WO1997026646A1 - Bedämpfter ultraschallwandler - Google Patents

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WO1997026646A1
WO1997026646A1 PCT/EP1997/000094 EP9700094W WO9726646A1 WO 1997026646 A1 WO1997026646 A1 WO 1997026646A1 EP 9700094 W EP9700094 W EP 9700094W WO 9726646 A1 WO9726646 A1 WO 9726646A1
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Edgar Haiber
Gerhard Grohmann
Joachim Mathes
Harry Müller
Klaus Wirkner
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Itt Automotive Europe Gmbh
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Definitions

  • Ultrasonic transducers are used to determine and display the distance between motor vehicles and other motor vehicles and obstacles, which are preferably mounted in the bumpers of the motor vehicles. These transducers are thus exposed to a whole series of environmental variables such as temperature, air pressure, moisture, dirt and the like, which shift the resonance frequency of the transducer and thus reduce the sensitivity of the display device. In order to reduce the sensitivity of the resonant circuits to such parameters, the quality of the connected electrical resonant circuits has been reduced.
  • the invention is therefore based on an ultrasound transducer of the gate resulting from the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to achieve greater damping of the converter by cost-effective measures.
  • the invention therefore consists in inserting a damping body filling the full cross-sectional area into the interior of the resonator and prestressing it to bear against the entire bottom surface and, via the height of the damping body, on the inner circumferential surface of the resonator bring to.
  • the damping body thus covers the interior of the resonator via its height, so that it acts both on the vibrator itself, on the parts of the resonator base adjoining it, and on the inner wall of the resonator via the height of the damping body.
  • a particularly simple manufacture of the stopper can be achieved by the measures described in claim 3. It is also possible to cast the plugs in the form of a strand and then separate them, or to cast several plugs simultaneously in one mold, the individual plugs being able to be connected to one another by narrow webs for easier handling in the mold.
  • the resonator itself may be made of a material having sufficient damping (claim 6), so that the damping of the interior of the resonator is largely eliminated.
  • the known possibilities which can also consist in damping in the interior, can remain. to do without, for example by using a foam layer to keep the connecting wires free of natural vibrations.
  • a further possibility can consist, according to claim 7, of casting a layer of thermoplastic or thermoset around the cylinder-shaped resonator, whether it is made of plastic or metal, in order to obtain sufficient damping.
  • a correspondingly weakened damping of the resonator interior can take place, which can lead to the fact that there is no damping there.
  • the features according to claim 7 further describe possibilities in the damping of the resonator by covering only targeted areas there with a damping plastic layer in order to obtain an asymmetrical directional character range.
  • a further simplification can consist in encapsulating a simple circular metal membrane with duroplastic in such a way that the jacket surfaces are completely made of thermosetting plastic, while the edges of the iron membrane are at least encapsulated with the thermosetting plastic.
  • the entire iron membrane can also be covered with a damping plastic layer.
  • the feature combination according to claim 9 is recommended in a further development of the invention. Thereafter, the retaining grooves running around the outer surface of the resonator to lock one or more soft rubber rings decoupling the resonator from the housing are inserted ⁇ pour. Furthermore, it is very advantageous if the converter is provided with an electrical connection within the converter housing. is provided more. This results in stronger output signals from the converter, which enables less interference from electrical interference on the connecting lines running through the motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a resonator with damping body
  • Fig. 2 shows a resonator pot, which consists of an iron pot cast with plastic.
  • Fig. 1 shows a pot-shaped resonator made of aluminum, wherein a piezo oscillator 3 is inserted on the inner surface of the bottom 2 and is preferably glued.
  • a damping body 4 acts on the piezoelectric oscillator and the inner surface of the base, which may not be covered by the oscillator, and preferably acts on the base of the resonator, the piezoelectric oscillator itself and parts of the inner lateral surface of the resonator with a predetermined force .
  • the damping body 4 is provided with a slot 5 in order to enable an electrical cable 6 to be fed to the oscillator 3.
  • the damping body is acted upon in the interior of the resonator 1 by a silicone body 7, which exerts a force directed in the direction of the piezo oscillator on the damping body.
  • the dimensions of the silicone body are chosen so that it is fixed by friction on the inner wall of the resonator pot 1, which makes assembly easy.
  • the rear side of the resonator can then be sealed off from vibration by an electrical potting compound applied from the outside and not shown in the drawing.
  • the resonator pot it is not necessary for the resonator pot to be formed from aluminum. It can also be formed from an oscillating plastic such as, for example, thermoset. If sufficient damping is achieved by this plastic pot, the damping measures described above can be dispensed with or can only be used in a weakened form.
  • the resonator pot 1 has two circumferential grooves 8 and 9 in its outer lateral surface, into which beads of an elastomer ring 10 engage.
  • This damping ring 10 which consists of the soft, elastic elastomer, serves to mount the resonator pot 1 in a highly damped manner compared to the converter housing (not shown).
  • FIG. 2 shows a further possibility of damping a resonator pot, which can go hand in hand with the above-described damping of the interior of the resonator, but can also do without it under certain circumstances.
  • the resonator pot 11 is formed from a drawn iron pot 12 which is provided with a plastic encapsulation 13 which sufficiently dampens the resonator pot.
  • Another essential advantage is that the circumferential grooves 8, 9 can be molded in at the same time during the casting process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallwandler für Abstandswarngeräte in Kraftfahrzeugen. Um derartige Wandler unempfindlich gegen Störungen zu machen, sind sie mit Dämpfungselementen versehen. Die vorliegende Erfindung schlägt einen aus Silikonschaum bestehenden Dämpfungskörper vor, der durch einen Stopfen unter Vorspannung gegen den Piezoschwinger (3) und den Boden (2) des Resonatortopfes wirkt. Eine andere Dämpfungsmaßnahme kann darin bestehen, den aus Metall bestehenden Resonatortopf aus geeignetem Kunststoff zu gießen oder einen gezogenen Metalltopf mit einer hinreichenden Kunststoffschicht an den geeigneten Stellen zu überziehen.

Description

Bedampfter Ultraschallwandler
Zur Ermittlung und Anzeige des Abstands von Kraftfahrzeugen gegenüber anderen Kraftfahrzeugen und Hindernissen werden Ultraschallwandler eingesetzt, die vorzugsweise in den Sto߬ fängern der Kraftfahrzeuge montiert werden. Diese Wandler sind somit einer ganzen Reihe von Umweltgrößen wie Tempera¬ tur, Luftdruck, Feuchtigkeit, Schmutz und ähnlichem ausge¬ setzt, welche die Resonanzfrequenz des Wandlers verschieben und damit die Empfindlichkeit der Anzeigeeinrichtung herab¬ setzen. Um die Empfindlichkeit der Schwingkreise gegen der¬ artige Parameter zu mindern, hat man durch die Bedämpfung der angeschlossenen elektrischen Schwingkreise deren Güte herabgesetzt.
Andererseits ist es auch bekannt geworden, den an einen Re¬ sonator angekoppelten Piezoschwinger dadurch zu bedampfen, daß Dämpfungsmaterial an Teilen des Schwingers und/oder des Resonators angreift. So ist es beispielsweise aus der DE-OS 34 41 684 bekannt, durch eine SchaumstoffSchicht, die an ei¬ nem Teil des Resonators angreift, diesen zu bedampfen. Im Gegensatz hierzu wird in der Gebrauchsmusteranmeldung G 8712391 das Dämpfungsmaterial an die innere Mantelfläche des Resonators angeklebt. Wiederum einen anderen Weg geht die DE-OS 41 40 040, bei der Dämpfungsmaterial auf einen zu dem Resonator gehörenden Deckel aufgeklebt wird, wobei der Pie¬ zoschwinger selbst von Dämpfungsmaterial freigehalten wird. Nachteilig ist weiterhin, daß elektrische Dämpfungsmaßnahme- neinen großen Platzbedarf für Kondensatoren und NTC benö¬ tigt.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, daß die Be- dämpfung relativ gering ist und daß die bekannten Dämpfungs¬ maßnahmen in der Herstellung vergleichsweise teuer sind.
Die Erfindung geht daher aus von einem Ultraschallwandler der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat¬ tung. Aufgabe der Erfindung ist es, durch kostengünstige Maßnahmen eine stärkere Bedämpfung des Wandlers zu errei¬ chen.
Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ergebenden Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, in den Innen¬ raum des Resonators einen diesen in der vollen Querschnitts¬ fläche ausfüllenden Dämpfungskörper einzulegen und diesen unter Vorspannung zur Anlage an der gesamten Bodenfläche sowie, über die Höhe des Dämpfungskörpers, an der inneren Mantelfläche des Resonators zu bringen. Damit deckt der Dämpfungskörper über seine Höhe den Innenraum des Resonators ab, so daß er sowohl auf den Schwinger selbst, auf die an ihn angrenzenden Teilstücke des Resonatorbodens als auch über die Höhe des Dämpfungskörpers auf die Innenwand des Resonators einwirkt. Es ergibt sich somit eine sehr vorteil¬ hafte und einfache doch gleichwohl recht wirksame Möglich¬ keit der Bedämpfung des Wandlers.
Um die erwünschte Vorspannung zu erzeugen, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 2. Danach wirkt ein elastischer Silikonstopfen auf den Dämpfungskörper ein, wobei sich der Silikonstopfen 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 Bedämp¬ fung des Ultraschallwandlers einzustellen. Vorteilhaft läßt sichd die Verwendung geschlossenzelligen Silikonschaumes als Werkstoff für den Dmpgungskörper einsetzen, wodurch eine größere Dämpfung als mit offenzelligen Schäumen (z.B. PU- Schäumen) erreicht wird. Nach der Einstellung des Ul¬ traschallwandlers wird die Resonatorrückseite dann mit einer elastischen Vergußmasse um eine Schwingungskopplung zum Ge¬ häuse zu realisieren.
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 einfügen zu können, wird die Merkmalskombination nach Anspruch 4 vor¬ geschlagen. Das bedeutet, daß die hauptsächliche Bedämpfung auf die Membran selbst und den auf ihr befestigten Piezosch- winger ausgeübt wird. Durch die vergleichsweise kräftigen Dämpfungsmaßnahmen ist es möglich, imFließpreßvefahren ge¬ wonnene Resonatortöpfe mit den aus Anspruch 5 ersichtlichen Merkmalen anzuwenden.
Eine andere wirksame Lösung der Aufgabenstellung gibt die Merkmalskombination nach Anspruch 5 an. Hierbei wird u.U. der Resonator selbst aus einem eine hinreichende Dämpfung aufweisenden Material hergestellt (Anspruch 6), so daß die Bedämpfung des Innenraums des Resonators weitgehend ent¬ fällt. Es kann in diesem Fall hinsichtlich des Resonatorin¬ nenraums bei den bekannten Möglichkeiten bleiben, die auch darin bestehen kann, auf eine Bedämpfung im Innenraum weit- gehend zu verzichten, indem etwa eine SchaumstoffSchicht dazu dient, die Anschlußdrähte von Eigenschwingungen frei¬ zuhalten.
Eine weitere Möglichkeit kann gemäß Anspruch 7 darin beste¬ hen, den zylindertopfförmigen Resonator, 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 abge¬ schwächte Bedämpfung des Resonatorinnenraums erfolgen, die bis zu dem Verzicht auf eine dortige Bedämpfung überhaupt führen kann.
Die Merkmale nach Anspruch 7 beschreiben weiterhin Möglich¬ keiten in der Bedämpfung des Resonators, indem dort nur ge¬ zielte Bereiche mit einer bedämpfenden Kunststoffschicht überzogen werden, um eine asymmetrische Richtcharakterbreite zu erhalten.
Eine weitere Vereinfachung kann darin bestehen, gemäß An¬ spruch 8 eine einfache kreisförmige Metallmembran mit Duro¬ plast derart zu umgießen, daß die Mantelflächen komplett aus Duroplast sind, während die Ränder der Eisenmembran mit dem Duroplast zumindest umgössen sind. Es kann aber auch die gesamte Eisenmembran mit einer dämpfenden KunststoffSchicht überzogen werden.
Da der Resonator noch entkoppelt in dem Wandlergehäuse auf¬ gehängt werden soll, empfiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach Anspruch 9. Danach werden die zur Arretierung eines oder mehrerer den Resonator gegenüber dem Gehäuse entkoppelnder weicher Gummiringe um die Mantelfläche des Resonators laufende Haltenuten einge¬ gossen. Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn der Wandler innerhalb des Wandlergehäuses mit einem elektrischen Ver- stärker versehen ist. Hierdurch erhält man stärkere Aύs- gangssignale des Wandlers, die weniger einer Störung durch elektrische Störeinflüsse auf dem durch das Kraftfahrzeug verlaufenden Verbindungsleitungen ermöglicht.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeich¬ nung erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen Resonator mit Dämpfungskörper und
Fig. 2 einen Resonatortopf, der aus einem mit Kunststoff umgossenen Eisentopf besteht.
Fig. 1 zeigt einen topfförmigen Resonator aus Aluminium, wobei an der Innenfläche des Bodens 2 ein Piezoschwinger 3 eingelegt und vorzugsweise festgeklebt ist. Auf den Pie¬ zoschwinger und die ggf. nicht durch den Schwinger abgedeck¬ te Innenfläche des Bodens wirkt ein Dämpfungskörper 4 ein, der vorzugsweise unter Vorspannung mit einer vorgegebenen Kraft auf den Boden des Resonators, den Piezoschwinger selbst und Teile der inneren Mantelfläche des Resonators einwirkt. Der Dämpfungskörper 4 ist mit einem Schlitz 5 ver¬ sehen, um die Zuführung eines elektrischen Kabels 6 zu dem Schwinger 3 zu ermöglichen.
Der Dämpfungskörper wird in dem Innenraum des Resonators 1 durch einen Silikonkörper 7 beaufschlagt, der eine in Rich¬ tung des Piezoschwingers gerichtete Kraft auf den Dämpfungs¬ körper ausübt. Die Abmessungen des Silikonkörpers sind so gewählt, daß er durch Reibung an der Innenwand des Resona¬ tortopfes 1 fixiert ist, wodurch eine leichte Montage gege¬ ben ist. Nach Ende der Justage kann dann die Resonatorrück¬ seite durch eine von außen aufgebrachte, in der Zeichnung nicht dargestellte elektrische Vergußmasse schwingunsentkop- pelt abgeschlossen werden. Es ist nicht notwendig, daß der Resonatortopf aus Aluminium geformt ist. Er kann auch aus einem schwingungsfähigen Kunststoff wie beispielsweise Duroplast gebildet sein. So¬ weit 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 Elastomer- Rings 10 eingreifen. Dieser aus dem weichen, elastischen Elastomer bestehende Dämpfungsring 10 dient dazu, den Reso¬ natortopf 1 gegenüber dem nicht dargestellten Wandlergehäuse stark gedämpft zu lagern.
Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit der Bedämpfung eines Resonatortopfes, die mit der oben beschriebenen Bedämpfung des Innenraums des Resonators einhergehen kann, aber auch unter Umständen ohne sie auskommt. Dabei ist der Resonator¬ topf 11 aus einem gezogenen Eisentopf 12 gebildet, der mit einer Kunststoffumspritzung 13 versehen ist, die den Resona¬ tortopf hinreichend bedämpft. Ein wesentlicher weiterer Vor¬ teil besteht darin, daß die umlaufenden Nuten 8,9 beim Gie߬ vorgang gleichzeitig mit eingeformt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallwandler, bei dem am Boden (2) eines im we¬ sentlichen zylinderformigen Resonatortopfes (1) ein pie- zokeramischer Schwinger (3) angeordnet ist, wobei zu¬ mindest an einigen Stellen des Resonators (1) zur Be¬ dämpfung Dämpfungsmaterial (4) angreift, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in dem Innenraum des Resonators ein aus Silikonschaum bestehender Dämpfungskörper (4) eingefügt ist, welcher unter Vorspannung sowohl auf den Schwinger (3) als auch auf die ggf. den Schwinger umgebende Boden¬ fläche (2) des Resonators (1) einwirkt.
2. Ultraschallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Dämpfungskörper (4) durch einen im Reib¬ schluß mit der inneren Mantelfläche des Resonators (1) gehaltenen Stopfen (7) unter Vorspannung gegen den Boden (2) des Resonatortopfes (1) gehalten ist.
3. Ultraschallwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Stopfen (7) aus Silikonvollmaterial in eine definierte Form gegossen, gespritzt oder vorzugsweise mittels Wasserstrahl in die gewünschte Form aufgeschnit¬ ten ist.
4. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Dämp¬ fungskörpers (4) derart gewählt ist, daß er bei einge¬ fügtem Stopfen (7) eine gegenüber der auf den Boden aus¬ geübten Kraft vernachlässigbare kleine Kraft auf die innere Mantelfläche des Resonatortopfs (1) ausübt.
5. Ultraschallwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatortopf (1) aus Aluminium oder Eisen gebildet ist.
6. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator aus Duroplast gebildet ist.
7. Ultraschallwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß zumindest Teile der Innenfläche und/oder der Außenfläche des Resonators (1) und/oder die dem Resonatorboden (2) abgewandte Fläche des Schwingers (3) mit einer Dämpfungsschicht aus Thermoplast und/oder Duraplast überzogen ist.
8. Ultraschallwandler nach einem der vorangegangenen An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonatortopf (1) im wesentlichen aus einem Duroplastkörper gebildet ist, mit welchem eine Stahl-, Aluminium- oder Eisenmem¬ bran vergossen ist.
9. Ultraschallwandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in die KunststoffSchicht an der äuße¬ ren Mantelfläche des Resonators (1) umlaufende Nuten (8 oder 9) zur Aufnahme eines Entkoppelungskörpers (10) eingefügt sind, welcher den Resonator im Abstand zu dem Wandlergehäuse hält.
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