DE112009001490B4 - Ultraschallsensor - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der in einem Fahrzeug installiert ist, zum Detektieren eines Hindernisses oder dergleichen.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein Ultraschallsensor für ein Fahrzeug ist normalerweise an der Stoßstange oder am vorderen Grill angeordnet, wo die Wahrscheinlichkeit, nass zu werden, hoch ist und die aufgenommenen Schwingungen stark sind. Daher wird bei einem typischen Ultraschallsensor herkömmlich ein hydrophober und flexibler Füllstoff (Silicium oder dergleichen) zum Füllen des Gehäuses verwendet, in dem das Substrat oder dergleichen einer elektronischen Schaltung untergebracht ist. Dadurch werden die erforderliche Wasserundurchlässigkeit und Schwingungsfestigkeit gewährleistet (siehe z. B. Patentliteraturquelle 1).
- Durch das Befüllen mit einem Füllstoff wie beim Stand der Technik steigen jedoch die Masse und die Kosten. Darüber hinaus neigt das Substrat der elektronischen Schaltung durch das Vorhandensein des Füllstoffs zur Verformung. Dadurch können sich Risse in Teilen bilden, die an die elektronischen Komponenten auf dem Substrat der elektronischen Schaltung angelötet sind. Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Vermögen des Sensors, einen Bereich zu detektieren, vor und nach dem Befüllen mit dem Füllstoff unterschiedlich sein kann. Faktoren, die zur Verformung der elektronischen Schaltung führen, sind zum Beispiel die Belastung von außen infolge der thermischen Ausdehnung und Kontraktion des Füllstoffs. Ein Beispiel für ein unterschiedliches Vermögen, einen Detektionsbereich zu detektieren, wäre ein eingeengter Detektionsbereich. Darüber hinaus wird viel Zeit zum Trocknen des Füllstoffs benötigt. Unter diesen Aspekten können zahlreiche Verbesserungen vorgenommen werden.
- Literaturquellen des Standes der Technik
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- Patentliteraturquelle 1:
Japanisches Patent JP 3 991 936 B2 - Außerdem offenbart
DE 197 52 921 A1 einen Ultraschallsensor, der aus einem Gehäuse mit einer Steckverbindung besteht, wobei das Gehäuse einen Ultraschallwandler und eine Leiterplatte aufnimmt. Das Gehäuse ist von außen dicht ausgebildet. - Kurze Darstellung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor gemäß Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 8 definieren vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes, wie er im Anspruch 1 definiert ist.
- Die vorliegende Erfindung stellt einen Ultraschallsensor zur Verfügung, der einen vereinfachten Aufbau hat, eine hohe Wasserundurchlässigkeit gewährleistet und die Herstellungszeit verkürzt.
- Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ultraschallsensor, der Folgendes aufweist: einen Transducer bzw. Signalwandler; ein Substrat für eine elektronische Schaltung, auf dem eine elektronische Schaltung so eingerichtet ist, dass sie ein Ultraschallsignal verarbeitet, das über den Transducer bzw. Signalwandler gesendet und empfangen wird; und ein Gehäuse mit einem Substrathalter, der die elektronische Leiterplatte festhält. Der Substrathalter hat einen Deckel, der an einem offenen Teil des Substrathalters angeschweißt ist, um den Substrathalter gegen das Eindringen von Flüssigkeiten hermetisch abzudichten.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung, die einen Ultraschallsensor nach einer Ausführungsform zeigt. -
2 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Laserschweißvorgang zeigt. -
3 ist eine erläuternde Darstellung, die einen Ultraschallschweißvorgang zeigt. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
- Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
- Wie in
1 gezeigt ist, weist ein Ultraschallsensor1 der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse2 auf, in dem ein Mikrofon3 und ein Substrat4 für eine elektronische Schaltung untergebracht sind. Das Mikrofon3 dient als ein Transducer oder Signalwandler. Das Substrat4 für eine elektronische Schaltung verarbeitet Ultraschallsignale, die über das Mikrofon3 gesendet und empfangen werden. - Das Gehäuse
2 der vorliegenden Ausführungsform weist im Einzelnen einen Substrathalter5 und einen Mikrofonhalter6 auf. Der Substrathalter5 ist so gestaltet, dass er die Form eines unteren Kastens hat. Der Mikrofonhalter6 ist angrenzend an den Substrathalter5 angeordnet und dient als ein Transducer- oder Signalwandler-Halter. - Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Substrathalter
5 ein Substrathalter-Hauptteil7 auf, das röhrenförmig ist und eine geschlossene Unterseite hat. Das Substrathalter-Hauptteil7 hat ein offenes Teil8 , das mit einem ebenen Deckel9 verschlossen ist. Der Deckel9 der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einem lichtdurchlässigen Material, und das Substrathalter-Hauptteil7 besteht aus einem lichtabsorbierenden Material. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Deckel9 an seiner gesamten Peripherie durch Laserschweißen an dem offenen Teil8 des Substrathalter-Hauptteils7 angebracht, um das Innere des Substrathalters5 gegen das Eindringen von Flüssigkeiten hermetisch abzudichten. - Wie in
2 gezeigt ist, emittiert insbesondere eine Lasermaschine M1 einen Laserstrahl L, der durch den Deckel9 durchgelassen wird und von dem Substrathalter-Hauptteil7 absorbiert wird. Dadurch entsteht Wärme, die ein Schmelzbad um die Begrenzung des Deckels9 und des Substrathalter-Hauptteils7 bildet. Durch Erstarrung des Schmelzbads wird der Deckel9 mit dem Substrathalter-Hauptteil7 verbunden. - Das Substrathalter-Hauptteil
7 hat ein unteres Teil10 mit einer Vielzahl von Stützrippen11 , die in das Substrathalter-Hauptteil7 hinein ragen. Der Deckel9 hat eine Vielzahl von Druckrippen12 , die in das Substrathalter-Hauptteil7 hinein reichen, wenn der Deckel9 mit dem offenen Teil8 verbunden wird. Das Substrat4 für eine elektronische Schaltung wird von den Stützrippen11 in dem Substrathalter5 so abgestützt, dass es im Großen und Ganzen parallel zu dem unteren Teil10 ist. Darüber hinaus wird das Elektronische-Schaltungs-Substrat4 von den Druckrippen12 gedrückt, die von dem Deckel9 ausgehen und als Stützelemente dienen. Auf diese Weise wird das Substrat4 für eine elektronische Schaltung zwischen den Druckrippen12 und den Stützrippen11 gehalten. Dadurch wird die Bewegung des Substrats4 für eine elektronische Schaltung in der Druckrichtung (in der Zeichnung in senkrechter Richtung gesehen) beschränkt. - Das Substrathalter-Hauptteil
7 hat eine Seitenwand13 , an der eine Stromversorgungseinheit14 angeordnet ist. Eine Stromversorgungs-Kontaktplatte15 , die in die Stromversorgungseinheit14 integriert ist, hat ein Ende, das in den Substrathalter5 hinein ragt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Stromversorgungs-Kontaktplatte15 in einer Einheit mit dem Gehäuse2 zusammen mit einer Abschirmung16 einsatzgeformt, die in das untere Teil10 und die Seitenwand13 des Substrathalter-Hauptteils7 integriert ist. Das Substrat4 für eine elektronische Schaltung ist an die Stromversorgungs-Kontaktplatte15 angelötet, um es mit Strom von einem Anschluss (nicht dargestellt), der mit der Stromversorgungseinheit14 verbunden ist, mit Strom zu versorgen. - Der zylindrische Mikrofonhalter
6 verläuft so von dem unteren Teil10 des Substrathalter-Hauptteils7 aus, dass die Achse des Mikrofonhalters6 im Großen und Ganzen senkrecht zu dem unteren Teil10 ist. Das Mikrofon3 wird so in dem Mikrofonhalter6 gehalten und abgestützt, dass seine Signalwandler-Einheit17 nach außen zeigt. - Bei der vorliegenden Ausführungsform weist insbesondere das untere Teil
10 des Substrathalter-Hauptteils8 eine Verbindungsbohrung18 auf, die ein zweites offenes Teil darstellt, das den Substrathalter5 mit dem Mikrofonhalter6 verbindet. Ein stabförmiger Leitungsanschluss19 ist an dem Ende des Mikrofons3 ausgebildet, das der Wandler-Einheit18 gegenüberliegt (in1 am oberen Ende). Das Mikrofon3 ist so in dem Mikrofonhalter6 angeordnet, dass sich der Leitungsanschluss19 in der Verbindungsbohrung18 befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dämpfungsmaterial20 , das das Mikrofon3 umgibt, zwischen dem Mikrofon3 und dem Mikrofonhalter6 angeordnet. Eine Leitungskontaktplatte21 , die sich von dem Leitungsanschluss19 in den Substrathalter5 erstreckt, ist an das Substrat4 für eine elektronische Schaltung angelötet. Sie verbindet das Mikrofon3 elektrisch mit dem Substrat4 für eine elektronische Schaltung. - Weiterhin verschließt bei der vorliegenden Ausführungsform ein Schweißblech
22 , das einen zweiten Deckel bildet, die Verbindungsbohrung18 von der Innenseite des Substrathalters5 . - Die Leitungskontaktplatte
21 , die von dem Leitungsanschluss19 ausgeht, verläuft über das Schweißblech22 in den Substrathalter5 . - Insbesondere wird in der gleichen Weise wie bei dem Deckel
9 das Schweißblech22 mit einem offenen Teil23 der Verbindungsbohrung18 , die in dem Substrathalter5 ausgebildet ist, durch Laserschweißen verbunden. Das Schweißblech22 ist in Kontakt mit einem hinteren Ende des Leitungsanschlusses19 . Der Leitungsanschluss19 ist durch Laserschweißen mit dem Schweißblech22 verbunden. Dadurch wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungsbohrung18 abgedichtet und ein Durchgangsloch24 des Leitungsanschlusses19 wird hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet. - Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Schweißblech
22 durch Laserschweißen mit dem offenen Teil23 der Verbindungsbohrung18 und dem Leitungsanschluss19 über das offene Teil8 des Substrathalter-Hauptteils7 verbunden. Nachdem das Substrat4 für eine elektronische Schaltung in dem Substrathalter-Hauptteil7 angeordnet worden ist, wird der Deckel9 , der mit dem offenen Teil8 verbunden ist, an das offene Teil8 angeschweißt. Somit ist die Richtung, in der der Laserstrahl emittiert wird, bei allen Laserschweißvorgängen im Großen und Ganzen gleich. - Der Ultraschallsensor
1 hat die folgenden Vorteile: - (1) Der Substrathalter
5 weist den Substrathalter-Hauptteil7 , der röhrenförmig ist und eine geschlossene Unterseite hat, und den Deckel9 auf, der mit dem offenen Teil8 verbunden ist. Der Deckel9 ist durch Laserschweißen mit dem offenen Teil8 des Substrathalter-Hauptteils7 verbunden, um das Innere des Substrathalters5 hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abzudichten. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem offenen Teil8 des Substrathalter-Hauptteils7 und dem Deckel9 mit einer einfachen Gestaltung problemlos und sicher verschlossen. Dadurch wird kein Füllstoff zum Füllen des Substrathalters5 mehr benötigt, und Masse und Kosten werden verringert. Darüber hinaus werden Änderungen des Vermögens des Sensors, einen Bereich zu detektieren, die normalerweise vor und nach dem Befüllen mit dem Füllstoff auftreten, vermieden, und das Substrat4 für eine elektronische Schaltung wird nicht von außen durch thermische Ausdehnung und Kontraktion belastet. Außerdem braucht der Füllstoff nicht mehr getrocknet zu werden. Dadurch wird die Herstellungszeit drastisch verkürzt. - (2) Das Substrat
4 für eine elektronische Schaltung wird mit den Stützrippen11 abgestützt, die an dem unteren Teil10 des Substrathalter-Hauptteils7 ausgebildet sind. Außerdem wird das Substrat4 für eine elektronische Schaltung von den Druckrippen12 gedrückt, die von dem Deckel9 ausgehen. Dadurch wird das Substrat4 für eine elektronische Schaltung zwischen den Druckrippen12 und den Stützrippen11 gehalten. Auf diese Weise kann die Bewegung des Substrats4 für eine elektronische Schaltung in der Druckrichtung mit einer einfachen Gestaltung problemlos beschränkt werden. - (3) Der Mikrofonhalter
6 ist angrenzend an den Substrathalter5 angeordnet. Außerdem ist die elektronische Leiterplatte4 mit der Leitungskontaktplatte21 des Mikrofons3 verlötet, die von dem Mikrofonhalter6 aus durch den Substrathalter5 verläuft und in diesen hinein reicht. Dadurch kann die Leitungskontaktplatte21 , die zur Herstellung einer Verbindung gelötet ist, das Elektronische-Schaltungs-Substrat4 abstützen. Folglich kann im Vergleich zu einer Verbindung, die wie beim Stand der Technik einen Leitungsdraht verwendet, eine höhere Schwingungsfestigkeit gewährleistet werden. - (4) Die Verbindungsbohrung
18 , die den Substrathalter5 mit dem Mikrofonhalter6 verbindet, ist in dem unteren Teil10 des Substrathalter-Hauptteils7 ausgebildet. Außerdem verschließt das Schweißblech22 die Verbindungsbohrung18 . Die Leitungskontaktplatte21 verläuft durch das Schweißblech22 zu dem Substrathalter5 . Dadurch kann die Leitungskontaktplatte21 in den Substrathalter5 hinein reichen. - (5) Das Schweißblech
22 ist von der Innenseite des Substrathalters5 durch Laserschweißen mit dem offenen Teil23 der Verbindungsbohrung18 verbunden, die in dem Substrathalter5 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der Spalt zwischen dem offenen Teil23 der Verbindungsbohrung18 und dem Schweißblech22 mit einer einfachen Gestaltung problemlos verschlossen. Außerdem stimmt die Laseremissionsrichtung mit dem Laserschweißen des Deckels9 überein. Das ermöglicht einen vereinfachten und verbesserten Schweißprozess und verkürzt die Schweißzeit. - (6) Das Durchgangsloch
24 , das in dem Schweißblech22 ausgebildet ist, um die Leitungskontaktplatte21 aufzunehmen, ist durch Verschweißen des Leitungsanschlusses19 , von dem die Leitungskontaktplatte21 ausgeht, mit dem Schweißblech22 hermetisch gegen das Eindringen von Flüssigkeiten abgedichtet. - Dadurch wird das Abdichten des Durchgangslochs
24 mit einer einfachen Gestaltung ermöglicht und gewährleistet. Darüber hinaus stimmt die Laseremissionsrichtung mit anderen Laserschweißvorgängen überein. Das ermöglicht einen vereinfachten und verbesserten Schweißprozess und verkürzt die Schweißzeit. - Die vorliegende Ausführungsform kann in der nachstehend beschriebenen Weise modifiziert werden.
- Das Verfahren zum Verschweißen des Deckels
9 mit dem Schweißblech22 ist nicht auf das Laserschweißen beschränkt, das in2 gezeigt ist. Stattdessen kann auch das Ultraschallschweißen durchgeführt werden, das in3 gezeigt ist. In der Zeichnung stellt die Doppelstrichlinie eine Ultraschallmaschine M2 (Arm) dar. - Darüber hinaus kann eine Dichtung S zwischen dem Deckel
9 und dem offenen Teil8 angeordnet werden, wie es in3 gezeigt ist. Ebenso kann eine Dichtung S zwischen dem Schweißblech22 und dem offenen Teil23 angeordnet werden, was jedoch nicht in der Zeichnung gezeigt ist. Dadurch wird die Dichtung weiter gesichert. Eine Gestaltung, bei der eine solche Dichtung S zum Einsatz kommt, kann bei der Durchführung des Laserschweißens verwendet werden. - Bei der Durchführung der einzelnen vorstehend beschriebenen Schweißprozesse kann auch ein Klebstoff (Klebemittel) verwendet werden.
Claims (8)
- Ultraschallsensor mit: einem Transducer; einem Substrat für eine elektronische Schaltung, auf dem eine elektronische Schaltung so eingerichtet ist, dass sie ein Ultraschallsignal verarbeitet, das über den Transducer gesendet und empfangen wird; und einem Gehäuse mit einem Substrathalter, der das Substrat für die elektronische Schaltung hält, wobei der Substrathalter einen Deckel hat, der an einem offenen Teil des Substrathalters angeschweißt ist, um den Substrathalter gegen das Eindringen einer Flüssigkeit hermetisch abzudichten, wobei das Gehäuse ferner einen Transducerhalter aufweist, der angrenzend an dem Substrathalter angeordnet ist und den Transducer festhält, der Transducer eine Leitungskontaktplatte aufweist, die von dem Transducer ausgeht, und die Leitungskontaktplatte in dem Substrathalter durch den Transducerhalter hindurch verläuft und mit dem Substrat für eine elektronische Schaltung, das in dem Substrathalter gehalten wird, verlötet ist.
- Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschweißen des Deckels ein Laserschweißen umfasst.
- Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschweißen des Deckels ein Ultraschallschweißen umfasst.
- Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der weiterhin eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Deckel und dem offenen Teil angeordnet ist.
- Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der weiterhin ein Stützelement aufweist, das das Substrat für eine elektronische Schaltung, das durch Anschweißen des Deckels in dem Substrathalter gehalten wird, drückt und stützt.
- Ultraschallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Verbindungsbohrung aufweist, die den Substrathalter mit dem Transducerhalter verbindet, wobei der Ultraschallsensor weiterhin einen zweiten Deckel aufweist, der so angeschweißt ist, dass er die Verbindungsbohrung verschließt, wobei die Leitungskontaktplatte in dem Substrathalter angeordnet ist und durch den zweiten Deckel verläuft.
- Ultraschallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verbindungsbohrung von dem Substrathalter aus in eine zu dem offenen Teil des Substrathalters entgegengesetzte Richtung öffnet und der zweite Deckel in dem Substrathalter angeordnet ist und an diesem angeschweißt ist.
- Ultraschallsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Deckel ein Durchgangsloch aufweist, das so ausgebildet ist, dass die Leitungskontaktplatte durch den zweiten Deckel verläuft, der Transducer einen Leitungsanschluss aufweist, an dem die Leitungskontaktplatte angeordnet ist, und der zweite Deckel an der Innenseite des Substrathalters und an dem Leitungsanschluss angeschweißt ist.
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