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Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem Sensorgehäuse und mit einer mit dem Sensorgehäuse verbundenen topfförmigen Membran, wobei die Membran einen Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen und eine sich an den Membranboden anschließende Membranwandung aufweist, und wobei ein Abschnitt der Membranwandung in das Sensorgehäuse hineinragt. In einem Gehäuseinnenraum eines dem Membranboden zugewandten Gehäuseabschnitts des Sensorgehäuses ist eine diesen Gehäuseinnenraum ausfüllende erste Vergussmasse angeordnet.
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Heutige Kraftfahrzeuge weise üblicherweise eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren auf, die Fahrerassistenzeinrichtungen, wie beispielsweise Park- u./o. Bremsassistenzsystemen, zugeordnet sind und Informationen über die Umgebung des Kraftfahrzeugs, insbesondere über Hindernisse oder Objekte in der Umgebung und deren Abstände zum Kraftfahrzeug liefern. Die Ultraschallsensoren sind verteilt am Kraftfahrzeug, zumindest im Front- und Heckbereich des Kraftfahrzeugs, angeordnet und gewöhnlich an Verkleidungsteilen, insbesondere an Stoßfängern, verbaut.
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Ein solcher Ultraschallsensor ist dabei regelmäßig in einer entsprechenden Öffnung oder Aussparung des Verkleidungsteils des Kraftfahrzeugs derart angeordnet, dass ein stirn- bzw. frontseitiger Membranboden einer topfförmigen Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen bündig mit der äußeren Oberfläche des Verkleidungsteils abschließt, wobei im Betrieb über den Membranboden Ultraschallwellen ausgesendet und empfangen werden können.
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Ein Ultraschallsensor der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 028 214 A1 bekannt. Der Ultraschallsensor umfasst ein im Wesentlichen zylinderförmiges Sensorgehäuse und eine topfförmig ausgebildete, an dem Sensorgehäuse gelagerte Membran, die einen scheibenförmigen Membranboden aufweist, wobei an der Innenseite des Membranbodens ein Piezo-Element angeordnet ist, das den Membranboden in Schwingung versetzen kann, so dass dieser Ultraschallsignale erzeugen kann. Die Membran ist radial außen von einem ringförmigen Entkopplungselement umgeben, das die Membran schwingungstechnisch von dem Sensorgehäuse entkoppelt, und das gehäuseseitig an einem ringförmigen Gehäuseabschnitt des Sensorgehäuses gelagert ist, der einen dem Sensorgehäuse zugewandten Teil des Entkopplungselement radial außen umgibt, wobei das Entkopplungselement und der Gehäuseabschnitt über Rastmittel miteinander verbunden sind. In einem Innenraum des Sensorgehäuses ist zudem eine Vergussmasse angeordnet um den Ultraschallsensor und dessen elektrische Bauteile vor Feuchtigkeit und vor Schmutz zu schützen.
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Nachteilig gestaltet sich bei einer derartigen Ausgestaltung die damit verbundene hohe Anzahl an Einzelteilen und Fügeschritten, was zu einer aufwendigen Fertigung und insgesamt hohen Herstellungskosten führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausgestaltung für einen Ultraschallsensor anzugeben, dessen Aufbau vereinfacht ist und der eine möglichst geringe Anzahl an Einzelteilen und Fügeschritten im Herstellungsprozess umfasst.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Demnach umfasst ein Ultraschallsensor für ein Kraftfahrzeug ein Sensorgehäuse und eine mit dem Sensorgehäuse verbundene topfförmige Membran, wobei die Membran einen Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen und eine sich an den Membranboden anschließende Membranwandung aufweist, wobei ein Abschnitt der Membranwandung in das Sensorgehäuse hineinragt, und wobei in einem Gehäuseinnenraum eines dem Membranboden zugewandten Gehäuseabschnitts des Sensorgehäuses eine diesen Gehäuseinnenraum ausfüllende erste Vergussmasse angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß erstreckt die erste Vergussmasse sich zumindest teilweise in den von der Membranwandung umgebenden Membraninnenraum der Membran, wobei die Membran durch die erste Vergussmasse mit dem Sensorgehäuse formschlüssig verbunden ist.
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Dadurch ist die Membran bereits mittels der ersten Vergussmasse an dem Sensorgehäuse befestigt und relativ zu dem Sensorgehäuse fixiert. Die erste Vergussmasse übernimmt hier also neben einer Dichtungsfunktion und einer mechanischen Entkopplung zwischen der Membran und dem Sensorgehäuse die Erzeugung eines entsprechendes Formschlusses.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat somit insgesamt den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Ausgestaltung für einen Ultraschallsensor bereitgestellt wird, dessen Aufbau und Montage vereinfacht ist.
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Um ein Hineinragen der Membranwandung in das Sensorgehäuse zu ermöglichen, ist ein Außendurchmesser der Membranwandung kleiner als ein Innendurchmesser des Sensorgehäuses.
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Die Membran ist mit ihrem Membranboden und ihrer Membranwandung vorteilhafterweise einstückig augebildet und bevorzugt aus Aluminium gebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Formschluss zumindest in einer axialen Richtung und in einer radialen Richtung bewirkt. Der Formschluss erfolgt also zumindest in axialer und radialer Richtung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Gehäuseinnenraum zwischen der Außenseite der in das Sensorgehäuse hineinragenden Membranwandung und der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts ein Zwischenraum ausgebildet, wobei die erste Vergussmasse sich zumindest teilweise in den Zwischenraum erstreckt. Die erste Vergussmasse stützt sich dabei somit an der Außenseite der Membranwandung und der Innenseite der Gehäusewand ab. Vorteilhafterweise erstrecht sich die erste Vergussmasse vollständig in den Zwischenraum, so dass die erste Vergussmasse den Zwischenraum vollständig ausfüllt. Dadurch ist in diesem Bereich ein zuverlässiger Formschluss zumindest in radialer Richtung bewirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an dem dem Membranboden abgewandten axialen Ende der Membranwandung ein sich nach radial außen erstreckender, ringbundartig um das axiale Ende der Membranwandung, insbesondere vollständig, umlaufender Ansatz vorgesehen. Dadurch wird eine besonders geeignete formschlüssige Verbindung ermöglicht. Der Ansatz erstreckt sich dabei bevorzugt senkrecht zu der Membranwandung nach radial außen.
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Dabei ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform in der ersten Vergussmasse eine zu dem Ansatz der Membranwandung korrespondierende Nut vorgesehen, wobei der Ansatz in der Nut angeordnet ist, wodurch ein Formschluss zumindest in axialer und radialer Richtung bewirkt ist. Die erste Vergussmasse weist hierbei also eine zu der umlaufenden Ansatz und zur Aufnahme des Ansatzes korrespondierende Nut auf, wobei im montierten Zustand die erste Vergussmasse den Ansatz vollständig umgibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in einem dem Membranboden zugewandten axialen Abschnitt des Zwischenraums ein ringförmiges, elastisches Formteil angeordnet, wobei der Ansatz auf dem Formteil aufliegt und einen Formschluss in axialer Richtung bewirkt. Hierbei wird der Formschluss also durch die erste Vergussmasse zusammen mit dem elastischen Formteil bewirkt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt die erste Vergussmasse in dem Gehäuseinnenraum sich in radialer Richtung bis zu der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts, wobei die erste Vergussmasse in dem Membraninnenraum sich in radialer Richtung bis zu der Innenseite der Membranwandung erstreckt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt die erste Vergussmasse in dem Membraninnenraum sich in axialer Richtung bis zu der Innenseite des Membranbodens. Vorteilhafterweise füllt die erste Vergussmasse den Membraninnenraum dabei vollständig aus. Die erste Vergussmasse dient hierbei neben der Erzeugung eines Formschluss insbesondere zur Schwingungsdämpfung an dem Membranboden und/oder an der Membranwandung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Vergussmasse einstückig aus einem ersten Material ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das erste Material aus einem Elastomer-, Thermoplast-, Duroplast- oder Silikon-Werkstoff gebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erstreckt die erste Vergussmasse in dem Membraninnenraum sich in axialer Richtung lediglich entlang eines dem Membranboden abgewandten Abschnitts der Membranwandung, wobei unmittelbar angrenzend an die erste Vergussmasse eine zweite Vergussmasse angeordnet ist, die in dem Membraninnenraum sich in axialer Richtung von der ersten Vergussmasse bis zu der Innenseite des Membranbodens und in radialer Richtung bis zu der Innenseite der Membranwandung erstreckt. Vorteilhafterweise ist dabei die erste Vergussmasse aus einem ersten Material gebildet und die zweite Vergussmasse ist aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material gebildet. Die zweite Vergussmasse dient hierbei insbesondere zur Schwingungsdämpfung an dem Membranboden und/oder einem dem Membranboden zugewandten Abschnitt der Membranwandung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1a in einer Explosionsdarstellung einen Ultraschallsensor,
- 1b in einem Querschnitt den Ultraschallsensor gemäß 1a,
- 2a in einer Explosionsdarstellung einen Ultraschallsensor in einer alternativen Ausführungsform,
- 2b in einem Querschnitt den Ultraschallsensor gemäß 2a,
- 3a in einer Explosionsdarstellung einen Ultraschallsensor in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
- 3b in einem Querschnitt den Ultraschallsensor gemäß 3a,
- 4a in einer Explosionsdarstellung einen Ultraschallsensor in einer weiteren alternativen Ausführungsform,
- 4b in einem Querschnitt den Ultraschallsensor gemäß 4a,
- 5a in einer Explosionsdarstellung einen Ultraschallsensor in einer weiteren alternativen Ausführungsform, und
- 5b in einem Querschnitt den Ultraschallsensor gemäß 5a.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1a und 1b ist ein Ausführungsbeispiel eines Ultraschallsensors 1 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 1a ist der Ultraschallsensor 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 1b in einem Querschnitt.
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Der Ultraschallsensor 1 umfasst ein einstückiges Sensorgehäuse 2 mit mehreren elektrischen Kontaktstiften 3 sowie eine innerhalb des Sensorgehäuses 2 angeordnete und mit den Kontaktstiften 3 verbundene Leiterplatte 4. Der Ultraschallsensor 1 umfasst weiter eine mit dem Sensorgehäuse 2 verbundenen topfförmige Membran 5, wobei die Membran 5 einen Membranboden 6 zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen und eine sich an den Membranboden 6 anschließende Membranwandung 7 aufweist, und wobei ein Abschnitt der Membranwandung 7 in das Sensorgehäuse 2 hineinragt. An der Innenseite des Membranbodens 6 ist eine scheibenförmige Piezokeramik angeordnet ist, die elektrisch mit der Leiterplatte 4 verbunden ist. An dem der Membran 5 abgewandten axialen Ende des Sensorgehäuses 4 ist das Sensorgehäuse 2 durch einen Deckel 8 verschlossen.
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In einem Gehäuseinnenraum eines dem Membranboden 6 zugewandten Gehäuseabschnitts 9 des Sensorgehäuses 2 ist eine diesen Gehäuseinnenraum vollständig ausfüllende erste Vergussmasse 10 angeordnet, wobei die erste Vergussmasse 10 einstückig aus einem ersten Material, insbesondere aus einem Elastomer-, Thermoplast-, Duroplast- oder Silikon-Werkstoff, ausgebildet ist.
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Die erste Vergussmasse 10 erstreckt sich in dem Gehäuseinnenraum des Sensorgehäuses 2 in radialer Richtung R bis zu der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts 9 des Sensorgehäuses 2. Dabei erstreckt sich die erste Vergussmasse 10 auch vollständig in einen zwischen der Außenseite der in das Sensorgehäuse 2 hineinragenden Membranwandung 7 und der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts 9 ausgebildeten Zwischenraum.
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Zudem erstreckt sich die erste Vergussmasse 10 in den von der Membranwandung 7 umgebenden Membraninnenraum der Membran 5, wobei die erste Vergussmasse 10 sich in radialer Richtung R bis zu der Innenseite der Membranwandung 7 und in axialer Richtung Z bis zu der Innenseite des Membranbodens 6 erstreckt. Die erste Vergussmasse 10 füllt somit den Membraninnenraum vollständig aus und bewirkt eine Schwingungsdämpfung an dem Membranboden 6 und der Membranwandung 7.
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Weiter ist an dem dem Membranboden 6 abgewandten axialen Ende der Membranwandung 7 ein sich senkrecht zu der Membranwandung 7 und nach radial außen erstreckender, ringbundartig um dieses axiale Ende der Membranwandung 7 vollständig umlaufender Ansatz 11 vorgesehen, der in eine in der ersten Vergussmasse 10 angeordnete, zu dem Ansatz 11 korrespondierende Nut eingreift, so dass die erste Vergussmasse 10 den Ansatz 11 vollständig umgibt.
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Durch eine derartige Ausgestaltung und Anordnung der ersten Vergussmasse 10 insgesamt in dem Sensorgehäuse 2 und dem Membraninnenraum der Membran 5 sowie der Membran 5 insbesondere mit ihrem Ansatz 11 ist ein zuverlässiger Formschluss in axialer Richtung Z und radialer Richtung R bewirkt ist, wobei die erste Vergussmasse 10 somit neben einer Dichtungsfunktion, einer Schwingungsdämpfung an dem Membranboden 6 und der Membranwandung 7 und einer mechanischen Entkopplung zwischen der Membran 5 und dem Sensorgehäuse 2 zudem die Erzeugung eines entsprechendes Formschlusses und damit eine zuverlässige Befestigung der Membran 5 an dem Sensorgehäuse 2 bewirkt.
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In den 2a und 2b ist ein Ultraschallsensor 1 in einer alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 2a ist der Ultraschallsensor 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 2b in einem Querschnitt.
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Der Ultraschallsensor 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1a bis 1b gezeigtem Ultraschallsensor 1, wobei der Ultraschallsensor 1 hier neben der ersten Vergussmasse 10 eine zweite Vergussmasse 12 aufweist.
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Die erste Vergussmasse 10 erstreckt sich dabei in dem Membraninnenraum in axialer Richtung Z lediglich entlang eines dem Membranboden 6 abgewandten Abschnitts der Membranwandung 7, wobei unmittelbar angrenzend an die erste Vergussmasse 10 die zweite Vergussmasse 12 angeordnet ist. Die zweite Vergussmasse 12 erstreckt sich in dem Membraninnenraum in axialer Richtung Z von der ersten Vergussmasse 10 aus bis zu der Innenseite des Membranbodens 6 und in radialer Richtung R bis zu der Innenseite der Membranwandung 7. Dabei ist die zweite Vergussmasse 12 aus einem von dem ersten Material der ersten Vergussmasse 10 verschiedenen zweiten Material gebildet. Die zweite Vergussmasse 12 dient hierbei insbesondere zur Schwingungsdämpfung an dem Membranboden 6 und an dem dem Membranboden 6 zugewandten Abschnitt der Membranwandung 7. Hierbei ist als zweites Material ein zur entsprechenden Schwingungsdämpfung besonders geeigneter Werkstoff nutzbar.
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In den 3a und 3b ist ein Ultraschallsensor 1 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 3a ist der Ultraschallsensor 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 3b in einem Querschnitt.
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Der Ultraschallsensor 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1a bis 1b gezeigtem Ultraschallsensor 1, wobei der Ultraschallsensor 1 hier neben der ersten Vergussmasse 10 ein ringförmiges, elastisches Formteil 13 aufweist.
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Das elastische Formteil 13 ist in einem dem Membranboden 6 zugewandten axialen Abschnitt des Zwischenraums zwischen der Außenseite der in das Sensorgehäuse 2 hineinragenden Membranwandung 7 und der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts 9 des Sensorgehäuses 2 angeordnet. Dabei liegt der an der Membranwandung 7 ausgebildete Ansatz 11 auf dem Formteil 13 auf und bewirkt einen Formschluss in axialer Richtung Z. Es wird hier somit der Formschluss durch die erste Vergussmasse 10 zusammen mit dem elastischen Formteil 13 bewirkt.
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In den 4a und 4b ist ein Ultraschallsensor 1 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 4a ist der Ultraschallsensor 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 4b in einem Querschnitt.
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Der Ultraschallsensor 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 2a bis 2b gezeigtem Ultraschallsensor 1, wobei der Ultraschallsensor 1 hier neben der ersten Vergussmasse 10 ein ringförmiges, elastisches Formteil 13 aufweist.
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Das elastische Formteil 13 ist dabei wiederum in einem dem Membranboden 6 zugewandten axialen Abschnitt des Zwischenraums zwischen der Außenseite der in das Sensorgehäuse 2 hineinragenden Membranwandung 7 und der Innenseite der Gehäusewand des Gehäuseabschnitts 9 des Sensorgehäuses 2 angeordnet, wobei der an der Membranwandung 7 ausgebildete Ansatz 11 auf dem Formteil 13 aufliegt, wodurch einen Formschluss in axialer Richtung Z bewirkt wird. Es wird hier somit insbesondere ein Formschluss durch die erste Vergussmasse 10 zusammen mit dem elastischen Formteil 13 bewirkt.
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In den 5a und 5b ist ein Ultraschallsensor 1 in einer weiteren alternativen Ausführungsform in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. In 5a ist der Ultraschallsensor 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt, in 5b in einem Querschnitt.
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Der Ultraschallsensor 1 entspricht im Wesentlichen dem in den 1a bis 1b gezeigtem Ultraschallsensor 1, wobei hier das Sensorgehäuse 2 in dem dem Membranboden 6 zugewandten axialen Endabschnitt hohlzylinderförmig ausgebildet ist, und wobei an diesem axialen Endabschnitt eine Frontkappe 14 über eine Rastverbindung mit dem Sensorgehäuse 2 verbunden ist.
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Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass eine derartige Ausgestaltung mit einem solchen Sensorgehäuse 2 und einer solchen Frontkappe 14 entsprechend auch auf die Ausführungsformen der 2a bis 4b anwendbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ultraschallsensor
- 2
- Sensorgehäuse
- 3
- Kontaktstift
- 4
- Leiterplatte
- 5
- Membran
- 6
- Membranboden
- 7
- Membranwandung
- 8
- Deckel
- 9
- Gehäuseabschnitt des Sensorgehäuses
- 10
- erste Vergussmasse
- 11
- Ansatz
- 12
- zweite Vergussmasse
- 13
- Formteil
- 14
- Frontkappe
- R
- radiale Richtung
- Z
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028214 A1 [0004]
