
Experimente habe auch gezeigt, dass der steilste Neigungswinkel D zumindest 25° und vorzugsweise zumindest 30° betragen sollte. In bevorzugten Varianten mit zwei Kegelstumpfabschnitten beträgt der steilere Neigungswinkel D einmal 40° und ein anderes Mal 30°.
-
Eine radiale Erstreckung des Modulatorbereichs 132 ist die Differenz G-F. Ein bevorzugtes Verhältnis der Tiefe H zu einer radialen Erstreckung des Modulatorbereichs 132, also ein Verhältnis H/(G-F), liegt im Bereich von 0,1 bis 0,4 und vorzugsweise im Bereich 0,15 bis 0,25. Mit anderen Worten, je radial breiter der Modulatorbereich 132 ist, umso vorteilhafter ist ein Übertragungsverhalten des Gehäuses 110.
-
Für eine hohe elektro-akustische Effizienz ist einerseits auf das bereits beschriebene Verhältnis H/B abzustellen. Andererseits ist ein möglichst geschmeidiger Übergang von der Dicke A der Aufnahme 130 zu der Dicke B der Bodenwand 112 Im Bereich des Übergangs 140 in die Seitenwand anzustreben. Hierfür vorteilhaft sind das Verhältnis der Neigungswinkel D, E und ein möglichst großer Radius des konvexen mittleren Übergangs 154, 158. Im vorliegenden Fall ist der mittlere Übergang 154 mit einem beispielhaften Radius von 0,75 mm bei einer Dicke B von 0,4 mm bzw. eine Dicke A von 0,94 mm ausgeführt. Mittels dieser Maßnahmen kann eine Radial-Mode bzw. Radialschwingungsform des bevorzugten Wandlerelements auf Piezobasis in vorteilhafter Weise effizient in eine Biegemode bzw. Biegeschwingungsform des Ultraschallwandlers 106 umgesetzt werden. Dabei sorgt die geschmeidige Form des Modulatorabschnitts 132 für ein Angleichen an die Impedanz des Wandlerelements.
-
Um einen Nachhall nach einem Aussenden eines Ultraschallpulses zu verkürzen, werden zwei Maßnahmen vorgeschlagen. Erstens kann der Innenraum 124 nach einer Montage des Wandlerelements mit einem dämpfenden Material vergossen oder gefüllt werden. Hierfür wird Silikon bevorzugt. Zweitens sollten gerade Flächen zwischen dem Wandlerelement bzw. der Aufnahme 130 und der Seitenwand 114 vermieden werden. Indem möglichst gekrümmte Flächen eingesetzt werden, kann ein Energieeintrag in das Dämpfungsmaterial verbessert und gleichmäßiger als bislang verteilt werden.
-
Schließlich ist anzumerken, dass ein möglichst geschmeidiger Verlauf des Modulatorbereichs 132 vermeidet, dass während einer Fertigung Grate, Abzeichnungen und/oder Markierungen an der Außenseite 136 der Bodenwand 112 entstehen, sodass eine Kundenakzeptanz verbessert wird.
-
Im Folgenden wird ein Gehäuse 200 gemäß einer zweite Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen. Dabei werden hauptsächlich Unterschiede zur ersten Ausführungsform besprochen.
-
Die zweite Ausführungsform zeigt gewissermaßen eine Idealform der Erfindung an. Das Gehäuse 200 der zweiten Ausführungsform weist einen Modulatorbereich 132 auf, welcher zwischen der Aufnahme 130 und der Seitenwand 114 eine kontinuierliche Krümmung 202 an der Innenseite 120 aufweist. Ein Seitenwand-seitiger Neigungswinkel bzw. äußerer Neigungswinkel E beträgt zumindest 2°, vorzugsweise zumindest 2,5° und insbesondere zumindest 3°. Ein Aufnahme-seitiger bzw. innerer Neigungswinkel D beträgt vorliegend beispielhaft 60°.
-
Der Übergang 138 ist als eine scharfe Kante 204 ausgeführt. Der Übergang 140 ist als eine scharfe Kante 206 ausgeführt.
-
Die kontinuierliche Krümmung 202 folgt beispielsweise einer zu der Seitenwand 114 hin geöffneten Parabel, sodass die Dicke C des Modulatorbereichs nahe der Aufnahme 130 stärker abnimmt als nahe der Seitenwand 114. Insofern korrespondiert die an eine liegende Parabel angelehnte Gestaltung der kontinuierlichen Krümmung 202 mit dem Vorschlag, dass vorzugsweise von zwei Kegelstumpfabschnitten der flachere radial außen anzuordnen sei. Anstelle der Parabel-Form ist auch ein Verlauf nach einer Exponentialfunktion bevorzugt. Allgemeiner formuliert: Experimente haben gezeigt, dass ein stetig differenzierbarer Verlauf der Innenseite 120 der Bodenwand 114 den geschmeidigsten Verlauf und daher die höchste elektro-akustische Effizienz aufweist. Man kann den stetig differenzierbaren Verlauf auch als die Extremform von „zumindest zwei unterschiedlichen Neigungswinkeln“ auffassen.
-
Im Übrigen wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform, insbesondere auf die Beschreibung bevorzugter Abmessungen und Verhältnisse verwiesen.
-
Ein in der 5 gezeigtes Gehäuse 210 gemäß einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich zum Gehäuse 200 gemäß der zweiten Ausführungsform in dem Übergang 138. Anstelle der scharfen Kante 204 ist die konkave Verrundung 156 vorgesehen. Im Übrigen wird auf die voranstehende Beschreibung, insbesondere der zweiten Ausführungsform, verwiesen.
-
Ein in der 6 gezeigtes Gehäuse 220 gemäß einer vierten Ausführungsform unterscheidet sich zum Gehäuse 210 gemäß der dritten Ausführungsform in dem Übergang 140. Anstelle der scharfen Kante 206 ist die konvexe Verrundung 158 vorgesehen. Im Übrigen wird auf die voranstehende Beschreibung, insbesondere die zweite und dritte Ausführungsform, verwiesen.
-
Schließlich zeigt die 7 ein Gehäuse 230 gemäß einer fünften Ausführungsform. Dieses unterscheidet sich zur ersten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass statt des mittleren Übergangs 154 zwischen den Kegelstumpfabschnitten 150 und 152 eine scharfe Kante 232 vorgesehen ist.
-
Es ist zu den beiliegenden Figuren sicherheitshalber anzumerken, dass der flachste Neigungswinkel in jeder der Figuren wenigstens 2° beträgt, auch wenn diese Feinheit figürlich schwer darstellbar ist.
-
Die angegebenen Maße beschreiben jeweils eine bevorzugte Ausführungsform. Sie können einzeln oder insgesamt andere Werte annehmen.
-
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
-
BEZUGSZEICHENLISTE
-
- 100
- Fahrzeug
- 102
- Umgebung
- 104
- Steuergerät
- 106
- Ultraschallwandler
- 110
- Gehäuse
- 112
- Bodenwand
- 114
- Seitenwand
- 118
- Hauptachse
- 120
- Innenseite der Bodenwand
- 122
- Innenseite der Seitenwand
- 124
- Innenraum
- 126
- Längsschnittebene
- 130
- Aufnahme
- 132
- Modulatorbereich
- 134
- Flächenabschnitt
- 136
- Außenseite
- 138
- innerer Übergang
- 140
- äußerer Übergang
- 150
- Kegelstumpfabschnitt
- 152
- Kegelstumpfabschnitt
- 154
- mittlerer Übergang
- 156
- konkaver Übergang
- 158
- konvexer Übergang
- 160
- Kragen
- 162
- Kragenabschnitt
- 164
- Kragenabschnitt
- 170
- Verdickung
- 200
- Gehäuse
- 202
- kontinuierliche Krümmung
- 204
- scharfe Kante
- 206
- scharfe Kante
- 210
- Gehäuse
- 220
- Gehäuse
- 230
- Gehäuse
- 232
- scharfe Kante
- A
- innere Dicke
- B
- äußere Dicke
- C
- Dicke des Modulatorbereichs
- D
- innerer Neigungswinkel
- E
- äußerer Neigungswinkel
- F
- Radius
- G
- Radius
- H
- Tiefe
- J
- Radius
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2001326987 [0005, 0009]
- JP 2006174003 [0006, 0007]
- DE 112009003590 T5 [0008, 0009]
- JP 2005039689 A [0010]
- JP 2017225013 A [0011]
- DE 102008040905 A1 [0012]
