EP1260965A2 - Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors sowie Ultraschallsensor - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors sowie Ultraschallsensor Download PDF

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EP1260965A2
EP1260965A2 EP02003246A EP02003246A EP1260965A2 EP 1260965 A2 EP1260965 A2 EP 1260965A2 EP 02003246 A EP02003246 A EP 02003246A EP 02003246 A EP02003246 A EP 02003246A EP 1260965 A2 EP1260965 A2 EP 1260965A2
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EP
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membrane
housing
ultrasonic sensor
decoupling
decoupling medium
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Heinrich Dr. Gotzig
Thorsten Cywinski
Ingrid Theml
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/18—Details, e.g. bulbs, pumps, pistons, switches or casings
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    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/122—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using piezoelectric driving means

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Ultrasonic sensor, with a housing, a membrane and one arranged between the housing and the membrane Decoupling medium.
  • a method for producing a Ultrasonic sensor with a housing, a membrane and one arranged between the housing and the membrane Decoupling medium.
  • Ultrasonic sensors for example with short-range detection systems from Motor vehicles use.
  • Ultrasonic sensors are the individually manufactured Components joined together by plugging them together. Due to the component tolerances, the Position the membrane against the housing undesirable tolerance fluctuations.
  • the present invention is therefore based on the object based on a method for producing a Provide ultrasonic sensor, in which the undesirable tolerances as small as possible and can optimally be completely excluded.
  • the invention proposes the decoupling medium in a deformable state between the membrane and the housing.
  • This has the advantage that in the manufacture of the Ultrasonic sensor the membrane opposite the housing exactly can be prepositioned and that by filling the Space between the membrane and the housing with the decoupling medium the positioning of the membrane is frozen relative to the housing.
  • the decoupling medium advantageously hardens after between the membrane and the housing and thus permanently positions the membrane in the Casing. Adding tolerances that lead to an inexact Position the membrane within the housing, as they are known from the known prior art, are excluded according to the invention.
  • the decoupling medium between the membrane and the Housing is cast. It has been shown that especially the injection molding of the decoupling medium between the membrane and the housing to a particular good, permanent and positionally accurate arrangement of the Membrane can lead inside the housing.
  • the Decoupling medium which is preferably rubbery Features can be easily injection molded are processed.
  • the invention provides that the membrane in one first step with a housing Plastic and in a second step with the between the housing and the membrane Decoupling medium is encapsulated. advantageously, can do these two steps within one Spraying system can be carried out.
  • the housing is preferably made of a hard or solid plastic, which hardens relatively quickly after the spraying process preferably injection molded the housing first.
  • the Membrane preferably made of a metallic Material, in particular aluminum, and the housing then becomes the preferably rubber-like decoupling medium injected.
  • the extrusion coating is carried out in such a way that it mechanical vibrations of the membrane compared to the Housing or the environment of the housing over a predetermined temperature range defines decouples that it has a sufficiently high mechanical stability and that they are bringing all kinds of media inside prevents the membrane.
  • the ultrasonic sensor 1 comprises a plastic housing 3 and a cup-shaped trained membrane 5 made of aluminum, wherein between the Housing 3 and the membrane 5 a rubber-like Decoupling medium 7 is present.
  • a piezo ceramic disc 9 On the bottom of the cup-shaped membrane 5 is a piezo ceramic disc 9 arranged. Via an electrical line 11, which ends at the piezo-ceramic disk 9 and one further electrical line 13, the side of the Inside the membrane 5 is caulked, the piezo ceramic disc 9 with an electrical voltage be charged.
  • a mechanical Damping material 15 in particular a foam filled up.
  • the damping material 15 in the section shown in the figure a section 17 on.
  • a rubber part 19 is provided to position the damping material 15 is in inner.
  • the membrane 5 has several on its outer circumference Indentations 21 through which the membrane 5 inside of the housing 3 via the decoupling medium 7 permanently is positioned.
  • the open to the top Housing 3 is covered by a housing cover 25 which has detent bulges 27 in its edge region.
  • the ultrasonic sensor 1 can be fastened with detent bulges 27 become.
  • the housing part 3 has on its outer circumference also several openings 29 on the acoustic Decoupling the ultrasonic signals are used.
  • the ultrasonic sensor 1 shown in the figure takes place especially with short-range detection systems from Vehicles use.
  • the membrane is placed in a 2-component spraying system created.
  • the plastic housing 3 is injected around the membrane 5.
  • rubber-like decoupling medium 7 between the membrane 5 and injection molded the plastic housing 3. This will advantageously achieved that an exact and permanent positioning of the membrane 5 relative to the Housing 3 or its outer contours is guaranteed. Unwanted assembly time tolerances, as in the known prior art exist not according to the invention.
  • the piezo ceramic disc 9 inserted into the membrane 5 and the membrane 5 equipped with the damping material 15 and the rubber part 19. it the silicone casting compound 23 is then applied. Finally, the housing cover 25 on top open housing 3 of the ultrasonic sensor 1 placed.
  • the membrane 5 positioned relative to the housing 3 and the Position by injecting or pouring the Decoupling medium 7 frozen.
  • the rubber part 19 and the silicone sealing compound 23 can be provided, only a suitable medium, in particular to provide a foamable medium.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors sowie auch einen Ultraschallsensor mit einem Gehäuse, einer Membrane und einem zwischen dem Gehäuse und der Membrane angeordneten Entkopplungsmedium. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das Entkopplungsmedium in einem verformbaren Zustand zwischen die Membrane und das Gehäuse gegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors, mit einem Gehäuse, einer Membrane und einem zwischen dem Gehäuse und der Membrane angeordneten Entkopplungsmedium. Derartige Ultraschallsensoren finden beispielsweise bei Nahbereichserkennungssystemen von Kraftfahrzeugen Verwendung. Bei bekannten Ultraschallsensoren werden die einzeln hergestellten Bauteile durch Ineinanderstecken miteinander gefügt. Aufgrund der Bauteiltoleranzen unterliegt die Positionierung der Membrane gegenüber dem Gehäuse unerwünschten Toleranzschwankungen.
Um ein genaues und funktionssicheres Arbeiten der Ultraschallsensoren zu gewährleisten, ist jedoch die exakte Positionierung der Membranen gegenüber dem Gehäuse von besonderer Wichtigkeit.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors bereitzustellen, bei welchem die unerwünschten Toleranzen möglichst gering und optimalerweise vollständig ausgeschlossen werden können.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Entkopplungsmedium in einem verformbaren Zustand zwischen die Membrane und das Gehäuse zu geben. Dies hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Ultraschallsensors die Membrane gegenüber dem Gehäuse exakt vorpositioniert werden kann und dass durch Auffüllen des Zwischenraumes zwischen der Membrane und dem Gehäuse mit dem Entkopplungsmedium die Positionierung der Membrane gegenüber dem Gehäuse eingefroren wird. Somit wird erfindungsgemäß erreicht, dass bei der Herstellung bzw. der Montage des Ultraschallsensors die exakte Positionierung der Membrane gegenüber dem Gehäuse gewährleistet ist. Vorteilhafterweise härtet das Entkopplungsmedium, nachdem es zwischen die Membrane und das Gehäuse gegeben wurde, aus und positioniert damit dauerhaft die Membrane in dem Gehäuse. Sich addierende Toleranzen, die zu einer unexakten Positionierung der Membrane innerhalb des Gehäuses führen, wie sie aus dem bekannten Stand der Technik bekannt sind, werden erfindungsgemäß ausgeschlossen.
Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Entkopplungsmedium zwischen die Membrane und das Gehäuse gegossen wird. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere das Spritzgießen des Entkopplungsmediums zwischen die Membrane und das Gehäuse zu einer besonders guten, dauerhaften und positionsgenauen Anordnung der Membrane innerhalb des Gehäuses führen kann. Das Entkopplungsmedium, das vorzugsweise gummiartige Eigenschaften aufweist, kann problemlos durch Spritzgießen verarbeitet werden.
Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membrane in einem ersten Arbeitsschritt mit einem das Gehäuse bildenden Kunststoff und in einem zweiten Arbeitsschritt mit dem zwischen dem Gehäuse und der Membrane liegenden Entkopplungsmedium umspritzt wird. Vorteilhafterweise können diese beiden Arbeitsschritte innerhalb einer Spritzanlage durchgeführt werden. Da das Gehäuse vorzugsweise aus einem harten oder festen Kunststoff ist, der nach dem Spritzvorgang relativ schnell aushärtet, wird vorzugsweise zuerst das Gehäuse gespritzt. Zwischen die Membrane, die vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, ist, und das Gehäuse wird dann das vorzugsweise gummiartige Entkopplungsmedium eingespritzt.
Erfindungsgemäß finden die beiden genannten Arbeitsschritte nacheinander innerhalb einer 2-Komponenten-Spritzanlage statt. Dies hat den Vorteil, dass mit sehr wenigen Arbeitsschritten die Herstellung bzw. Montage des Gehäuses, der Membrane und des Entkopplungsmediums erfolgt.
Grundsätzlich erfolgt die Umspritzung derart, dass sie die mechanischen Schwingungen der Membrane gegenüber dem Gehäuse bzw. der Umgebung des Gehäuses über einen vorgegebenen Temperaturbereich definiert entkoppelt, dass sie eine genügend große mechanische Stabilität besitzt und dass sie das Einbringen von Medien aller Art in das Innere der Membrane verhindert.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch einen Ultraschallsensor gelöst, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
In der Figur ist ein erfindungsgemäßer Ultraschallsensor 1 im Längsschnitt dargestellt. Der Ultraschallsensor 1 umfasst ein Kunststoffgehäuse 3 und eine topfförmig ausgebildete Membrane 5 aus Aluminium, wobei zwischen dem Gehäuse 3 und der Membrane 5 ein gummiartiges Entkopplungsmedium 7 vorhanden ist.
Auf dem Boden der topfförmigen Membrane 5 ist eine Piezo-Keramik-Scheibe 9 angeordnet. Über eine elektrische Leitung 11, die an der Piezo-Keramik-Scheibe 9 endet und eine weitere elektrische Leitung 13, die seitlich an der Innenseite der Membrane 5 verstemmt ist, kann die Piezo-Keramik-Scheibe 9 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden.
Des Weiteren ist die Membrane 5 mit einem mechanischen Dämpfstoff 15, insbesondere einem Schaumstoff, aufgefüllt. In dem Bereich, in dem die elektrische Leitung 11 zu der Piezo-Keramik-Scheibe 9 verläuft, weist der Dämpfstoff 15 in dem in der Figur dargestellten Schnitt einen Ausschnitt 17 auf. Zur Positionierung des Dämpfstoffes 15 ist im inneren, oberen Bereich ein Gummiteil 19 vorgesehen.
Die Membrane 5 weist an ihrem Außenumfang mehrere Einbuchtungen 21 auf, durch welche die Membrane 5 innerhalb des Gehäuses 3 über das Entkopplungsmedium 7 dauerhaft positioniert wird.
Zum Abdichten der nach oben offenen Membrane 5 ist eine Silikonvergussmasse 23 vorgesehen. Das nach oben offene Gehäuse 3 wird von einem Gehäusedeckel 25 abgedeckt, der an seinem Randbereich Rastausbuchtungen 27 aufweist. Über die Rastausbuchtungen 27 kann der Ultraschallsensor 1 befestigt werden. Das Gehäuseteil 3 weist an seinem Außenumfang außerdem mehrere Durchbrüche 29 auf, die zur akustischen Entkopplung der Ultraschallsignale dienen.
Der in der Figur dargestellte Ultraschallsensor 1 findet insbesondere bei Nahbereichserkennungssystemen von Fahrzeugen Verwendung.
Zur Herstellung bzw. zur Montage des Ultraschallsensors wird erfindungsgemäß folgendermaßen vorgegangen:
Zunächst wird die Membrane in eine 2-Komponenten-Spritzanlage angelegt. In einem ersten Arbeitsschritt wird das Kunststoffgehäuse 3 um die Membrane 5 gespritzt. Nachdem das Kunststoffgehäuse 3 zu einem gewissen Grad ausgehärtet ist, wird in einem zweiten Arbeitsschritt das gummiartige Entkopplungsmedium 7 zwischen die Membrane 5 und das Kunststoffgehäuse 3 gespritzt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass eine exakte und dauerhafte Positionierung der Membrane 5 gegenüber dem Gehäuse 3 bzw. dessen Außenkonturen gewährleistet wird. Unerwünschte Montagezeitentoleranzen, wie sie bei dem bekannten Stand der Technik vorhanden sind, treten erfindungsgemäß nicht auf.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Piezo-Keramik-Scheibe 9 in die Membrane 5 eingelegt und die Membrane 5 mit dem Dämpfstoff 15 und dem Gummiteil 19 bestückt. Daran anschließend wird die Silikonvergussmasse 23 aufgebracht. Schließlich wird der Gehäusedeckel 25 auf das nach oben offene Gehäuse 3 des Ultraschallsensors 1 aufgesetzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafterweise die Membrane 5 gegenüber dem Gehäuse 3 positioniert und die Position durch Einspritzen bzw. Eingießen des Entkopplungsmediums 7 eingefroren.
Anstelle der Verwendung verschiedener Medien für den Dämpfstoff 15, das Gummiteil 19 und die Silikonvergussmasse 23 kann vorgesehen sein, lediglich ein geeignetes Medium, insbesondere ein schäumbares Medium, vorzusehen.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors (1) mit einem Gehäuse (3), einer Membrane (5) und einem zwischen dem Gehäuse (3) und der Membrane (5) angeordneten Entkopplungsmedium (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungsmedium (7) in einem verformbaren Zustand zwischen die Membrane (5) und das Gehäuse (3) gegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungsmedium (7) zwischen die Membrane (5) und das Gehäuse (3) gegossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungsmedium (7) zwischen die Membrane (5) und das Gehäuse (3) spritzgegossen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (5) in einem ersten Arbeitsschritt mit einem das Gehäuse (3) bildenden Kunststoff und in einem zweiten Arbeitsschritt mit dem zwischen dem Gehäuse (3) und der Membrane (5) liegenden Entkopplungsmedium (7) umspritzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arbeitsschritte nacheinander innerhalb einer 2-Komponenten-Spritzanlage erfolgen.
  6. Ultraschallsensor (1) mit einem Gehäuse (3), einer Membrane (5) und einem zwischen dem Gehäuse (3) und der Membrane (5) angeordneten Entkopplungsmedium (7), hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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