DE19601656B4

DE19601656B4 - Bedämpfter Ultraschallwandler

Info

Publication number: DE19601656B4
Application number: DE19601656A
Authority: DE
Inventors: Edgar Haiber; Gerhard Grohmann; Joachim Mathes; Harry Müller; Klaus Wirkner
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: WO1997026646A1; DE19601656A1

Abstract

Ultraschallwandler, bei dem am Boden (2) eines im wesentlichen zylinderförmigen Resonatortopfes (1) ein piezokeramischer Schwinger (3) angeordnet ist, wobei zumindest an einigen Stellen des Resonatortopfes (1) zur Bedämpfung Dämpfungsmaterial angreift, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum des Resonatortopfes (1) ein aus Silikonschaum bestehender Dämpfungskörper (4) eingefügt ist, welcher unter Vorspannung auf den Schwinger (3) einwirkt und, sofern den Schwinger (3) der Boden (2) des Resonatortopfes (1) umgibt, unter Vorspannung auch auf diesen einwirkt.

Description

Zur Ermittlung und Anzeige des Abstands von Kraftfahrzeugen gegenüber anderen Kraftfahrzeugen und Hindernissen werden Ultraschallwandler eingesetzt, die vorzugsweise in den Stoßfängern der Kraftfahrzeuge montiert werden. Diese Wandler sind somit einer ganzen Reihe von Umweltgrößen wie Temperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit, Schmutz und ähnlichem ausgesetzt, welche die Resonanzfrequenz des Wandlers verschieben und damit die Empfindlichkeit der Anzeigeeinrichtung herabsetzen. Um die Empfindlichkeit der Schwingkreise gegen derartige Parameter zu mindern, hat man durch die Bedämpfung der angeschlossenen elektrischen Schwingkreise deren Güte herabgesetzt.
Andererseits ist es auch bekannt geworden, den an einen Resonatortopf angekoppelten Piezoschwinger dadurch zu bedämpfen, dass Dämpfungsmaterial an Teilen des Schwingers und/oder des Resonatortopfes angreift. So ist es beispielsweise aus der DE 34 41 684 A1 bekannt, durch eine Schaumstoffschicht, die an einem Teil des Resonatortopfes angreift, diesen zu bedämpfen. Im Gegensatz hierzu wird in der Gebrauchsmusteranmeldung DE 87 12 391 U1 das Dämpfungsmaterial an die innere Mantelfläche des Resonatortopfes angeklebt. Wiederum einen anderen Weg geht die DE 41 40 040 A1 , bei der Dämpfungsmaterial auf einen zu dem Resonatortopf gehörenden Deckel aufgeklebt wird, wobei der Piezoschwinger selbst von Dämpfungsmaterial freigehalten wird.
Aus der DE 38 26 799 A1 ist ein Ultraschallwandler bekannt, bei dem ein Dämpfungskörper in Form einer Schaumstoffscheibe vorgesehen ist. Die DE 916 593 B zeigt einen Ultraschallwandler, in dessen Resonatortopf sich ein Isolierstoff aus gepulvertem Siliziumdioxidmaterial befindet.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, dass die Bedämpfung relativ gering ist und dass die bekannten Dämpfungsmaßnahmen in der Herstellung vergleichsweise teuer sind.
Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Aufgabe der Erfindung ist es, durch kostengünstige Maßnahmen eine stärkere Bedämpfung des Wandlers zu erreichen.
Ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst.
Die Erfindung besteht in einer Ausführungsart darin, in den Innenraum des Resonatortopfes einen diesen in der vollen Querschnittsfläche ausfüllenden Dämpfungskörper einzulegen und diesen unter Vorspannung zur Anlage an der gesamten Bodenfläche sowie, über die Höhe des Dämpfungskörpers, an der inneren Mantelfläche des Resonatortopfes zu bringen. Damit deckt der Dämpfungskörper über seine Höhe den Innenraum des Resonatortopfes ab, so dass er sowohl auf den Schwinger selbst, auf die an ihn angrenzenden Teilstücke des Bodens des Resonatortopfes als auch über die Höhe des Dämpfungskörpers auf die Innenwand des Resonatortopfes einwirkt. Es ergibt sich somit eine sehr vorteilhafte und einfache doch gleichwohl recht wirksame Möglichkeit der Bedämpfung des Wandlers.
Um die erwünschte Vorspannung zu erzeugen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach wirkt ein Stopfen, bspw. ein elastischer Silikonkörper auf den Dämpfungskörper ein, wobei sich der Silikonkörper durch Reibkräfte in der vorgesehenen Lage hält.
Im übrigen ist es durch eine derartige Maßnahme einfach möglich, durch mehr oder weniger tiefes Einführen des Silikonkörpers die Bedämpfung des Ultraschallwandlers einzustellen. Nach der Einstellung des Ultraschallwandlers wird der Stopfen dann mit einer Vergussmasse vergossen und so gegenüber den Seitenwänden des Resonatortopfes fixiert.
Eine besonders einfache Herstellung des Stopfens lässt sich durch die in Anspruch 3 beschriebenen Maßnahmen erreichen. Es ist auch möglich, die Stopfen in Form eines Strangs zu gießen und danach aufzutrennen oder auch mehrere Stopfen gleichzeitig in einer Gussform zu gießen, wobei die einzelnen Stopfen zur einfacheren Handhabung in der Gussform durch schmale Stege miteinander verbunden sein können.
Um den Stopfen leichter in den Resonatortopf 1 einfügen zu können, wird die Merkmalskombination nach Anspruch 4 vorgeschlagen. Das bedeutet, dass die hauptsächliche Bedämpfung auf den Boden selbst und den auf ihr befestigten Piezoschwinger ausgeübt wird. Durch die vergleichsweise kräftigen Dämpfungsmaßnahmen ist es möglich, im Kaltziehverfahren gewonnene Resonatortöpfe mit den aus Anspruch 5 ersichtlichen Merkmalen anzuwenden.
Eine andere wirksame Lösung der Aufgabenstellung gibt die Merkmalskombination nach Anspruch 6 an. Hierbei wird u. U. der Resonatortopf selbst aus einem eine hinreichende Dämpfung aufweisenden Material hergestellt (Anspruch 6), so dass die Bedämpfung des Innenraums des Resonatortopfes weitgehend entfällt. Es kann in diesem Fall hinsichtlich des Innenraums des Resonatortopfes bei den bekannten Möglichkeiten bleiben, die auch darin bestehen können, auf eine Bedämpfung im Innenraum weitgehend zu verzichten, indem etwa eine Schaumstoffschicht dazu dient, die Anschlussdrähte von Eigenschwingungen freizuhalten.
Eine weitere Möglichkeit kann gemäß Anspruch 7 darin bestehen, den zylindertopfförmigen Resonatortopf, sei er nun aus Kunststoff oder Metall, mit einer Schicht aus Thermoplast oder Duroplast zu umgießen, um die hinreichende Dämpfung zu bekommen. Auch hier kann wieder eine entsprechend abgeschwächte Bedämpfung des Innenraums des Resonatortopfes erfolgen, die bis zu dem Verzicht auf eine dortige Bedämpfung überhaupt führen kann.
Die Merkmale nach Anspruch 7 beschreiben weiterhin Möglichkeiten in der Bedämpfung des Resonatortopfes, indem dort nur gezielte Bereiche mit einer bedämpfenden Kunststoffschicht überzogen werden.
Eine weitere Vereinfachung kann darin bestehen, gemäß Anspruch 8 eine einfache kreisförmige Metallmembran mit Duroplast derart zu umgießen, dass die Mantelflächen komplett aus Duroplast sind, während die Ränder der Eisenmembran mit dem Duroplast zumindest umgossen sind. Es kann aber auch die gesamte Eisenmembran mit einer dämpfenden Kunststoffschicht überzogen werden.
Da der Resonatortopf noch entkoppelt in dem Wandlergehäuse aufgehängt werden soll, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 9. Danach werden um die Mantelfläche des Resonatortopfes laufende Haltenuten eingegossen, um weiche Gummiringe zu arretieren, die den Resonatortopf gegenüber dem Gehäuse entkoppeln.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn der Wandler innerhalb des Wandlergehäuses mit einem elektrischen Verstärker versehen ist. Hierdurch erhält man stärkere Ausgangssignale des Wandlers. Dabei ist es auch denkbar, die elektrischen Schaltelemente unmittelbar in den elastischen Sicherungsstopfen zu integrieren.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
1 einen Resonatortopf mit einem Dämpfungskörper und
2 einen Resonatortopf, der aus einem mit Kunststoff umgossenen Eisentopf besteht.
1 zeigt einen topfförmigen Resonator 1 aus Aluminium, wobei an der Innenfläche des Bodens 2 ein Piezoschwinger 3 eingelegt und vorzugsweise festgeklebt ist. Auf den Piezoschwinger 3 und die ggf. nicht durch den Piezoschwinger 3 abgedeckte Innenfläche des Bodens 2 wirkt ein Dämpfungskörper 4 ein, der unter Vorspannung mit einer vorgegebenen Kraft auf den Boden 2 des Resonatortopfes 1, den Piezoschwinger 3 selbst und Teile der inneren Mantelfläche des Resonatortopfes 1 einwirkt. Der Dämpfungskörper 4 ist mit einem Schlitz 5 versehen, um die Zuführung eines elektrischen Kabels 6 zu dem Piezoschwinger 3 zu ermöglichen.
Der Dämpfungskörper 4 wird in dem Innenraum des Resonatortopfes 1 durch einen als Silikonkörper ausgebildeten Stopfen 7 beaufschlagt, der eine in Richtung des Piezoschwingers 3 gerichtete Kraft auf den Dämpfungskörper 4 ausübt. Die Abmessungen des Stopfens 7 sind so gewählt, dass er durch Reibung an der Innenwand des Resonatortopfes 1 fixiert ist, wodurch eine leichte Montage gegeben ist. Nach Ende der Justage kann dann der Stopfen 7. in dem Resonatortopf durch eine von außen aufgebrachte, in der Zeichnung nicht dargestellte Vergussmasse fixiert werden.
Es ist nicht notwendig, dass der Resonatortopf aus Aluminium geformt ist. Er kann auch aus einem schwingungsfähigen Kunststoff wie beispielsweise Duroplast gebildet sein. Soweit durch diesen Kunststofftopf eine hinreichende Dämpfung erreicht wird, können sich die weiter oben beschriebenen Dämpfungsmaßnahmen erübrigen oder doch nur in abgeschwächter Form angewendet werden.
Der Resonatortopf 1 besitzt zwei umlaufende Nuten 8 und 9 in seiner äußeren Mantelfläche, in die Wülste eines als Elastomer-Ring ausgebildeten Entkoppelungskörpers 10 eingreifen. Dieser besteht aus einem weichen, elastischen Elastomer und dient dazu, den Resonatortopf 1 gegenüber einem nicht dargestellten Wandlergehäuse stark gedämpft zu lagern.
2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Bedämpfung eines Resonatortopfes 1, die mit der oben beschriebenen Bedämpfung des Innenraums des Resonatortopfes 1 einhergehen kann. Dabei ist der Resonatortopf 1 aus einem gezogenen Eisentopf 12 gebildet, der mit einer Kunststoffumspritzung 13 versehen ist, die den Resonatortopf hinreichend bedämpft. Ein wesentlicher weiterer Vorteil besteht darin, dass die umlaufenden Nuten 8, 9 beim Gießvorgang gleichzeitig mit eingeformt werden können.

Claims

Ultraschallwandler, bei dem am Boden (2) eines im wesentlichen zylinderförmigen Resonatortopfes (1) ein piezokeramischer Schwinger (3) angeordnet ist, wobei zumindest an einigen Stellen des Resonatortopfes (1) zur Bedämpfung Dämpfungsmaterial angreift, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum des Resonatortopfes (1) ein aus Silikonschaum bestehender Dämpfungskörper (4) eingefügt ist, welcher unter Vorspannung auf den Schwinger (3) einwirkt und, sofern den Schwinger (3) der Boden (2) des Resonatortopfes (1) umgibt, unter Vorspannung auch auf diesen einwirkt.
Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskörper (4) durch einen im Reibschluss mit der inneren Mantelfläche des Resonatortopfes (1) gehaltenen Stopfen (7) unter Vorspannung gegen den Boden (2) des Resonatortopfes (1) gehalten ist.
Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (7) aus Silikonvollmaterial in eine definierte Form gegossen oder, vorzugsweise mittels Wasserstrahl, in die gewünschte Form aufgeschnitten ist.
Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Dämpfungskörpers (4) derart gewählt ist, dass er bei eingefügtem Stopfen (7) eine gegenüber der auf den Boden (2) des Resonatortopfes (1) ausgeübten Kraft vernachlässigbare kleine Kraft auf die innere Mantelfläche des Resonatortopfes (1) ausübt.
Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatortopf (1) aus Aluminium oder Eisen gebildet ist.
Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatortopf (1) aus Duroplast gebildet ist.
Ultraschallwandler nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Innenfläche und/oder der Außenfläche des Resonatortopfes (1) und/oder die dem Boden (2) des Resonatortopfes (1) abgewandte Fläche des Schwingers (3) mit einer Dämpfungsschicht aus Thermoplast und/oder Duroplast überzogen ist.
Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonatortopf (1) im Wesentlichen aus einem Duroplastkörper gebildet ist, mit welchem eine Stahl-, Aluminium- oder Eisenmembran vergossen ist.
Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Mantelfläche des Resonatortopfes (1) umlaufende Nuten (8 oder 9) zur Aufnahme eines Entkoppelungskörpers (10) eingefügt sind, welcher den Resonatortopf (1) in einem Abstand zu einem Wandlergehäuse hält.