EP3405984A1 - Schallwandleranordnung und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung - Google Patents

Schallwandleranordnung und verfahren zur herstellung einer schallwandleranordnung

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EP3405984A1
EP3405984A1 EP16810329.9A EP16810329A EP3405984A1 EP 3405984 A1 EP3405984 A1 EP 3405984A1 EP 16810329 A EP16810329 A EP 16810329A EP 3405984 A1 EP3405984 A1 EP 3405984A1
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EP
European Patent Office
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sound transducer
housing
sealing compound
sealing
transducer elements
Prior art date
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Application number
EP16810329.9A
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EP3405984B1 (de
Inventor
Bernd SCHEUFELE
Guenter Gerlach
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3405984A1 publication Critical patent/EP3405984A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3405984B1 publication Critical patent/EP3405984B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • 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
    • G10K9/12—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
    • G10K9/125—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 with a plurality of active elements
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • 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
    • G10K9/22—Mountings; Casings

Definitions

  • the invention relates to a sound transducer arrangement and to a method for the
  • Sound transducer arrangement in which the sound transducer elements are arranged in the region of an end face of a housing.
  • the juxtaposed sound transducer elements are separated from each other by web elements made of an elastomer in the region of an opening formed on the end face of the housing. Sound-effective surfaces of the
  • Sound transducer elements in the form of a membrane are each with a
  • Coupled piezoelectric element The membrane is covered on the side facing away from the piezoelectric element with the interposition of an adhesive layer of a protective film, wherein the protective film with the external environment of the
  • Sound transducer assembly is in communication.
  • the spaces between the transducer elements and between the transducer elements and the housing are filled by a plastic to cause an acoustic decoupling of the individual transducer elements and a seal of the housing.
  • the mentioned protective film also serves to seal the housing. Details of a seal of the housing on the
  • the present invention seeks to form a sound transducer assembly such that on the one hand a particularly advantageous embodiment manufacturing technology can be achieved, and on the other hand, the transducer assembly is effectively protected against the entry of media or moisture into the housing.
  • transducer assembly with the features of claim 1 essentially in that between an inner cross section of the housing and the outer cross section of a support device on which the transducer elements are arranged, a
  • the invention is formed on the circumferential side gap that the carrier device is at least indirectly covered by a sealing compound on the side facing away from the transducer elements, and that a sealing element is provided which is adapted to access the sealing compound via said gap in the region of the interior of the housing prevent, in which the sound transducer elements are located.
  • the invention is based, on the one hand, on the idea that by a circumferential gap between a carrier device on which the individual Sound transducer elements are arranged, and the inner cross-section of the housing allows a particularly simple assembly, as the
  • Carrier device or the housing with relatively large tolerances can be produced or the gap simplifies installation. Thus, it does not depend on the exact size of the mentioned gap, but rather by the gap easy axial joining or insertion of the carrier element in the
  • Such a sealing compound has the particular advantage that it fills or bridges gaps on the one hand, and on the other hand in contrast to mechanical
  • Closure elements which are optionally connected by separate fastening means to the housing, also particularly simple with the housing in
  • sealing element which is designed to prevent access of the sealing compound via the gap in the interior of the housing ensures that the sealing compound covers only the rear area of the housing of the housing, but does not completely fill the interior of the housing. In particular, this prevents functional impairments of the sound transducer elements which would otherwise possibly occur if the sealing compound comes into connection with the sound transducer elements. In addition, can be through the sealing element, the amount of
  • this is at least substantially sleeve-shaped or pot-shaped.
  • a carrier device designed as a support plate for the
  • Carrier device in the housing allows.
  • a support plate as a support means that the sound transducer assembly advantageously has the lowest possible height, for example, a total height of the
  • the arrangement of the sealing compound is preferably such that the housing encloses the sealing compound on the circumference with an inner circumference or an inner wall.
  • a seal in the region between the sealing compound and the housing is made possible over the entire casting height of the sealing compound with the housing.
  • the inner circumference of the housing forms a boundary for the potting compound during insertion into the housing.
  • Housing arranged sealing member may be formed in different ways.
  • the sealing element is designed as an elastic sealing element, in particular as a sealing ring, which is arranged in the gap.
  • the use of an elastic sealing element or a sealing ring makes it possible that of
  • Sealing element is this as a in the interior of the housing
  • the housing is designed as a plastic injection molded part. This allows a particularly good adhesion between the housing and the sealing compound, wherein the housing has a low weight and is itself insensitive to corrosion.
  • a further advantageous embodiment of the invention relates to the electrical contacting of the sound transducer elements. It is advantageous if the carrier device on the side remote from the transducer elements side has a plug connection element for electrical contacting, wherein the potting compound surrounds the plug connection element in regions. Such a configuration makes it possible not to arrange the connector element directly to the housing, but to attach in a pre-assembly step to the support means. This allows, for example, a functional test of the carrier device with the arranged thereon
  • Sound transducer elements allow before the unit is inserted or mounted in a housing. In addition, then, for example, no openings, etc. are required for the plug connection to the housing wall. Furthermore, in such a structural design by the
  • Plug connection element encloses at the periphery in areas.
  • a further preferred embodiment relates to a sound transducer arrangement in which some or all sound transducer elements are operated as transmitter elements.
  • a sound transducer arrangement it is necessary for such a sound transducer arrangement to have a transmission transformer or a transformer.
  • this transmission transformer is arranged integrated in the connector element and with this as a structural unit of a polymer (eg
  • Epoxy resin is encapsulated.
  • Transmitter for example, on the opposite of the transducers
  • the sealing compound forms both a protection against the ingress of moisture or media into the interior of the housing, as well as a mechanical and electrical protection of the circuit substrate, so that on other covering or sealing elements, such as a lid o.ä. can be waived.
  • the invention also relates to a method for producing a so far
  • the method according to the invention comprises at least the following steps: In a first step, a carrier device with optionally attached thereto
  • Fig. 1 is a partial longitudinal section through an inventive
  • Fig. 2 is a simplified plan view of a transducer device used in the transducer assembly according to the Fig. 1 with arranged thereon transducer elements and
  • FIG. 3 is a comparison with FIG. 1 modified embodiment of
  • FIG. 1 shows a first sound transducer arrangement 100 according to the invention, as it is used in particular as part of a driver assistance system in a motor vehicle, in particular for distance measurement and recognition of objects during parking operations.
  • Sound transducer assembly 100 is arranged in particular in the region of the front and / or rear bumper of the motor vehicle. Alternatively, the
  • Sound transducer assembly 100 but also by way of example, and not limitation, as part of a 3-D environment sensor, for example, in robots or in industrial trucks serve.
  • the sound transducer arrangement 100 has a housing 11 made of plastic, in particular designed as an injection molded part, which is designed in the shape of a sleeve or cup.
  • a plurality of sound transducer elements 10 are arranged in the interior 12 of the housing 11 .
  • the sound transducer elements 10 are in particular by means of an electrically conductive adhesive 13 with a carrier plate
  • the carrier plate 14 connected.
  • the carrier plate 14 consists of a technical ceramic, which is covered with a metallization layer 16 on the upper side and the lower side and possibly on side surfaces.
  • the sound transducer elements 10 each have an example of aluminum existing support member 18 which is formed in cross-section U-shaped.
  • the recognizable in Fig. 1 side legs 19 of the support member 18 are connected by means of the conductive adhesive 13 with the support plate 14 (rigid).
  • the two side legs 19 interconnecting base portion forms a rectangular, sound-effective surface in the form of a vibratable diaphragm 29.
  • On the support plate 14 facing side of the membrane 29 is by means of a conductive adhesive 28 is not shown on both sides
  • the piezo elements 25 are in turn connected using further conductive adhesive 24 with a common flex foil 22, which serves to forward the piezoelectric signals.
  • the support members 18 protrude with the membranes 29 in an opening 26 of the
  • Housing 11 in the region of a radially inwardly projecting flange 27 of the housing 1 1 and preferably terminate flush with the outer end face 31 of the flange 27 and the housing 11 from.
  • the individual diaphragms 29 or piezoelements 25 of the sound transducer elements 10 are separated from one another or acoustically decoupled by elastomer elements 32.
  • the elastomeric elements 32 have in addition to their acoustically decoupling function at the same time also a sealing against the entry of media into the interior 12 of the housing 11.
  • the damping mass 35 can be, for example, an elastomer in the form of Fermasil or another damping material with or without gas inclusions.
  • the feeding of the damping mass 35 is preferably carried out after the mounting of the carrier plate 14 with sound transducer elements 10 located thereon over at least one arranged in the region of the carrier plate 14
  • the sound transducer elements 10 facing away from the side of the support means 15 and the support plate 14 is interposition of conductive adhesive 37 and the
  • Flex foil 22 at least partially covered by a circuit substrate 38, in particular in the form of a printed circuit board.
  • electronic components 39 such as an ASIC, are arranged on the circuit carrier 38.
  • a connector connecting element 40 which consists in particular of plastic, is connected to the circuit carrier 38.
  • Plug connection element 40 is used for electrical contacting of
  • Sound transducer elements 10 may be arranged parallel to each other. Rather, it can be provided that on the one substantially rectangular contour with rounded corner areas having support plate 14 arranged at 90 ° to each other arranged transducer elements 10 are arranged. Others too
  • the sound transducer elements 10 can serve either as transmitter elements or as receiver elements. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, all the sound transducer elements 10 act as receiving elements by way of example.
  • the sound transducer assembly 100 is particularly educated. With reference to FIG. 1, it is explained that between the outer periphery 41 of the carrier device
  • a circumferential gap 45 is formed.
  • a sealing element 46 in the form of a sealing ring 47 is arranged on the side facing the sound transducer elements 10.
  • the interior 12 of the housing 11 is filled with a sealing compound 50 from the side of the carrier device 15 facing away from the sound transducer elements 10.
  • the sealing compound 50 is filled by the (open) rear end face 51 of the housing 1 1 in the inner cross section of the housing 1 1 and fills the interior of the housing 11 up to the level of the sealing member 46.
  • FIG. 1 it can also be seen from FIG. 1 that also the
  • Connector member 40 circumferentially also partially from the
  • Sealing compound 50 is enclosed.
  • the material of the sealing compound 50 the material of the sealing compound
  • the carrier device 15 with optionally attached or mounted sound transducer elements 10 and the plug connection element 40 is introduced from the end face 51 into the housing 11 into an axial end or target position.
  • the sealing compound 50 formed prior to curing as potting compound is introduced or metered into the housing 1 1 from the end face 51 by means of a suitable metering device (for example in the form of a screw or jet dispenser) until the sealing compound 50 leaves the sealing compound Inner cross-section of the housing 11 in the region of the end face 51 fills.
  • the sealing element 46 causes that
  • Sealing compound 50 does not reach into the area of the sound transducer elements 10.
  • the sound transducer assembly 100a shown in FIG. 3 differs from the sound transducer assembly 100 essentially by two features: Firstly, the housing 11 a has a flange acting as an axial stop, from the inner wall 42 of the housing 1 1a radially inwardly projecting
  • housing edge 55 against which the support means 15 and the support plate 14 axially abuts.
  • the housing edge 55 is arranged in partial overlap with the carrier plate 14 or the carrier device 15. Due to the axial contact of the support plate 14 of the housing edge 55 acts simultaneously as
  • the plug connection element 40a has a transmission transformer 60 in the form of a transformer, which is arranged integrally in the plug connection element 40a and surrounded by the material of the plug connection element 40a.
  • the transmitting transformer 60 protrudes beyond the material of the sealing compound 50 on the side facing away from the carrier device 15.
  • the circuit carrier 38 has the plug connection element 40a in one piece on this molded-on pins 61, which in corresponding openings of the
  • Intervene circuit carrier 38 38.
  • the housing 1 1a has an outwardly projecting flange 65 on which, if appropriate, an insert ring 66, which is preferably made of an elastomer, rests axially.
  • the flange 65 and the optionally provided mounting ring 66 serve the installation or integration of the sound transducer assembly 100a in a vehicle or a mounting location.
  • the sound transducer arrangement 100, 100a described so far and / or their production can be modified or modified in many ways without deviating from the idea of the invention. That's the way it works
  • Carrier 15 are brought into the housing 11 to its axial end position. Finally, if necessary, the introduction of the damping mass 35 into the housing 11 and the pouring of the end face 51 of the housing 1 1 with the sealing compound 50 takes place.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung (100; 100a), mit einer Trägereinrichtung (15) zur Befestigung mehrerer Schallwandlerelemente (10), mit einem einen Innenraum (12) ausbildenden Gehäuse (11) zur Aufnahme der Trägereinrichtung (15), wobei zwischen dem durch eine Innenwand (42) gebildeten Innenquerschnitt des Gehäuses (11) und dem Außenumfang (41) der Trägereinrichtung (15) ein insbesondere umlaufender Spalt (45) ausgebildet ist, wobei die Trägereinrichtung (15) auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite zumindest mittelbar von einer Abdichtmasse (50) überdeckt ist, und wobei ein Abdichtelement (46) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, einen Zutritt der Abdichtmasse (50) über den Spalt (45) in den Innenraum (12) des Gehäuses (11) auf der der Abdichtmasse (50) abgewandten Seite der Trägereinrichtung (15) zu verhindern.

Description

Beschreibung
Schallwandleranordnung und Verfahren zur Herstellung einer
Schallwandleranordnung
Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Schallwandleranordnung sowie ein Verfahren zur
Herstellung einer erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung.
Aus der DE 10 2013 213 493 A1 der Anmelderin ist eine
Schallwandleranordnung bekannt, bei der die Schallwandlerelemente im Bereich einer Stirnseite eines Gehäuses angeordnet sind. Die nebeneinander angeordneten Schallwandlerelemente sind durch Stegelemente aus einem Elastomer im Bereich einer an der Stirnseite des Gehäuses ausgebildeten Öffnung voneinander getrennt. Schallwirksame Flächen der
Schallwandlerelemente in Form einer Membran sind jeweils mit einem
Piezoelement gekoppelt. Die Membran ist auf der dem Piezoelement abgewandten Seite unter Zwischenlage einer Kleberschicht von einer Schutzfolie überdeckt, wobei die Schutzfolie mit der äußeren Umgebung der
Schallwandleranordnung in Verbindung steht. Die Zwischenräume zwischen den Schallwandlerelementen sowie zwischen den Schallwandlerelementen und dem Gehäuse sind von einem Kunststoff ausgefüllt, um eine akustische Entkopplung der einzelnen Schallwandlerelemente sowie eine Abdichtung des Gehäuses zu bewirken. Weiterhin dient auch die angesprochene Schutzfolie der Abdichtung des Gehäuses. Angaben einer Abdichtung des Gehäuses auf der den
Schallwandlerelementen abgewandten Rückseite des Gehäuses sind der Schrift nicht entnehmbar.
Weiterhin ist es aus der DE 10 2010 062 990 A1 der Anmelderin bekannt, mehrere Schallwandlerelemente nebeneinander auf einer gemeinsamen Befestigungsfläche bzw. einem gemeinsamen Trägerelement anzuordnen. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, die Schallwandlerelemente beispielsweise unabhängig von dem Gehäuse in einem separaten Fertigungsschritt mit der Trägereinrichtung zu montieren und die Trägereinrichtung zusammen mit den Schallwandlerelementen in ein wie oben erläutertes Gehäuse einzusetzen.
Wesentlich für eine sichere Funktion der Schallwandleranordnung über die Lebensdauer ist es, dass der Innenraum des Gehäuses einer soweit
beschriebenen Schallwandleranordnung gegenüber dem Eintritt von Medien, insbesondere von Feuchtigkeit, vollständig, d.h. auch an der Gehäuserückseite, geschützt ist. Wie dies, insbesondere mit Blick auf eine herstellungstechnisch besonders einfache bzw. kostengünstige Art und Weise möglich ist, ist aus den beiden oben genannten Schriften nicht entnehmbar. Auch ist hinsichtlich der
Lebensdauer der Schallwandleranordnung eine mit Blick auf
Schüttelbeanspruchungen vorteilhafte Anordnung der Elektronikbestandteile erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schallwandleranordnung derart auszubilden, dass einerseits eine herstellungstechnisch besonders vorteilhafte Ausbildung erzielbar ist, und dass andererseits die Schallwandleranordnung wirkungsvoll gegenüber dem Eintritt von Medien bzw. Feuchtigkeit in das Gehäuse geschützt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schallwandleranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass zwischen einem Innenquerschnitt des Gehäuses und dem Außenquerschnitt einer Trägereinrichtung, auf der die Wandlerelemente angeordnet sind, ein
umfangsseitiger Spalt ausgebildet ist, dass die Trägereinrichtung auf der den Schallwandlerelementen abgewandte Seite zumindest mittelbar von einer Abdichtmasse überdeckt ist, und dass ein Abdichtelement vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, einen Zutritt der Abdichtmasse über den genannten Spalt in den Bereich des Innenraums des Gehäuses zu verhindern, in dem sich die Schallwandlerelemente befinden. Der Erfindung liegt zum einen der Gedanke zugrunde, dass durch einen umlaufenden Spalt zwischen einer Trägereinrichtung, auf der die einzelnen Schallwandlerelemente angeordnet sind, und dem Innenquerschnitt des Gehäuses eine besonders einfache Montage ermöglicht wird, da die
Trägereinrichtung bzw. das Gehäuse mit relativ großen Toleranzen herstellbar sind bzw. der Spalt die Montage vereinfacht . Somit kommt es nicht auf die exakte Größe des angesprochenen Spalts an, vielmehr wird durch den Spalt ein problemloses axiales Fügen bzw. Einführen des Trägerelements in den
Innenraum des Gehäuses ermöglicht. Darüber hinaus wird auf der den
Schallwandlerelementen abgewandten Seite der Trägereinrichtung bzw. der Trägerplatte durch eine Abdichtmasse die Möglichkeit geschaffen, den
Innenraum des Gehäuses auf besonders einfache Art und Weise, beispielsweise im Gegensatz zur Verwendung eines Deckels, abzudichten. Eine derartige Abdichtmasse hat insbesondere den Vorteil, dass sie einerseits Spalte ausfüllt bzw. überbrückt, und andererseits im Gegensatz zu mechanischen
Verschlusselementen, die ggf. durch separate Befestigungsmittel mit dem Gehäuse verbunden werden, auch besonders einfach mit dem Gehäuse in
Wrkverbindung gebracht werden kann. Darüber hinaus ist durch die
Verwendung eines Abdichtelements, das dazu ausgebildet ist, einen Zutritt der Abdichtmasse über den Spalt in den Innenraum des Gehäuses zu verhindern sichergestellt, dass die Abdichtmasse lediglich den gehäuserückseitigen Bereich des Gehäuses überdeckt, jedoch nicht den Innenraum des Gehäuses vollständig ausfüllt. Insbesondere werden dadurch Funktionsbeeinträchtigungen der Schallwandlerelemente vermieden, die ansonsten ggf. entstehen würden, wenn die Abdichtmasse in Wrkverbindung mit den Schallwandlerelementen gelangt. Darüber hinaus lässt sich durch das Abdichtelement die Menge der
Abdichtmasse begrenzen bzw. minimieren, da die Abdichtmasse lediglich an dem gehäuserückseitigen Bereich angeordnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Gehäuses ist dieses zumindest im Wesentlichen hülsen- bzw. topfförmig ausgebildet. Im Zusammenhang mit einer als Trägerplatte ausgebildeten Trägereinrichtung für die
Schallwandlerelemente wird es dadurch ermöglicht, über den relativ groß ausgebildeten Öffnungsquerschnitt des Gehäuses die Trägereinrichtung in das
Gehäuse axial einzuführen. Somit ergibt sich eine Konstruktion der Schallwandleranordnung, die eine besonders einfache Montage der
Trägereinrichtung in dem Gehäuse ermöglicht. Darüber hinaus ist durch die Verwendung einer Trägerplatte als Trägereinrichtung sichergestellt, dass die Schallwandleranordnung in vorteilhafter Art und Weise eine möglichst geringe Bauhöhe aufweist, die beispielsweise eine Gesamthöhe der
Schallwandleranordnung mit einer Gesamthöhe von etwa 25mm ermöglicht.
Bevorzugt ist die Anordnung der Abdichtmasse derart, dass das Gehäuse mit einem Innenumfang bzw. einer Innenwand die Abdichtmasse umfangsseitig umschließt. Dadurch wird über die gesamte Gusshöhe der Abdichtmasse mit dem Gehäuse eine Abdichtung im Bereich zwischen der Abdichtmasse und dem Gehäuse ermöglicht. Darüber hinaus bildet der Innenumfang des Gehäuses eine Begrenzung für die Vergussmasse bei dem Einführen in das Gehäuse aus. Das in dem Spalt zwischen der Trägereinrichtung (Trägerplatte) und dem
Gehäuse angeordnete Abdichtelement kann in unterschiedlicher Art und Weise ausgebildet sein. In einer ersten konstruktiven Auslegung ist es vorgesehen, dass das Abdichtelement als elastisches Dichtelement, insbesondere als Dichtring, ausgebildet ist, das im Spalt angeordnet ist. Die Verwendung eines elastischen Dichtelements bzw. eines Dichtrings ermöglicht es, die von
Schallwandleranordnung zu Schallwandleranordnung ggf. unterschiedlich großen Spalte bzw. die unterschiedlich zum Gehäuse angeordneten Trägereinrichtungen mit ein und demselben Dichtelement überbrücken zu können. Hierbei ist es grundsätzlich möglich, das Abdichtelement erst nach der Montage der
Trägereinrichtung in dem Gehäuse anzuordnen.
Eine besonders sichere bzw. einfache sowie herstellungstechnisch vorteilhafte Montagemöglichkeit für ein derartiges Abdichtelement ergibt sich jedoch im Gegensatz dazu, wenn das Abdichtelement an dem Trägerelement oder an dem Gehäuse befestigt ist. Insbesondere wird dadurch eine eindeutig und sichere
Positionierung des Abdichtelementes zur Trägereinrichtung bzw. zum Gehäuse ermöglicht.
In alternativer bzw. zusätzlich vorgesehener Ausgestaltung eines
Abdichtelements ist dieses als ein in den Innenraum des Gehäuses
hineinragender, an der Innenwand des Gehäuses einstückig angeformter Gehäuserand ausgebildet, der auf der der Gehäusewand abgewandten Seite unter Ausbildung eines Axialanschlags für die Trägereinrichtung in
bereichsweiser Überdeckung mit dem Trägerelement angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass an der Innenwand des Gehäuses ein umlaufender Haltevorsprung in Art eines Flansches ausgebildet ist, gegen den die Trägereinrichtung axial anliegt. Durch die bereichsweise Überdeckung mit der Trägereinrichtung wird eine Abdichtung für den Innenraum des Gehäuses ausgebildet. Mit Blick auf das Material der Abdichtmasse ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn das Gehäuse als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Dadurch wird eine besonders gute Haftung zwischen dem Gehäuse und der Abdichtmasse ermöglicht, wobei das Gehäuse ein geringes Gewicht aufweist und selbst korrosionsunempfindlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung betrifft die elektrische Kontaktierung der Schallwandlerelemente. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Trägereinrichtung auf der den Schallwandlerelementen abgewandten Seite ein Steckeranschlusselement zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei die Vergussmasse das Steckeranschlusselement bereichsweise umschließt. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, das Steckeranschlusselement nicht unmittelbar an dem Gehäuse anzuordnen, sondern in einem Vormontageschritt an der Trägereinrichtung zu befestigen. Damit lässt sich beispielsweise eine Funktionsprüfung der Trägereinrichtung mit den darauf angeordneten
Schallwandlerelementen ermöglichen, bevor die Einheit in ein Gehäuse eingesetzt bzw. montiert wird. Darüber hinaus sind dann beispielsweise keine Öffnungen usw. für den Steckeranschluss an der Gehäusewand erforderlich. Weiterhin wird bei einer derartigen konstruktiven Ausbildung durch die
Vergussmasse gleichzeitig der Zutritt von Feuchtigkeit über den Außenumfang des Steckeranschlusselements verhindert, da die Abdichtmasse das
Steckeranschlusselement an dessen Umfang bereichsweise umschließt.
Eine besonders gute Dichtwirkung sowie eine innige Verbindung der
Vergussmasse mit dem Steckeranschlusselement wird erzielt, wenn die
Vergussmasse und das Steckeranschlusselement aus artgleichem Material, insbesondere aus einem Polymer, bestehen. Weiterhin wird die Abdichtwirkung zwischen dem Gehäuse und der Abdichtmasse maximiert, wenn deren Material artgleich ist, und insbesondere aus einem Polymer, besonders bevorzugt aus Epoxidharz besteht. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung betrifft eine Schallwandleranordnung, bei der einige oder alle Schallwandlerelemente als Senderelemente betrieben werden. Hierzu ist es erforderlich, dass eine derartige Schallwandleranordnung einen Sendeübertrager bzw. einen Trafo aufweist. Vorteilhafterweise ist es dabei vorgesehen, dass dieser Sendeübertrager in dem Steckeranschlusselement integriert angeordnet und mit diesem als Baueinheit von einem Polymer (z.B.
Epoxidharz) umspritzt ist. Eine derartige Ausführungsform ermöglicht es insbesondere, die Menge an verwendeter Abdichtmasse für die Rückseite des Gehäuses zu minimieren, da die benötigte Schichtdicke geringer gehalten werden kann, als dies bei einer Anordnung der Fall wäre, bei der der
Sendeübertrager beispielsweise auf der den Schallwandlern gegenüberliegenden
Seite auf der Trägereinrichtung und nicht im Steckeranschlusselement angeordnet ist (und somit die Bauhöhe der Trägereinrichtung beträchtlich erhöhen würde) und erst im Rahmen der Abdichtung der Rückseite des
Gehäuses von dem Material der Abdichtmasse umschlossen werden muss.
Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung betrifft eine
Schallwandleranordnung, bei der die Trägereinrichtung auf der den
Schallwandlerelementen abgewandten Seite einen Schaltungsträger
(Leiterplatte) mit elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen aufweist, wobei der Schaltungsträger (mit den Bauteilen) von der Abdichtmasse überdeckt ist.
Dadurch bildet die Abdichtmasse sowohl einen Schutz gegenüber dem Zutritt von Feuchtigkeit bzw. Medien in den Innenraum des Gehäuses, als auch einen mechanischen und elektrischen Schutz des Schaltungsträgers aus, so dass auf weitere Abdeck- oder Abdichtelemente, wie beispielsweise einen Deckel o.ä. verzichtet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer soweit
beschriebenen erfindungsgemäßen Schallwandleranordnung. Das
erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte: In einem ersten Schritt wird eine Trägereinrichtung mit optional daran befestigten
Schallwandlerelementen in den Innenraum des Gehäuses bis zu einer (axialen) Sollposition eingeführt. Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt das Dosieren einer Abdichtmasse in das Gehäuse auf der den
Schallwandlerelementen abgewandten Seite der Trägereinrichtung, bis der Innenquerschnitt des Gehäuses auf der den Schallwandlerelementen
abgewandten Seite vollständig von der Abdichtmasse überdeckt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Schallwandleranordnung mit mehreren Schallwandlerelementen,
Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht auf eine bei der Schallwandleranordnung gemäß der Fig. 1 verwendete Trägereinrichtung mit darauf angeordneten Schallwandlerelementen und
Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführung der
Schallwandleranordnung, ebenfalls in einem Teillängsschnitt.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der Fig. 1 ist eine erste erfindungsgemäße Schallwandleranordnung 100 gezeigt, wie sie insbesondere als Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Abstandsmessung und Wnkelerkennung von Objekten bei Einparkvorgängen, Verwendung findet. Eine derartige
Schallwandleranordnung 100 ist insbesondere im Bereich des vorderen und/oder hinteren Stoßfängers des Kraftfahrzeugs angeordnet. Alternativ kann die
Schallwandleranordnung 100 aber auch beispielhaft, und nicht einschränkend, als Bestandteil einer 3-D-Umfeldsensorik, zum Beispiel bei Robotern oder in Flurförderfahrzeugen dienen. Die Schallwandleranordnung 100 weist ein aus Kunststoff bestehendes, insbesondere als Spritzgussteil ausgebildetes Gehäuse 11 auf, das hülsen- bzw. topfförmig ausgebildet ist. Im Innenraum 12 des Gehäuses 11 sind mehrere Schallwandlerelemente 10 angeordnet. Die Schallwandlerelemente 10 sind insbesondere mittels eines elektrischen Leitklebers 13 mit einer als Trägerplatte
14 ausgebildeten Trägereinrichtung 15 auf jeweils derselben Seite der
Trägerplatte 14 verbunden. Die Trägerplatte 14 besteht beispielhaft und nicht einschränkend aus einer technischen Keramik, die an der Oberseite sowie der Unterseite und ggf. an Seitenflächen mit einer Metallisierungsschicht 16 überdeckt ist.
Die Schallwandlerelemente 10 weisen jeweils ein beispielsweise aus Aluminium bestehendes Trägerelement 18 auf, das im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist. Die in der Fig. 1 erkennbaren Seitenschenkel 19 des Trägerelements 18 werden mittels des Leitklebers 13 mit der Trägerplatte 14 (starr) verbunden. Der die beiden Seitenschenkel 19 miteinander verbindende Basisabschnitt bildet eine rechteckförmige, schallwirksame Fläche in Form einer schwingungsfähigen Membran 29 aus. Auf der der Trägerplatte 14 zugewandten Seite der Membran 29 ist mittels eines Leitklebers 28 ein beidseitig nicht dargestellte
Metallisierungen aufweisendes Piezoelement 25 befestigt, das mit der Membran
29 in Wirkverbindung angeordnet ist. Die Piezoelemente 25 sind wiederum unter Verwendung von weiterem Leitkleber 24 mit einer gemeinsamen Flexfolie 22 verbunden, die der Weiterleitung der Piezosignale dient. Die Trägerelemente 18 ragen mit den Membranen 29 in eine Öffnung 26 des
Gehäuses 11 im Bereich eines radial nach innen ragenden Flansches 27 des Gehäuses 1 1 hinein und schließen vorzugsweise bündig mit der äußeren Stirnfläche 31 des Flansches 27 bzw. des Gehäuses 11 ab. Darüber hinaus sind die einzelnen Membranen 29 bzw. Piezoelemente 25 der Schallwandlerelemente 10 durch Elastomerelemente 32 voneinander getrennt bzw. akustisch entkoppelt.
Die Elastomerelemente 32 haben neben ihrer akustisch entkoppelnden Funktion gleichzeitig auch eine abdichtende Wrkung gegen den Einritt von Medien in den Innenraum 12 des Gehäuses 11. Innerhalb des Innenraums 12 des Gehäuses 11 kann es vorgesehen sein, dass die Zwischenräume zwischen den einzelnen Trägerelementen 18 der Schallwandler 10 von einer Dämpfungsmasse 35 ausgefüllt sind. Bei der Dämpfungsmasse 35 kann es sich beispielsweise um ein Elastomer in Form von Fermasil oder um ein anderes Dämpfungsmaterial mit oder ohne Gaseinschlüsse handeln. Das Zuführen der Dämpfungsmasse 35 erfolgt vorzugsweise nach der Montage der Trägerplatte 14 mit darauf befindlichen Schallwandlerelementen 10 über wenigstens eine im Bereich der Trägerplatte 14 angeordnete
Durchgangsbohrung 36.
Die den Schallwandlerelementen 10 abgewandte Seite der Trägereinrichtung 15 bzw. der Trägerplatte 14 ist unter Zwischenlage von Leitkleber 37 sowie der
Flexfolie 22 zumindest bereichsweise von einem Schaltungsträger 38, insbesondere in Form einer Leiterplatte, überdeckt. Auf dem Schaltungsträger 38 sind beispielsweise elektronische Bauelemente 39, wie ein ASIC, angeordnet.
Ferner ist mit dem Schaltungsträger 38 ein insbesondere aus Kunststoff bestehendes Steckeranschlusselement 40 verbunden. Das
Steckeranschlusselement 40 dient der elektrischen Kontaktierung der
Schallwandleranordnung 100.
Wie insbesondere anhand der Fig. 2 erkennbar ist, müssen nicht alle
Schallwandlerelemente 10 parallel zueinander angeordnet sein. Vielmehr kann es vorgesehen sein, dass auf der eine im Wesentlichen rechteckförmigen Kontur mit gerundeten Eckbereichen aufweisenden Trägerplatte 14 um 90° zueinander angeordnete Schallwandlerelemente 10 angeordnet sind. Auch andere
Anordnungen bzw. Winkel der Schallwandlerelemente 10 zueinander sind denkbar. Dabei können die Schallwandlerelemente 10 grundsätzlich entweder als Senderelemente oder als Empfangselemente dienen. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wirken beispielhaft alle Schallwandlerelemente 10 als Empfangselemente. Um den Innenraum 12 des Gehäuses 1 1 auf der den Schallwandlerelementen 10 abgewandten Seite der Trägereinrichtung 15 gegenüber dem Eintritt von Medien bzw. Feuchtigkeit zu schützen sowie eine vorteilhafte Fixierung bzw. Befestigung der Trägereinrichtung 15 mit darauf angeordneter Elektronik zu ermöglichen, ist die Schallwandleranordnung 100 besonders ausgebildet. Mit Blick auf die Fig. 1 wird dabei erläutert, dass zwischen dem Außenumfang 41 der Trägereinrichtung
15 bzw. der Trägerplatte 14 und der Innenwand 42 des Gehäuses 11 ein umlaufender Spalt 45 ausgebildet ist. Im Bereich des Spalts 45 ist auf der den Schallwandlerelementen 10 zugewandten Seite ein Abdichtelement 46 in Form eines Dichtrings 47 angeordnet. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Innenraum 12 des Gehäuses 1 1 von der den Schallwandlerelementen 10 abgewandten Seite der Trägereinrichtung 15 mit einer Abdichtmasse 50 ausgefüllt ist. Die Abdichtmasse 50 wird von der (offenen) rückseitigen Stirnseite 51 des Gehäuses 1 1 in den Innenquerschnitt des Gehäuses 1 1 eingefüllt und füllt den Innenraum des Gehäuses 11 bis in Höhe des Abdichtelements 46 aus. Insbesondere ist anhand der Fig. 1 auch erkennbar, dass auch der
Schaltungsträger 38 bzw. das elektronische Bauelement 39 vollständig von der
Abdichtmasse 50 überdeckt sind. Weiterhin ist erkennbar, dass das
Steckeranschlusselement 40 umfangsseitig ebenfalls teilweise von der
Abdichtmasse 50 umschlossen ist. Vorzugsweise bestehen das Material der Abdichtmasse 50, das Material des
Steckeranschlusselements 40 sowie das Material des Gehäuses 1 1 aus artgleichem Material, insbesondere aus einem Polymer, vorzugsweise aus Epoxidharz. Zur Montage bzw. zur Herstellung der Schallwandleranordnung 100 wird in einem ersten Schritt die Trägereinrichtung 15 mit ggf. daran befestigten bzw. montierten Schallwandlerelementen 10 und dem Steckeranschlusselement 40 von der Stirnseite 51 in das Gehäuse 11 bis in eine axiale End- bzw. Sollposition eingeführt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt die vor deren Aushärtung als Vergußmasse ausgebildete Abdichtmasse 50 von der Stirnseite 51 mittels einer geeigneten Dosiereinrichtung (zum Beispiel in Form eines Schrauben- oder Jetdispensers) her in das Gehäuse 1 1 eingegeben bzw. eindosiert, bis die Abdichtmasse 50 den Innenquerschnitt des Gehäuses 11 im Bereich der Stirnseite 51 ausfüllt. Dabei bewirkt das Abdichtelement 46, dass die
Abdichtmasse 50 nicht bis in den Bereich der Schallwandlerelemente 10 gelangt.
Die in der Fig. 3 dargestellte Schallwandleranordnung 100a unterscheidet sich von der Schallwandleranordnung 100 im Wesentlichen durch zwei Merkmale: Zum einen weist das Gehäuse 11 a einen als Axialanschlag wirkenden, von der Innenwand 42 des Gehäuses 1 1a radial nach innen ragenden, flanschartigen
Gehäuserand 55 auf, gegen den die Trägereinrichtung 15 bzw. die Trägerplatte 14 axial anliegt. Dabei ist der Gehäuserand 55 in teilweiser Überdeckung mit der Trägerplatte 14 bzw. der Trägereinrichtung 15 angeordnet. Durch die axiale Anlage der Trägerplatte 14 wirkt der Gehäuserand 55 gleichzeitig als
Abdichtelement 46. Darüber hinaus sind zumindest einige der
Schallwandlerelemente 10 für den Sendebetrieb ausgestattet bzw. eingerichtet. Hierzu weist das Steckeranschlusselement 40a einen Sendeübertrager 60 in Form eines Trafos auf, der integral in dem Steckeranschlusselement 40a angeordnet und von dem Material des Steckeranschlusselements 40a umgeben ist. Insbesondere ist erkennbar, dass der Sendeübertrager 60 auf der der Trägereinrichtung 15 abgewandten Seite über das Material der Abdichtmasse 50 hinausragt. Zur Befestigung des Steckeranschlusselements 40a auf dem
Schaltungsträger 38 weist das Steckeranschlusselement 40a einstückig an diesem angeformte Pins 61 auf, die in entsprechende Öffnungen des
Schaltungsträgers 38 eingreifen.
Darüber hinaus weist das Gehäuse 1 1a einen nach außen ragenden Flansch 65 auf, an dem ggf. ein vorzugsweise aus einem Elastomer bestehender Einbauring 66 axial anliegt. Der Flansch 65 sowie der ggf. vorgesehene Einbauring 66 dienen dem Einbau bzw. der Integration der Schallwandleranordnung 100a in einem Fahrzeug bzw. einem Einbauort.
Die soweit beschriebene Schallwandleranordnung 100, 100a und/oder deren Herstellung kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es
beispielsweise vorgesehen sein, dass zunächst die Schallwandlerelemente 10 (insbesondere mit bereits ausgebildeten Elastomerelementen 32) ohne
Trägereinrichtung 15 in das Gehäuse 11 bis in ihre axiale Endposition gebracht werden. Anschließend erfolgt das Einbringen der Trägereinrichtung 15 und Befestigung derselben über den Leitkleber 13. Zuletzt erfolgt ggf. das Einbringen der Dämpfungsmasse 35 in das Gehäuse 11 sowie das Ausgießen der Stirnseite 51 des Gehäuses 1 1 mit der Abdichtmasse 50.

Claims

Schallwandleranordnung (100; 100a), mit einer Trägereinrichtung (15) zur Befestigung mehrerer Schallwandlerelemente (10), mit einem einen Innenraum (12) aufweisenden Gehäuse (1 1) zur Aufnahme der Trägereinrichtung (15), wobei zwischen dem durch eine Innenwand (42) gebildeten Innenquerschnitt des Gehäuses (11) und einem Außenumfang (41) der Trägereinrichtung (15) ein insbesondere umlaufender Spalt (45) ausgebildet ist, wobei die
Trägereinrichtung (15) auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite zumindest mittelbar von einer Abdichtmasse (50) überdeckt ist, und wobei ein Abdichtelement (46) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, einen Zutritt der Abdichtmasse (50) über den Spalt (45) in den Innenraum (12) des
Gehäuses (1 1) auf der der Abdichtmasse (50) abgewandten Seite der
Trägereinrichtung (15) zu verhindern.
Schallwandleranordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (11) zumindest im Wesentlichen hülsen- oder
topfförmig ausgebildet ist, und dass die Trägereinrichtung (15) als
Trägerplatte (14) ausgebildet ist.
Schallwandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (11) mit der Innenwand (42) die Abdichtmasse (50) umgibt.
Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abdichtelement (46) als elastisches Dichtelement, insbesondere als Dichtring (47), ausgebildet ist, das im Spalt (45) angeordnet ist.
5. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtelement (46) an der Trägereinrichtung (15) oder dem Gehäuse (11) befestigt ist.
6. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abdichtelement (46) als in den Innenraum (12) ragender, an der Innenwand (42) des Gehäuses (1 1) einstückig angeformter Gehäuserand (55) ausgebildet ist, der unter Ausbildung eines Axialanschlags für die Trägereinrichtung (15) in bereichsweiser Überdeckung mit der
Trägereinrichtung (15) angeordnet ist.
7. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (11) als Kunststoffspritzgußteil ausgebildet ist.
8. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägereinrichtung (15) auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite ein Steckeranschlusselement (40; 40a) zur elektrischen Kontaktierung aufweist, und dass die Abdichtmasse (50) das Steckerdanschlusselement (40; 40a) bereichsweise umgibt.
9. Schallwandleranordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abdichtmasse (50) und das Steckeranschlusselement (40; 40a) aus artgleichem Material, insbesondere aus einem Polymer, bestehen.
10. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (11) und die Abdichtmasse (50) aus artgleichem Material, insbesondere aus einem Polymer, besonders bevorzugt aus Epoxidharz, bestehen.
1 1. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (15) auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite einen Schaltungsträger (38) mit elektrischen
Bauteilen (39) aufweist, und dass zumindest der Schaltungsträger (38) von der Abdichtmasse (50) überdeckt ist.
12. Schallwandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass diese Bestandteil eines Assistenzsystems oder eines Steuerungsoder Regelsystems ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Schallwandleranordnung (100; 100a), die nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, umfassend zumindest folgende Schritte:
- Einführen der Trägereinrichtung (15) mit ggf. daran befestigten
Schallwandlerelementen (10) in den Innenraum (12) des Gehäuses (11) bis zu einer Sollposition
- Dosieren der Abdichtmasse (50) in das Gehäuse (1 1) von der den
Schallwandlern (10) abgewandten Seite der Trägereinrichtung (15), bis der Innenquerschnitt des Gehäuses (11) auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite vorzugsweise vollständig von der Abdichtmasse (50) überdeckt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein auf der den Schallwandlerelementen (10) abgewandten Seite der Trägereinrichtung (15) angeordnetes Steckeranschlusselement (40;
40a) beim Dosieren der Abdichtmasse (50) von der Abdichtmasse (50) bereichsweise umschlossen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst die Schallwandlerelemente (10) in den Innenraum (12) des Gehäuses (1 1) eingeführt werden, dass anschließend die
Trägereinrichtung (15) unter Ausbildung einer Verbindung mit den Schallwandlerelementen (10) in den Innenraum (12) des Gehäuses (1 1) eingeführt wird, und dass zuletzt die Abdichtmasse (50) dosiert wird.
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