DE19835782A1 - Ultrschallwandler mit in Wandlerlängsrichtung angeordneter Platine für eine elektrische Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler, insbeson­ dere für eine Abstandswarnanlage in Kraftfahrzeugen. Der­ artige Warnanlagen dienen dazu, für den Fahrer nicht er­ kennbare Hindernisse im Umfeld des Fahrzeugs zu melden und so dem Fahrer bei Park- und Rangiervorgängen behilflich zu sein. Aufgrund des ständig knapper werdenden Parkraums be­ steht ein wachsender Bedarf an derartigen Parkhilfesyste­ men, bei denen in der Regel mehrere Ultraschallwandler am hinteren und vorderen Stoßfänger angebracht werden. Da auch derartige Parkhilfesysteme für preiswertere Fahrzeugtypen eingesetzt werden sollen, ist es erwünscht, den Aufbau und die Montagefreundlichkeit der Ultraschallwandler zu verein­ fachen. Der prinzipielle Aufbau derartiger Ultraschallwand­ ler ist beispielsweise in der DE-OS 38 26 799 beschrieben. Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler, wie er sich aus den Merkmalen des Oberbegriffs des An­ spruchs 1 ergibt. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkma­ le des kennzeichnenden Teils nach Anspruch 1. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die die Elektronikschaltung tragende Platine (vielfach auch als Leiterplatte bezeich­ net) nicht mehr in der üblichen Weise quer zur Gehäuse­ längsrichtung einzusetzen, sondern diese im wesentlichen in Längsrichtung des Wandlers einzufügen. Hierdurch ergeben sich viele vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeiten, wie sie weiter unten erläutert werden. Diese Weiterbildungs­ möglichkeiten bestehen insbesondere in einer stark verein­ fachten Verbindungstechnik der Baugruppen innerhalb des Wandlers, in einer vereinfachten Bestückung des Wandlers mit seinen Baugruppen und Bauelementen sowie einer stark vereinfachten Anschlußtechnik des Wandlers selbst sowie einer verbesserten Lagestabilisierung des Wandlers inner­ halb des Gehäuses. Eine vereinfachte Bestückung ergibt sich dadurch, daß die Platine in Längsrichtung des Wandlersge­ häuses in dieses eingeschoben werden kann. Das schwierige Einfügen der Platine in ihrer quer zur Gehäuselängsrichtung stehenden Lage entfällt somit. Weiterhin erstreckt sich die Platine nunmehr in Richtung der ersten und zweiten Verbin­ dungsleitungen, so daß sich zum Einen die Länge der Verbin­ dungsleitungen verkürzt und zum Anderen die Verbindungs­ leitungen nicht mehr so stark gekrümmt werden müssen. An­ ders gesehen bildet die Platine selbst also jetzt einen Abschnitt der Verbindung zwischen dem Piezzo-Kristall und den äußeren Anschlüssen des Wandlers.

Vielfach ist es erwünscht, die elektrische Schaltung auf der Platine vor dem endgültigen Verschließen des Gehäuses oder während des Einbaus in das Gehäuse durchzumessen bzw. abzugleichen. Hierbei ist es also erwünscht, mit möglichst kurzen Verbindungswegen das Verstärkungs- und/oder Schwin­ gungsverhalten der elektrischen Schaltung zu messen. Hier­ für empfiehlt sich insbesondere die Verwendung der in An­ spruch 2 aufgeführten Merkmale. Die Verbesserung besteht im Prinzip also an dieser Stelle darin, anstelle einzelner über Lötverbindung anzuschließender Verbindungsdrähte eine lösbare elektrische Verbindung vorzusehen, so daß sowohl die Meßvorgänge als auch der Anschluß des gehäuseseitigen Anschlußsteckers in einfacher Weise mit der Platine elek­ trisch verbunden werden kann.

Um die Kontaktgabe und den Aufbau der zweiten Verbindungs­ leitungen zu verbessern, empfiehlt sich insbesondere in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 3. Dabei sind die zweiten Verbindungsleitungen durch in Längsrichtung des Gehäuses erstreckende federnde Kontaktarme gebildet, so daß anders ausgedrückt, die Steckerstifte gleichzeitig auch die zweiten Verbindungsleitun­ gen bilden.

Die Kontaktarme können teilweise mit dem Gehäuse vergossen sein, müssen es aber nicht. Es genügt auch, wenn sie in entsprechende Ausnehmungen eingelegt und von diesen geführt werden.

Um den Kontakt zu verbessern, empfiehlt sich in Weiterbil­ dung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach sind die Federarme federnd ausgeführt, um einen bleibenden Kontakt auch bei geringfügigen Lageänderungen der Leiterplatte zu gewährleisten. Im übrigen sorgen die Kontaktfedern für eine auf die Leiterplatte gerichtete Vor­ spannung, die sie auch mechanisch in der vorgegebenen Lage halten.

Das Vergießen der federnden Kontaktarme mit dem Gehäuse sorgt gleichzeitig für eine gute Verbindung und einen f­ esten Halt dieser Arme im Gehäuse.

Um die Bestückung des Gehäuses mit der Leiterplatte und auch der anderen Komponenten wie Stopfen und Resonator zu vereinfachen, empfiehlt sich in Weiterbildung die Merkmals­ kombination nach Anspruch 4. Die Leiterplatte kann somit in einfacher Weise mit ihren Kanten in die parallel verlaufen­ den Nuten eingeschoben und von dem ersten Gehäuseteil ge­ halten werden. Dabei sind ihre Kontakte bei Anwendungen der Merkmale nach Anspruch 5 wegen der vorspringenden Arme zu Meßzwecken leicht zugänglich. Nach dem Meßvorgang kann das mit dem Kontaktarm versehene zweite Gehäuseteil mit dem ersten Gehäuseteil zusammengefügt werden, wobei dessen fe­ dernde Kontaktarme an den zugeordneten Kontakten der Kon­ taktleiste auf der Leiterplatte angreifen. Dabei spannen die federnden Kontaktarme die Leiterplatte in Richtung des Innenraums des Gehäuses des ersten Gehäuseteils vor und halten somit die Leiterplatte fest in der gewünschten Lage.

Um den Raum innerhalb des Gehäuses gut auszunutzen und die Länge des Gehäuses zu verringern, läßt sich vorteilhaft die Merkmalskombination nach Anspruch 6 anwenden. Dabei kommen die Kontaktarme in radialer Richtung aus dem Anschluß­ stecker des ersten Gehäuseteils und können hierdurch eine ver­ gleichsweise große Länge erhalten. Diese wiederum läßt sich zur Verbesserung der Federwirkung der Kontaktarme ausnut­ zen. Die Arme können damit vergleichsweise lang und ohne komplizierte Formgebung ausgeführt sein.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 7 lassen sich die beiden Gehäuseteile besonders einfach und lösbar zusammenfügen.

Weiter oben wurde der Vorschlag gemacht, die zweiten Ver­ bindungsleitungen durch lange Kontaktarme zu bilden, so daß anders ausgedrückt die Steckerstifte gleichzeitig die Ver­ bindungsfunktion zur Platine hin übernehmen. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 1 oder 2 besteht in der Merkmalskombination nach Anspruch 8. Dabei werden die Verbindungsleitungen weder durch einzeln anzulötende Drähte noch durch federnde Kontaktarme, sondern durch eine flexible Leiterfolie gebildet. Hierdurch ent­ fällt das Anlöten der einzelnen Verbindungsleitungen an die Kontakte der Leiterplatte. Vielmehr können alle Kontaktie­ rungsvorgänge in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Lage der Platine wird die flexible Leiterfolie nur geringfügig gebogen. Im übri­ gentkann die Folie aus einem hochbelastbaren thermisch sta­ bilen Material bestehen, so daß auch ein Ausgießen bzw. Ausschäumen des Gehäuses die Verbindungsleitung (Leiterfo­ lie) nicht beschädigt. Eine besonders große Vereinfachung erhält man durch die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 9. Dabei wird nur eine einzige flexible Leiterfolie vor­ gesehen, auf der sowohl die ersten und zweiten Verbindungs­ leitungen aufgebracht sind, so daß sich hierdurch die Zahl der zu bestückenden Bauelemente verringert. Um die elek­ trische Schaltung mit der flexiblen Leiterfolie zu verbin­ den, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 10. Hierbei wird die elektrische Schaltung auf einer gesonderten in sich festen Leiterplatte aufgebracht, so daß diese zu Meß- und Ab­ gleichzwecken leicht handhabbar und mechanisch befestigbar ist. Die Befestigung kann durch eine Stempellötung, Durch­ kontaktierung oder ein ähnlich gebräuchliches Verfahren erfolgen. Um den für die Bestückung und die Leiterführung auf der starren Leiterplatte zur Verfügung stehenden Platz zu vergrößern, empfiehlt sich in Weiterbildung die Merk­ malskombination nach Anspruch 11. Es wird also auf der fle­ xiblen Leiterfolie eine allseits umrandete Ausnehmung vor­ gesehen, in die kurze Abschnitte der kontaktierbaren Lei­ terbahnen ragen. Diese Kontakte werden mit Verbindungskon­ takten der Leiterplatte verbunden. Durch diese Maßnahme wird ein Übergreifen der Leiterfolie über die starre Lei­ terplatte weitgehend vermieden, so daß ein größerer Be­ stückungsraum zur Verfügung steht. Außerdem besteht die Mög­ lichkeit, bei beidseitig genutzten Leiterplatten von beiden Seiten auf die Leiterplatte weiterhin zugreifen zu können. Die erfindungsgemäße Anordnung der Leiterplatte schafft weiterhin die Möglichkeit einer einfachen und sicheren La­ gerung der Platine bzw. Leiterplatte, wobei die zur Verbin­ dung dienende Platine auch als flexible Leiterfolie ausge­ staltet sein kann, wie weiter oben erläutert. Dabei kann eine entsprechende Führungsnut an jeder Seite der Folie bzw. Platte vorgesehen sein oder aber auch nur eine ein­ seitige Führung eingesetzt werden.

Eine weitere Vereinfachung, mit der sich die zusätzliche Leiterplatte einsparen läßt, ergibt die Merkmalskombination nach Anspruch 13. Dabei wird die elektrische Schaltung im wesentlichen durch einen hochintegrierten Baustein darge­ stellt, der direkt auf der flexiblen Folie sitzt, so daß die sonst notwendige Verbindung zwischen Bauelementen und Leiterplatten und der Leiterplatte wiederum mit der Folie durch eine direkte Verbindung des Bausteins gegenüber der Folie ersetzt ist.

Eine weitere aus der Erfindung resultierende vorteilhafte Weiterbildung beschreibt Anspruch 14. Danach wird der Piezzo-Kristall mit seinen Anschlüssen direkt auf die Leit­ erfolie aufgesetzt und mit dieser elektrisch verbunden. Hierbei können wiederum gleichzeitig mehrere Kontaktstellen gleichzeitig kontaktiert werden und man erhält eine sehr stabile und sichere erste Verbindung zwischen der elektri­ schen Schaltung und dem Piezzo-Kristall. Außerdem kann die erste Verbindungsleitung mit dem Piezzo-Kristall so als mechanische Einheit gehandhabt werden.

Um die für den Wandler notwendige in der Regel topfförmige Membran sicher und störungsfrei lagern zu können, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 15. Die Verwendung eines Silikon-Rings ist an sich bekannt und beispielsweise in der DE-OS 196 01 656 beschrieben. Die Erfindung macht es aber möglich, daß die Membran in eine spritzgegossene ringförmige Schicht aus elastischerem Material eingegossen wird, wobei regelmäßig der Boden des Membrantopfes gegenüber dem Übertragungsmedi­ um Luft zugänglich sein soll, so daß vorzugsweise zumindest Teile der Mantelfläche des Topfs durch die elastische Zwi­ schenschicht eingehüllt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann dann die äußere Gehäusewand die Zwi­ schenschicht zumindest teilweise umschließen (Anspruch 16).

Um das Gehäuseinnere in der erwünschten Weise zu bedämpfen und das Gehäuse zu schließen, empfiehlt sich in Weiterbil­ dung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 16. Hierbei wird eine Zugentlastung geschaffen, da sich durch die beispielsweise zackenförmigen Randstrukturen Hin­ terschneidungen beispielsweise hinsichtlich der Ausgießmas­ se ergeben, die die Leiterfolie bzw. die Leiterplatte si­ chern und somit gleichzeitig für eine Zugentlastung der Verbindungsleitungen sorgen. Als Ausgießmasse hat sich ge­ mäß der Merkmalskombination nach Anspruch 18 ein Ausschäu­ men des Innenraums des Gehäuses bewährt.

Vielfach ist es erwünscht, daß der Abgang der Anschlußlei­ tungen von dem Wandler beliebig gewählt werden kann. Hier­ bei empfiehlt sich insbesondere die Verwendung der Merk­ malskombination nach Anspruch 19.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die zweiten Verbin­ dungsleitungen in einem festen und thermisch sowie mecha­ nisch hochbelastbaren sowie biegbaren Material gelagert sind, so daß die Lage der Anschlußleitungen zum Kabelsatz hin gegenüber dem Wandlergehäuse unkritisch wird.

Die Kontaktgabe der zweiten Anschlußleitungen hin zu dem mehrere Wandler mit einer zentralen Steuerung verbindenden Kabelsatz kann durch einfache kontaktierbare Bezirke auf dem herausragenden Teil der zweiten Verbindungsleitung be­ stehen. Diese Bezirke können durch einen wasserdichten Steckeranschluß gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 21 gefaßt sein, so daß man eine biegsame Anschlußleitung für den Wandler erhält. Eine andere Anschlußmöglichkeit an den Kabelsatz ist in der Merkmalskombination nach Anspruch 22 beschrieben. Danach besteht der Kabelsatz ebenfalls vor­ zugsweise durch eine flexible Leiterfolie, so daß zum An­ schluß des Wandlers an den Kabelsatz nur die beiden Folien z. B. durch Durchkontaktierung oder Stempellötung mitein­ ander verbunden werden müssen.

Die Verwendung von Leiterfolien sowohl für die abgehende zweite Verbindungsleitung des Wandlers als auch für den Kabelsatz hat den Vorteil, daß die Merkmalskombination nach Anspruch 23 zur Befestigung dieser Bauelemente an den Stoß­ fängern angewendet werden kann. Da nämlich die Leiterfolien flach sind, steht eine genügend große Fläche für eine fest haftende Klebeschicht zur Verfügung.

Als Verbindungsmöglichkeit zwischen den als flexible Lei­ terfolien ausgestalteten Kabelsatz und der Verbindungslei­ tung bzw. der Verbindungsleitung und der Leiterplatte emp­ fiehlt sich gemäß Anspruch 24 eine Stempellötung, aber auch andere Verbindungsmöglichkeiten können sich hier bewähren wie beispielsweise eine Kontaktnietung oder ähnliches. Um die Löt- oder Nietverbindung zu sichern, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 25. Dabei wird eine Zugentlastungsschelle vorgese­ hen, die eine Bewegungsmöglichkeit der Leiterfolien in Längsrichtung der Leiterbahnen verhindern. Diese Schellen können direkt im Kontaktierungsbereich angebracht sein und bei einem entsprechende Aufbau der Schelle gleichzeitig auch die Kontaktierung bewirken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung einen erfin­ dungsgemäßen Wandler in einer ersten Blickrich­ tung.

Fig. 2 den Wandler nach Fig. 1 aus einer zweiten Blick­ richtung.

Fig. 3 in auseinandergezogener Darstellung die Anwendung einer flexiblen Leiterfolie für die Verbindungs­ leitungen.

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit einer als Zugentlastung wirkenden Randstruktur der Folie.

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 3.

Fig. 6 ausschnittsweise eine gegenüber Fig. 3 geänderte Ausführungsform.

Fig. 7 eine Halterungsmöglichkeit der Platine innerhalb des Gehäuses.

Fig. 8 in stark schematisierter Ausführungsform einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Wandler.

Fig. 9 in perspektivischer Ansicht den Wandler mit her­ ausgeführter flexibler Leitungsfolie als Wandler­ anschluß.

Fig. 10 in symbolischer Darstellung einen Kabelsatz mit Anschlußmöglichkeit für die einzelnen Wandler.

Fig. 11 eine Zugentlastungsschelle mit einem Kontaktie­ rungsbereich zwischen Wandlerabgang und Kabelsatz und

Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt nach Fig. 9 mit Zug­ entlastungsschelle.

Das Gehäuse des in Fig. 1 gezeigten Wandlers besteht aus einem ersten Gehäuseteil 1 und einem zweiten Gehäuseteil 2, wobei das zweite Gehäuseteil in den Figuren teilweise aufge­ brochen dargestellt ist.

Das erste Gehäuseteil besitzt zwei vorspringende, einander gegenüberliegende Haltearme 3, die zwei Führungsnuten 4 tragen, welche zur Führung und Aufnahme der Ränder 5 der Leiterplatte 6 dienen. Damit kann die Leiterplatte 6 zwi­ schen die Haltearme 3 eingeschoben und von diesen gehalten werden.

Die Leiterplatte ist mit einer Kontaktleiste 7 versehen, die aus einzelnen Kontakten 8 an dem dem zweiten Gehäuse­ teil 2 zugewandten Ende 9 der Leiterplatte 6 angeordnet sind. Wie ohne weiteres ersichtlich, sind bei Einbau der Leiterplatte 6 in die Haltearme 3 die Kontakte 8 von außen leicht zugänglich, so daß Abgleichsmessungen für die auf der Leiterplatte 6 befindlichen Schaltkreise ohne Schwie­ rigkeiten durchgeführt werden können.

Nach dem Abgleich der Leiterplatte wird das zweite Gehäuse­ teil 2 mit dem ersten Gehäuseteil 1 über dessen Rastlaschen 10 zusammengefügt, welche dargestellte Rücksprünge (13) an dem zweiten Gehäuseteil 2 im zusammengebauten Zustand hin­ tergreifen.

Um die Drehlage des Sensors beim Einbau in einen Stoßfänger festzulegen, ist das zweite Gehäuseteil 2 mit asymmetrisch angeordneten Ausnehmungen 33 versehen. Hierdurch wird eine drehrichtige Lage der beiden Gehäuseteile zueinander er­ zwungen.

Um die drehrichtige Lage des zusammengebauten Gehäuses in der Stoßstange zu erzwingen, ist ein Führungsansatz 14 an der Außenfläche des zweiten Gehäuseteils 2 vorgesehen. Die Lage in Längsrichtung des Sensors ist durch einen umlaufen­ den Vorsprung 15 festgelegt.

Über einen im wesentlichen ringförmigen Stopfen ist der Resonator 18 des Wandlers in dem Innenraum des ersten Ge­ häuseteils 1 gehalten.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung der Kontaktleiste auf der Seite 9 der Leiterplatte 6 beschränkt. Entsprechen­ de Kontakte können auch auf der gegenüberliegenden Seite 19 der Leiterplatte vorgesehen werden und beispielsweise zur Kontaktierung dieser Platte mit dem in dem Resonator 17 befindlichen Piezzo-Kristall dienen. Hierzu können ebenso wiederum Federarme vorgesehen sein, die an ihrem einen Ende an dem Piezzo-Kristall angreifen und an ihrem anderen Ende zu den nicht dargestellten Kontakten auf der Leiterplatten­ seite 19 angreifen. Dabei kann der Resonator 18 beispiels­ weise einen Einsatz besitzen, welcher die federnde Kontakt­ gabe zwischen dem Gehäuse des Resonators bzw. dem Piez­ zo-Kristall auf der einen Seite und den Kontakten auf der Seite 19 der Leiterplatte 6 sicherstellen.

In die Halteelemente (Haltearme) könnte zusätzlich auch die Verrastfunktion integriert werden (skizziert in Fig. 1), die durch einen nicht dargestellten Rasthaken im Haltearm angedeutet sein können. Haltearme 3, aufgebaut als 3D-MID-Teil (leitfähiger Kunststoff), können weiterhin zur Kontak­ tierung zwischen Resonator 18 und Leiterplatte 6 dienen.

Die Vorteile dieser Maßnahmen sind klar ersichtlich, da hierdurch in einfacher Weise das erste Gehäuseteil 1 von beiden Seiten in Längsrichtung des Wandlers bestückbar ist, wobei von der einen Seite die Leiterplatte 6 eingeschoben wird und von der anderen Seite Resonator 18 und Stopfen 17 eingefügt werden.

Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung aus einer anderen Blickrichtung den Wandler nach Fig. 1. Für die Er­ findung besonders wichtig sind die federnden Kontaktarme 20, die in radialer Richtung von einem nicht näher darge­ stellten radial angeordneten Anschlußstecker 21 in den In­ nenraum des zweiten Gehäuseteils 2 sich erstrecken. Die Federarme 20 tragen an ihren in dem Innenraum des zweiten Gehäuseteils 2 befindlichen Enden sich in Längsrichtung des Wandlers erstreckende Anschlußklemmen 22, die die Kontakte 8 zu beiden Seiten der Leiterplatte 2 aufnehmen und so eine gute elektrische Verbindung schaffen. Um die Kontaktgabe zu verbessern und den Weg der Klemmen 22 zu begrenzen, kann eine Aufnahmeklaue 23 an der Rückwand des zweiten Gehäuse­ teils 20 angespritzt sein. Die Erfindung läßt sich mit an­ deren Worten kurz wie folgt zusammenfassend beschreiben:
Ein Ultraschallwandler, bestehend aus den Teilen Membran 18, Stopfen 17, Gehäuse vorne 1, bestückte Leiterplatte 6 und Gehäuse hinten 7 soll montiert werden. Um die Ferti­ gungszeit zu senken, soll ein einfacheres Handling sowie die Einsparung von Lötprozessen angestrebt werden. Hierzu sind am vorderen Gehäuseteil Haltearme angespritzt, welche die Leiterplatte tragen. An der Leiterplatte sind Steck­ verbindungskontaktierungen angebracht, um eine einfache Steckverbindungs-Kontaktierung mit dem modifizierten hinte­ ren Gehäuseteil 2 realisieren zu können. Die Membran mit aufgeschobenem Stopfen wird von vorne in das vordere Gehäu­ seteil eingeschoben.

Am vorderen Gehäuseteil sind 2 Flügel 3 mit Nut 4 an­ gespritzt, in welche die Leiterplatte eingeschoben wird, und während des Lötvorganges der Leiterplatten die Litzen an die Leiterplatte sowie den Laserabgleich fixiert wird. Das Handling des Wandlers in diesem vormontierten Zustand wird hierdurch erleichtert. Nach erfolgtem Abgleich wird das hintere Gehäuseteil mit angespritzten, kundenspezifi­ schen Steckergehäuse aufgesteckt bzw. geclipst. Im hinteren Gehäuseteil sind Steckerstifte mit Steckerbuchsen einge­ spritzt, wie sie auch bei Platinen-Steckverbindungen im Computerbereich vorzufinden sind. Entsprechend ist die Lei­ terplatte mit aufgebrachten Stecksockelkontaktierungen ver­ sehen.

Eine weitere Möglichkeit ist der Wegfall sämtlicher Löt­ verbindungen im Wandler. Hierzu ist die Kontaktierung Piez­ zomembran/Leiterplatte mittels Ringkontakt zu realisieren, welche sich im Bereich der Membran mittels Federn, und im Bereich der Leiterplatte ebenfalls mit Steckverbindungen kontaktiert.

Vorteile

• - einfacheres Handling
• - Lötvorgang für Kontaktierung Steckmuf­ fe/Leiterplatte entfällt
• - somit Reduzierung der Fertigungszeit
• - einfacher Ausbau falls beim Abgleich deren Ausfall.

In Fig. 3 ist eine flexible Leiterfolie 50 gezeigt, welche erste Verbindungsleitungen 51 und zweite Verbindungsleitun­ gen 52 umfaßt. Die flexible Leiterfolie 50 hat eine durch­ gehende Ausnehmung 53, in die kurze Ansätze 54 ragen, in welche die Leiterbahnen 49 der Verbindungsleitungen 51, 52 münden. Diese Leiterbahnenden sind als blanke Kontaktstel­ len ausgestaltet, auf welche Kontakte einer Platine 56 auf­ gesetzt werden können, die beispielsweise als starre Lei­ terplatte ggf. aber auch als flexible Leiterplatte ausge­ staltet sein kann. Auf der Leiterplatte sitzen elektroni­ sche Bauelemente und entsprechende Leitungsverbindungen, die beispielsweise durch einen Elektronikbaustein 57 re­ präsentiert werden. Die Kontakte 55 werden mit den als Kon­ taktstellen 54 wirkenden Ansätzen in geeigneter Weise elek­ trisch miteinander verbunden, beispielsweise durch Stempel­ lötung, Durchkontaktierung oder Nietkontaktierung. Vorteil­ haft dabei ist, daß die flexible Leiterfolie sowohl beide Verbindungsleitungen 51, 52 als auch die Aufnahmefläche für die Leiterplatte 56 umfaßt. Das dem Piezzo-Kristall bzw. der Piezzo-Keramik 58 zugeordnete Leitungsende 59 dient zur Befestigung des Piezzo-Kristalls an der Leiterfolie 50, wobei über diese Leiterfolie gleichzeitig die Kontaktierung der Piezzo-Keramik 58 gegenüber der ersten Verbindungslei­ tung 51 vorgenommen wird. Einzelheiten sind in Fig. 5 dar­ gestellt.

Die zweite Verbindungsleitung 52 mündet in einem Stecker­ gehäuse 60, welches entsprechende Steckkontakte bzw. Steck­ stifte besitzt und welches über ein Rastelement 61 in eine Steckaufnahme lösbar eingefügt werden kann. Dieser als was­ serdichter Steckeranschluß MQS ausgeführte Stecker kann beispielsweise mit dem Wandlergehäuse verrastet sein, aber auch wie im Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert, über die Verbindungsleitung 52 gegenüber dem Sensorgehäuse beweglich angeordnet sein.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt A von Fig. 1 skizziert ver­ größert gezeichnet. Wesentlich dabei ist der strukturierte Rand 63, welcher bei einem eingeschäumten oder ausgegosse­ nen Gehäuse für eine Zugentlastung in Längserstreckungs­ richtung der flexiblen Leiterfolie 50 sorgt.

Es ist allerdings nicht notwendig, daß die erste Verbin­ dungsleitung 21 mit der zweiten Verbindungsleitung 52 über die Randbereiche 64, 65 miteinander verbunden sind. Die Ver­ bindung kann auch über die Leiterplatte 56 selbst und ent­ sprechende mechanische bzw. elektrische Verbindungen ge­ schehen, wobei die elektrischen Verbindungen gleichzeitig auch eine mechanische Verbindung schaffen. Der strukturier­ te Rand 63 kann in diesem Falle auch in den entsprechenden Randbereichen der Platine 56 bzw. der Leiterplatte 56 an­ gebracht werden. Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes B in Fig. 1. Dabei ist zu sehen, daß der Piezzo-Kristall 59 eine im wesentlichen kreisscheibenförmi­ ge Gestalt hat, auf dessen dem Betrachter zugewandten Flä­ che das ringförmig ausgeschnittene Ende 66 der Verbindungs­ leitung 51 liegt, wobei in der ringförmig ausgeschnittenen Fläche die Kontaktierungsebenen 67 des Piezzo-Kristalls 59 zu erkennen sind, an denen Anschlußenden 68 der Leiterbah­ nen der Verbindungsleitung 51 kontaktiert sind.

Fig. 6 zeigt eine abweichende Lösung für den Aufbau der Elektronikschaltung, wobei statt der Leiterplatte 56 ein hoch integrierter Baustein auf die keine Ausnehmung auf­ weisende flexible Leiterfolie 50 gesetzt ist.

Der hoch integrierte Baustein ASIC ist mit 69 bezeichnet. Die gegenüber Fig. 3 nicht dargestellten Bereiche können wie in Fig. 3 gezeigt ausgeführt sein.

In Fig. 7 ist in aufgeschnittener Darstellung ein Gehäuse­ teil für den Wandler gezeigt. Besonders wichtig dabei sind die Einschubnuten 70, die zur Führung des Randes der flexi­ blen Leiterfolie 50 bzw. des Randes der Leiterplatte 56 bzw. Platine dienen.

In Fig. 8 ist in symbolischer Darstellung die Bauelemente- Gruppe Fig. 3 in das einteilige Sensorgehäuse 71 eingefügt. Man sieht, daß die Leiterplatte 56 mit elektronischen Bau­ elementen 57, 87 beidseitig bestückt ist, wobei der elektro­ nische Baustein 57 entsprechend Fig. 3 durch die Ausnehmung 53 der flexiblen Leiterfolie 50 ragt. Der Piezzo-Kristall 59 sitzt am Boden 72 des Wandlertopfs 73, das Innere des hohlzylinderförmigen Gehäuses 71 ist mit Kunststoff ausge­ gossen bzw. ausgeschäumt, um die in dem Gehäuse 71 sitzen­ den Baugruppen zu sichern bzw. den Innenraum des als Reso­ nator 73 dienenden Wandlertopfes in geeigneter Weise zu bedämpfen. Ein freies Ende 74 der zweiten Verbindungslei­ tung 52 ragt aus der Vergußmasse 75 des Wandlergehäuses 71, so daß der gemäß Fig. 3 an das Ende der Verbindungsleitung 52 angefügte Stecker 60 gegenüber dem Wandlergehäuse frei bewegbar ist. Üblicherweise wird man für das Wandlergehäuse 71 regelmäßig ein festes wenig elastisches Material vorse­ hen. Da aber andererseits die Mantelflächen des Wandler­ topfs 73 elastisch aufgehängt sein müssen, wird vorgeschla­ gen, um den Topf eine elastische Schicht 76 zu gießen, die einen Zwischenraum zwischen dem Topf 73 und dem Gehäuse 71 ausfüllt. Die elastische Schicht kann auch durch einen ent­ sprechend ausgeformten Silikonring gebildet sein. Anderer­ seits ist es möglich, erst die elastische Schicht 76 an die Mantelfläche des Wandlertopfs 73 anzugießen und danach in einem zweiten Schritt in einem Spritzgußverfahren das Wand­ lergehäuse 71 zu formen. In Fig. 9 ist ein zweigeteiltes Gehäuse 77 dargestellt, wobei aus diesem Wandlergehäuse das freie Ende 74 der Verbindungsleitung 52 ragt. Die auf die flexible Leiterfolie aufgebrachten Leiterbahnen 78 münden in Kontaktbezirken 79, über die der Wandler 77 an eine zen­ trale Steuerung anschließbar ist. In dem freien Ende 74 sind noch vier Löcher 80 eingezeichnet, die beispielsweise zur Zugentlastung der Verbindungsleitung 52 im Kontaktbe­ reich dienen können. Hierzu kann wie in Fig. 12 gezeigt eine Schelle 82 vorgesehen sein, die das freie Ende 74 der Verbindungsleitung 52, des Wandlers 77 sichert. In Fig. 11 ist eine geeignete Zugentlastungsschelle 82 gezeigt, wobei der Schellenkörper gegenüber dem Fahrzeug beispielsweise über einen in Fig. 10 dargestellten Stoßfänger gesichert ist. Die Schelle 82 in Fig. 11 kann beispielsweise durch geeignete Ausgestaltung nicht nur zur Zugentlastung dienen, sondern auch die Kontaktierung unterstützen, wobei zur Zug­ entlastung Stifte 85 durch die Löcher 80 greifen. Der Deckel der Schelle 82 ist durch eine Rastverbindung gesichert.

In Fig. 10 ist noch dargestellt, daß ein Kabelsatz 85 zur Verbindung einzelner an dem Stoßfänger 83 befestigter Wand­ ler mit einem zentralen Stecker 86 dienen kann. Der Kabel­ satz 85 kann dabei wiederum als flexible Leiterfolie ausge­ staltet sein, deren Leiterbahnen 78 entsprechend Fig. 11 über die zugeordneten Kontaktbezirke 79 durch Stempellötung miteinander verbunden sind. Der Kabelsatz 85 ist in eine Anzahl von abgehenden Enden 86 aufgeteilt, die zu den frei­ en Enden 74 der einzelnen nicht dargestellten Wandler ge­ führt sind. Der als flache flexible Leiterfolie ausgestal­ tete Kabelsatz 85 kann mit einer Klebschicht versehen sein, mit der er an der Innenseite des Stoßfängers 83 festgeklebt wird. Die Kontaktbezirke bilden Lötstellen und dienen als vorbereitete Lotdepots. Die Zinken 88 greifen durch ent­ sprechende Löcher 80 in beiden Folienabschnitten 86, 74 durch, wobei die Folienabschnitte laschenartig von dem Wandlergehäuse 74 bzw. dem Kabelsatz 85 abstehen (Fig. 9, Fig. 10). Die flexiblen Leiterfolien können aus Polyamid gefertigt sein. Dabei handelt es sich um einen Kunststoff mit hoher mechanischer und thermischer Belastbarkeit. Auf diesen Kunststoff werden mittels geeigneter Verfahren die einzelnen Leiterbahnen aufgebracht und mit einer weiteren Folie abgedeckt. Hinsichtlich des Fertigungsprozesses kann folgendermaßen vorgegangen werden: Die Membran wird entwe­ der in einem Silikonring innerhalb des Gehäuses gelagert oder direkt in das Gehäuse eingespritzt bzw. in das ein­ teilige zylinderförmige Gehäuseteil 71 eingeschoben. Über die Leiterplatte bzw. Platine 56 wird die flexible Leit­ erfolie 50 gelegt und die Leiterplatte mittels Stempellö­ tung (5fach) mit der Folie elektrisch leitend und mecha­ nisch verbunden. Anschließend wird der gesamte Strang ein­ schließlich des vormontierten Piezzo-Kristalls nach vorn in das Gehäuse eingeführt. Der Piezzo-Kristall 59 wird auf dem Gehäuseboden durch applizierten Kunststoff aufgebracht und so auf die Membran aufgeklebt und die flexible Leiterfolie im Bereich der Leiterplatte über die in das Gehäuse 71 in­ tegrierte Einschubnut 70 gesichert. Der Teil der Leiter­ platte, welcher noch durchzumessen und mit einem Laser ab­ zugleichen ist, schaut hierbei noch aus dem Gehäuse heraus. Nach dem Laserabgleich wird dann die Leiterplatte voll in das Gehäuse 51 eingeschoben und vergossen bzw. ausge­ schäumt. Es ist auch denkbar, wie in Fig. 77 gezeigt, das Gehäuse 71 zweiteilig auszuführen.

Claims (25)

1. Ultraschallwandler, insbesondere für eine Abstands­ warnanlage mit einem Gehäuse (71, 74), in welchem ein mit einem Piezzo-Kristall (59) versehener Resonator (73) sowie eine elektrische Schaltung (57, 58) tragen­ de Platine (56) angeordnet sind, wobei der Wandler mit kontaktierbaren Anschlußkontakten versehen ist und wobei erste Verbindungsleitungen (51) den Piezzo-Kristall (59) mit der elektrischen Schaltung (57, 58) und zweite Verbindungsleitungen (52) die elektrische Schaltung mit den Kontakten (79, 60) verbinden und wobei die Kontakte mit einem Kabelsatz (85) verbind­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platine (56) in einer Ebene angeordnet ist, deren Senkrechte im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des Gehäuses (71, 77) steht.

2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Verbindungsleitung (20) mit elektrischen Kontakten (22) versehen ist, welche lei­ terplattenseitig mit Kontakten (7) einer Kontaktlei­ ste (8) an der Platine (6) lösbar verbunden sind.

3. Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Verbindungsleitungen (20) durch mit dem Gehäuse (1, 2) vorzugsweise vergossene federnde Kontaktarme (20) gebildet sind (Fig. 1 und Fig. 2).

4. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) in radialer Richtung geteilt ist und das den Resonator (18) aufnehmende erste Gehäuseteil (1) mit in Längsrichtung des Wandlers bzw. der Strahlungs­ richtung erstreckenden Führungsnuten (4) versehen ist, welche die Leiterplatte (6) an deren seitlichen Rändern (5) hält.

5. Ultraschallwandler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Gehäuseteil (1) mit seitli­ chen Haltearmen (3) versehen ist, die die Führungs­ nuten (4) tragen und die im zusammengebauten Zustand des Gehäuses in den Innenraum des zweiten Gehäuse­ teils (2) ragen, wobei die Kontakte (8) der Leiter­ platte (6) mit den federnden Kontaktarmen (20) des zweiten Gehäuseteils (2) verbunden sind.

6. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Kontaktarme (20) sich in radialer Richtung erstrecken und in einen von dem zweiten Gehäuseteil (2) radial abgehenden Anschlußstecker (21) münden.

7. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (1, 2) rastend miteinander verbindbar sind.

8. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Verbin­ dungsleitungen (51, 52) durch eine flexible Leiterfo­ lie (50) gebildet werden, auf der Leiterbahnen (55) aufgebracht sind.

9. Ultraschallwandler nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Verbindungslei­ tungen (51, 52) auf einer gemeinsamen einstückigen elastischen Leiterfolie (50) aufgebracht sind.

10. Ultraschallwandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung auf einer im wesentlichen starren Leiterplatte bzw. Pla­ tine (56) aufgebracht ist, wobei die Leiterplatte (56) Kontakte der elektrischen Schaltung trägt, die mit den Verbindungsleitungen (51, 52) auf der flexi­ blen Leiterfolie (50) verbindbar sind.

11. Ultraschallwandler nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flexible Leiterfolie (50) mit einer durchgehenden Ausnehmung (53) versehen ist, in die kontaktierbare Leiterbahnen (49) ragen und daß die Verbindungskontakte (55) der elektrischen Schaltung (57, 58) auf der Leiterplatte (56) mit den kontaktier­ baren Leiterbahnen (49) verbindbar sind.

12. Ultraschallwandler mit mindestens einer in Gehäuse­ längsrichtung erstreckenden Einschubnut (70)versehen ist, in der der zugeordnete Randbereich (64, 65) der Leiterfolie und/oder Leiterplatte (56) seitlich gela­ gert ist.

13. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung (57, 58) in Form eines hoch integrierten Bausteins (57) direkt auf der Leiterfolie (50) sitzt und über dessen Anschlußleiste direkt mit den Leiterbahnen (49) verbindbar ist.

14. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezzo-Kristall (59) direkt auf das ihm zugewandten Ende (58) der Leit­ erfolie (50) aufgesetzt ist und seine elektrischen Kontaktierungsebenen (67) direkt mit den zugeordneten Leiterbahnen (49) der Leiterfolie (50) kontaktiert sind.

15. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen topf­ förmige Membran (73) über eine sie umgebende elasti­ sche Zwischenschicht (76) in das membranseitige Ende des Gehäuses (71) eingefügt ist und daß die Zwischen­ schicht (76) durch einen Silikonring oder durch eine spritzgegossene ringförmige Schicht aus einem von dem Gehäusematerial abweichenden weicheren Material ge­ bildet ist.

16. Ultraschallwandler nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäusewand die Zwischenschicht (76) zumindest teilweise umgibt.

17. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenrändern (64, 65) der Leiterfolie (50) und/oder der Leiterplat­ te (56) zur Zugentlastung Strukturen (63) vorgesehen sind.

18. Ultraschallwandler nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Re­ sonator (73), dem Piezzo-Kristall (59), der Leiterfo­ lie (50) und ggf. der Leiterplatte (56) versehene Gehäuse (71) mit einer geeigneten Vergußmasse (75) ausgeschäumt bzw. ausgegossen ist.

19. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein freies Ende (74) der zweiten Verbindungsleitung (52) aus dem Gehäuse (71) ragt.

20. Ultraschallwandler nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußkontakte (79) kontaktier­ bare Bezirke auf dem herausragenden Teil (74) auf dem freien Ende (74) der zweiten Verbindungsleitung (52) sind.

21. Ultraschallwandler nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kontaktierbaren Bezirke (79) im Endbereich der zweiten Verbindungsleitung (52) liegen und durch einen wasserdichten Steckeranschluß (60) umfaßt sind.

22. Ultraschallwandler nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kontaktierbaren Bezirke (79) mit­ tels eines Lötvorgangs an einen Kabelsatz (85) an­ geschlossen sind, wobei der Kabelsatz (85) vorzugs­ weise durch eine flexible Leiterfolie in Form eines Flachbandes ausgestaltet ist.

23. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kabel­ satz (85) dienende Flachband einseitig mit einer Klebschicht versehen ist, über welche das Flachband an die Innenfläche eines Stoßfängers (83) befestigbar ist.

24. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbezirke (79) mit den zugeordneten Leiterbahnen des Flachbandes (85) durch Stempellötung durchkontaktiert sind.

25. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Zug­ entlastungsschelle (82) vorgesehen ist, die im Bereich der Kontaktierung die Leiterfolien (74, 85, 86) gegenüber dem Stoßfänger (83) sichert.