ES2326142T3 - Sensor de ultrasonidos, especialmente sensor de ultrasonidos para vehiculos automoviles. - Google Patents
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Abstract
Sensor de ultrasonidos (2), especialmente sensor de ultrasonidos para vehículos automóviles, que comprende una carcasa (4), una membrana (6) montada en o sobre una sección (12) de la carcasa (4) y un elemento de desacoplamiento (10) que se extiende al menos localmente entre la membrana (6) y la sección (12) de la carcasa, presentando el elemento de desacoplamiento (10) y la sección (12) de la carcasa unos medios de enclavamiento (14) a través de los cuales están unidos entre ellos el elemento de desacoplamiento (10) y la sección (12) de la carcasa, caracterizado por el hecho de que a lo largo del perímetro de la sección (12) de la carcasa y del elemento de desacoplamiento (10) están previstos varios medios de enclavamiento (14), comprendiendo los medios de enclavamiento (14) unos cuerpos de enclavamiento (16) previstos en el elemento de desacoplamiento (10), así como unos alojamientos de enclavamiento (18) que están formados por aberturas de la sección (12) de la carcasa.
Description
Sensor de ultrasonidos, especialmente sensor de
ultrasonidos para vehículos automóviles.
La invención concierne a un sensor de
ultrasonidos, especialmente un sensor de ultrasonidos para vehículos
automóviles, que comprende una carcasa, una membrana montada en o
sobre una sección de la carcasa y un elemento de desacoplamiento
que se extiende al menos localmente entre la membrana y la sección
de la carcasa.
La membrana de un sensor de ultrasonidos de esta
clase presenta usualmente un fondo de membrana que puede ser puesto
en vibración con ayuda de un elemento piezoeléctrico, de modo que se
pueden irradiar señales ultrasónicas hacia el entorno del sensor de
ultrasonidos. Las señales ultrasónicas reflejadas por obstáculos
pueden ser recibidas nuevamente y procesadas por el sensor de
ultrasonidos.
Para conseguir una vibración definida de la
membrana o del fondo de membrana, dicha membrana no está unida
directamente con la carcasa del sensor de ultrasonidos, sino que
está rodeada por un material de desacoplamiento que limita
radialmente hacia fuera con una sección de forma anular de la
carcasa del sensor de ultrasonidos.
Se conoce por usos anteriores un sensor de
ultrasonidos cuya sección de carcasa de forma anular presenta
aberturas de inyección que se aprovechan para inyectar un material
de desacoplamiento alrededor de una membrana colocada dentro de la
sección de carcasa de forma anular. Cuando no pueden realizarse sin
fallos los pasos siguientes de fabricación, por ejemplo la fijación
del elemento piezoeléctrico al fondo de membrana, esto tiene la
consecuencia de que se tiene que desechar como desperdicio un
sensor de ultrasonidos completa o casi completamente fabricado.
Se conoce por el documento DE 199 37 195 A1 un
sensor de ultrasonidos para vehículos automóviles con una membrana
alojada en una carcasa correspondiente, estando previsto un elemento
de desacoplamiento cauchoelástico entre la membrana y la carcasa.
Para su unión con la carcasa, el elemento de desacoplamiento
presenta en su perímetro exterior un collarín anular periférico que
encaja en una estría correspondiente de la carcasa.
Partiendo de esto, la presente invención se basa
en el problema de proporcionar un sensor de ultrasonidos que pueda
fabricarse del modo más barato posible.
Este problema se resuelve por la invención según
la reivindicación 1 debido a que a lo largo del perímetro de la
sección de la carcasa y del elemento de desacoplamiento están
previstos varios medios de enclavamiento, comprendiendo los medios
de enclavamiento unos cuerpos de enclavamiento previstos en el
elemento de desacoplamiento, así como unos alojamientos de
enclavamientos que están formados por aberturas de la sección de la
carcasa.
El sensor de ultrasonidos según la invención
hace posible una fabricación muy flexible y, por tanto, barata. El
elemento de desacoplamiento puede proporcionarse por separado y, por
tanto, puede integrarse de manera sencilla en un proceso de
montaje. Si se producen fallos en los pasos de fabricación
siguientes, por ejemplo en el pegado del elemento piezoeléctrico
dentro de la membrana, se pueden deshacer de nuevo los grupos
constructivos ya producidos y especialmente se pueden recuperar el
elemento de desacoplamiento y la carcasa. El elemento de
desacoplamiento proporcionado por separado ofrece, además, la
posibilidad de que ya antes del montaje del sensor de ultrasonidos
sea adaptado en color, por ejemplo sea pintado.
Otra ventaja del elemento de desacoplamiento
proporcionado por separado es el hecho de que éste está sometido a
menos presiones técnicas de construcción, ya que no se obtiene por
inyección alrededor de componentes adyacentes, sino que se puede
fabricar en una operación de inyección separada.
La invención prevé que los medios de
enclavamiento presenten los elementos consistentes en cuerpo de
enclavamiento y alojamiento de enclavamiento, estando previsto uno
de los elementos en el elemento de desacoplamiento y el otro de los
elementos en la sección de la carcasa. Por supuesto, es posible
también combinar las alternativas citadas una con otra, de modo que
en el elemento de desacoplamiento y en la sección de la carcasa
estén previstos, respectivamente, cuerpos de enclavamiento y
alojamientos de enclavamiento que cooperen con alojamientos de
enclavamiento y cuerpos de enclavamiento correspondientes. En el
marco de esta invención se entiende por medio de enclavamiento un
medio de esta clase que opone una resistencia al menos
insignificante a un desmontaje del elemento de desacoplamiento para
separarlo de la sección de la carcasa, de modo que el elemento de
desacoplamiento quede retenido con seguridad en la sección de la
carcasa.
Para lograr una fijación lo más segura posible
del elemento de desacoplamiento a la sección de la carcasa se han
previsto a lo largo del perímetro de la sección de la carcasa y del
elemento de desacoplamiento varios medios de enclavamiento que
están distribuidos de manera especialmente uniforme a lo largo del
perímetro de la sección de la carcasa y del elemento de
desacoplamiento.
Para obtener un buen desacoplamiento entre la
membrana y la carcasa es ventajoso que la sección de la carcasa y
el elemento de desacoplamiento estén configurados en forma anular.
Por tanto, la membrana puede ser desacoplada de la carcasa en
materia de vibraciones en un plano perpendicular a la dirección de
irradiación del sensor de ultrasonidos.
\newpage
Según una forma de realización especialmente
preferida de la invención, se ha previsto que el elemento de
desacoplamiento se pueda insertar en la sección de la carcasa
siguiendo una dirección de montaje que sea contraria a la dirección
de irradiación del sensor de ultrasonidos. Esto tiene la ventaja de
que la carcasa del sensor de ultrasonidos puede ser de construcción
relativamente esbelta, ya que el elemento de desacoplamiento tiene
que insertarse solamente en la sección citada de la carcasa del
sensor de ultrasonidos. Por tanto, no es necesario guiar el
elemento de desacoplamiento a través de la carcasa desde el lado
posterior. De esa manera, en la zona de la carcasa que queda
alejada de la sección de la misma puede crearse espacio para más
componentes, por ejemplo placas de circuito impreso o elementos de
conexión eléctrica.
Otra forma de realización ventajosa de la
invención prevé que el elemento de desacoplamiento y/o la sección
de la carcasa presenten al menos una sección de introducción que se
estrecha con relación a la dirección de montaje. Con ayuda de esta
sección de introducción se facilita el ensamble del elemento de
desacoplamiento y de la sección de la carcasa, ya que el elemento
de desacoplamiento y la sección de la carcasa pueden alinearse uno
con relación a otra durante la operación de ensamble con ayuda de la
sección de introducción.
Un perfeccionamiento de la invención prevé que
en el elemento de desacoplamiento esté formado al menos un elemento
de tope que coopere con una superficie de tope formada en la carcasa
o en la sección de esta carcasa. Se puede impedir así de manera
sencilla que, al actuar una fuerza de presión sobre el elemento de
desacoplamiento, éste pueda ser hincado hacia adentro de la carcasa
del sensor de ultrasonidos.
Asimismo, es ventajoso que en el elemento de
desacoplamiento esté formada al menos una zona socavada en la que
pueda insertarse la membrana con efecto de enclavamiento. Dado que,
como ya se ha explicado más arriba, el elemento de desacoplamiento
puede fabricarse por medio de una operación de fundición inyectada
separada, las libertades técnicas de construcción obtenidas pueden
aprovecharse para proveer al elemento de desacoplamiento con
geometrías que no serían posibles en el caso de una fabricación del
elemento de desacoplamiento por inyección alrededor de otros
componentes. Dado que el elemento de desacoplamiento está formado
usualmente por un material elástico, se pueden producir también
zonas socavadas sin que sea necesario para ello el empleo de
herramientas de corredera. En una zona socavada producida de esta
manera se puede insertar la membrana con efecto de enclavamiento,
de modo que ésta queda retenida con seguridad dentro del elemento de
desacoplamiento.
El elemento de desacoplamiento presenta una
construcción especialmente compacta cuando la zona socavada está
limitada al menos localmente por el elemento de tope. Por tanto, el
elemento de tope forma al mismo tiempo una sección de material que
sirve para inmovilizar la membrana dentro del elemento de
desacoplamiento.
Un perfeccionamiento especialmente ventajoso de
la invención prevé que el elemento de desacoplamiento presente en
su lado vuelto hacia la membrana al menos un rebajo formado en el
material. Este rebajo del material puede estar configurado, por
ejemplo, en forma de receptáculo y crea, al montar la membrana
dentro del elemento de desacoplamiento, un espacio de aire que
suprime una transmisión de vibraciones de la membrana a la sección
de la carcasa a través del elemento de desacoplamiento, así como en
dirección contraria de vuelta a la membrana.
Se puede conseguir una acción de desacoplamiento
especialmente ventajosa cuando el rebajo del material está alineado
en dirección radial con una sección de borde de la membrana que
refuerza la membrana en dirección radial. Un desacoplamiento
técnico de vibraciones en esta zona produce una neta mejora del
comportamiento de medida del sensor de ultrasonidos.
Asimismo, se propone que el elemento de
desacoplamiento presente elementos socavados que penetran en la
carcasa del sensor de ultrasonidos y que están rodeados por un
material de encapsulado que rellena el espacio interior de la
carcasa. Un sensor de ultrasonidos casi completamente montado puede
ser rellenado así de una manera en sí conocida con material de
encapsulado, con lo que, después de la introducción del material de
encapsulado, el elemento de desacoplamiento queda inmovilizado con
relación a la carcasa en una forma segura contra su pérdida.
Se ha comprobado que el caucho de silicona
líquido (LSR) es especialmente adecuado para el material del
elemento de desacoplamiento. Este material presenta propiedades
mecánicas constantes en muy amplio grado a lo largo de un intervalo
grande de temperaturas y, por tanto, tiene también un comportamiento
de vibración constante en muy amplio grado.
La invención concierne también según la
reivindicación 13 a un procedimiento para el montaje de un sensor
de ultrasonidos que se caracteriza por los pasos siguientes: Se
forma primero un primer grupo constructivo en el que se fija un
elemento piezoeléctrico al fondo de una membrana. Este primer grupo
constructivo se inserta especialmente con efecto de enclavamiento
en un elemento de desacoplamiento para formar un segundo grupo
constructivo. Este grupo constructivo se inserta a su vez con
efecto de enclavamiento en una sección de una carcasa del sensor de
ultrasonidos para formar un tercer grupo constructivo. Es posible de
esta manera que las operaciones de montaje relativamente críticas,
tal como, por ejemplo, la fijación del elemento piezoeléctrico al
fondo de la membrana, sean limitadas a un pequeño grupo
constructivo. Asimismo, debido al montaje con enclavamiento mutuo
de los distintos componentes del sensor de ultrasonidos se puede
automatizar especialmente bien la fabricación de dicho sensor de
ultrasonidos.
De manera especialmente ventajosa, el elemento
de desacoplamiento se inserta aquí en la sección de la carcasa
siguiendo una dirección de montaje que es contraria a la dirección
de irradiación del sensor de ultrasonidos. De esta manera, el
elemento de desacoplamiento no tiene que ser conducido a través de
toda la carcasa del sensor de ultrasonidos, sino que puede unirse
con la sección de la carcasa a lo largo de un recorrido de ensamble
corto y más favorable.
Otras ventajas, características y detalles de la
invención se desprenden de la descripción siguiente, en la que se
describen de forma pormenorizada ejemplos de realización
especialmente preferido haciendo referencia al dibujo. Las
características mostradas en el dibujo y mencionadas en las
reivindicaciones y en la descripción pueden ser esenciales para la
invención tomadas cada una individualmente por separado o bien en
cualquier combinación de las mismas.
En el dibujo muestran:
La figura 1, un alzado lateral de un sensor de
ultrasonidos según la invención con un elemento de
desacoplamiento;
La figura 2, un alzado lateral en corte del
sensor de ultrasonidos según la figura 1;
La figura 3, una vista en perspectiva de un
elemento de desacoplamiento del sensor de ultrasonidos según las
figuras 1 y 2;
La figura 4, una vista en perspectiva de otro
elemento de desacoplamiento; y
La figura 5, un alzado lateral en corte de otra
forma de realización de un sensor de ultrasonidos según la
invención.
En la figura 1 se ha designado el conjunto de un
sensor de ultrasonidos con el símbolo de referencia 2. Éste
presenta una carcasa 4 aproximadamente de forma de olla (véase
también la figura 2). En la carcasas 4 está alojada una membrana 6
de configuración sustancialmente cilíndrica que presenta un fondo de
membrana 8 de forma de disco. La membrana 6 está rodeada
radialmente en su exterior por un elemento de desacoplamiento 10 de
forma anular que desacopla la membrana 6 respecto de la carcasa 4 en
materia de vibraciones. El elemento de desacoplamiento 10 está
montado por el lado de la carcasa en una sección de carcasa 12 de
forma anular que rodea radialmente por fuera a una parte del
elemento de desacoplamiento 10 queda vuelta hacia la carcasa 4.
El elemento de desacoplamiento 10 y la sección
12 de la carcasa están unidos entre ellos con ayuda de medios de
enclavamiento 14 que están distribuidos por el perímetro de la
sección 12 de la carcasa y de la parte del elemento de
desacoplamiento 10 situada en una posición inferior en las figuras 1
y 2. Los medios de enclavamiento 14 comprenden cuerpos de
enclavamiento 16 que, según el ejemplo de realización representado,
están previstos en el elemento de desacoplamiento 10, así como
alojamientos de enclavamiento 18 que están formados por aberturas
de la sección 12 de la carcasa.
Con referencia a la figura 2, la membrana 6
presenta en el lado inferior del fondo 8 de la misma un elemento
piezoeléctrico 20 que puede poner en vibración al fondo 8 de la
membrana, de modo que éste puede generar señales ultrasónicas
correspondientes a una dirección de irradiación designada con 22.
Contrariamente a esta dirección, en una dirección de montaje 24
puede insertarse en el elemento de desacoplamiento 10 un grupo
constructivo formado por la membrana 6 y el elemento piezoeléctrico
20. El elemento de desacoplamiento está formado por caucho de
silicona líquido (LSR, Liquid Silicone Rubber). Por tanto, dicho
elemento es elástico, con lo que puede deformarse al insertar la
membrana 6 en el elemento de desacoplamiento 10 según la dirección
de montaje 24 y puede retener con seguridad la membrana 6 después
de concluida la operación de montaje.
El grupo constructivo formado de esta manera,
constituido por la membrana 6 y el elemento de desacoplamiento 10,
puede a su vez ensamblarse según la dirección de montaje 24 con la
carcasa 4 del sensor de ultrasonidos 2. Los cuerpos de
enclavamiento 16 del elemento de desacoplamiento 10 encajan entonces
en los alojamientos de enclavamiento 18 de la sección 12 de la
carcasa.
El elemento de desacoplamiento 10 presenta en su
lado vuelto hacia la carcasa 4 unos elementos de tope 26
distribuidos a lo largo del perímetro de dicho elemento de
desacoplamiento 10. Estos elementos de tope 26 cooperan con
superficies de tope 28 formadas en la carcasa 4, de modo que la
posición de montaje del elemento de desacoplamiento 10 dentro de la
carcasa 4 o de la sección 12 de dicha carcasa queda definida no sólo
por los medios de enclavamiento 14, sino también por el contacto
entre los elementos de tope 26 y las superficies de tope 28.
Los elementos de tope 26 forman juntamente con
una sección de pared anular adyacente 30 del elemento de
desacoplamiento 10 unas zonas socavadas 32 en las que está alojada
una sección de borde 34 que refuerza la membrana 6 en dirección
radial. De esta manera, la membrana 6 queda inmovilizada con
seguridad dentro del elemento de desacoplamiento 10.
El elemento de desacoplamiento 10 presenta
también unos elementos socavados 36 vueltos hacia la carcasa 4 que
pueden estar formados, por ejemplo, como orejetas o anillas. Cuando
se rellena un espacio interior 37 de la carcasa 4 con material de
encapsulado para proteger el sensor de ultrasonidos 2 y sus
componentes eléctricos contra la humedad y la suciedad, el material
de encapsulado rodea a los elementos socavados 36, de modo que el
elemento de desacoplamiento 10 queda inmovilizado de forma segura
con relación a la carcasa 4.
El elemento de desacoplamiento 10 está
representado también en la figura 3, en donde se ha elegido la
perspectiva de modo que los elementos de tope 26 estén situados
arriba en la figura 3. El elemento de desacoplamiento 10 presenta
al lado de los elementos de tope 26 una sección de introducción 38
que se estrecha en dirección al elemento de tope 26 y que facilita
la introducción del elemento de desacoplamiento 10 en la sección 12
de la carcasa 4.
El elemento de desacoplamiento 10 presenta
también en su material unos rebajos 40 de forma de receptáculo
distribuidos a lo largo del perímetro de dicho elemento de
desacoplamiento 10. Estos rebajos del material sirven para
desacoplar el elemento de desacoplamiento 10 respecto de la membrana
6 en materia de vibraciones, de modo que no pueden transmitirse
vibraciones de la membrana 6 a la sección 12 de la carcasa ni, por
tanto, a la carcasa 4 a través del elemento de desacoplamiento
10.
El elemento de desacoplamiento adicional 10'
representado en la figura 4 cuenta en su material con unos rebajos
40 de forma de receptáculo que, según la figura 4, están limitados
hacia adelante y, en caso de su disposición en un sensor de
ultrasonidos 2' (véase la figura 5), al lado del fondo 8 de la
membrana por una sección anular 42. En dirección periférica, los
distintos rebajos 40' del material están limitados por almas 43 de
dicho material. Asimismo, los rebajos 40' del material están
limitados por una sección de borde 44 opuesta a la sección de borde
42.
La posición de los rebajos 40' del material se
desprende de la vista en corte representada en la figura 5, en la
que el elemento de desacoplamiento 10' está montado en el sensor de
ultrasonidos 2'. Aparte de los rebajos 40' del material, el
elemento de desacoplamiento 10' presenta otros rebajos 46 y 48 de
dicho material. Los rebajos 46 del material están corridos
radialmente hacia afuera con respecto a la membrana 6. Los rebajos
48 del material desacoplan la membrana 6 respecto de la carcasa 4 en
dirección axial.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
\bullet DE 19937195 A1 [0005]
Claims (15)
1. Sensor de ultrasonidos (2), especialmente
sensor de ultrasonidos para vehículos automóviles, que comprende
una carcasa (4), una membrana (6) montada en o sobre una sección
(12) de la carcasa (4) y un elemento de desacoplamiento (10) que se
extiende al menos localmente entre la membrana (6) y la sección (12)
de la carcasa, presentando el elemento de desacoplamiento (10) y la
sección (12) de la carcasa unos medios de enclavamiento (14) a
través de los cuales están unidos entre ellos el elemento de
desacoplamiento (10) y la sección (12) de la carcasa,
caracterizado por el hecho de que a lo largo del perímetro de
la sección (12) de la carcasa y del elemento de desacoplamiento
(10) están previstos varios medios de enclavamiento (14),
comprendiendo los medios de enclavamiento (14) unos cuerpos de
enclavamiento (16) previstos en el elemento de desacoplamiento (10),
así como unos alojamientos de enclavamiento (18) que están formados
por aberturas de la sección (12) de la carcasa.
2. Sensor de ultrasonidos (2) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la
sección (12) de la carcasa y el elemento de desacoplamiento (10)
están configurados en forma de anillo.
3. Sensor de ultrasonidos (2) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los
medios de enclavamiento (14) están distribuidos uniformemente a lo
largo del perímetro de la sección (12) de la carcasa y del elemento
de desacoplamiento (10).
4. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que el elemento de desacoplamiento (10) se puede
insertar en la sección (12) de la carcasa siguiendo una dirección
de montaje (24) que es contraria a la dirección de irradiación (22)
del sensor de ultrasonidos (2).
5. Sensor de ultrasonidos (2) según la
reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el
elemento de desacoplamiento (10) y/o la sección (12) de la carcasa
presentan al menos una sección de introducción (38) que se estrecha
con relación a la dirección de montaje (24).
6. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que en el elemento de desacoplamiento (10) está
formado al menos un elemento de tope (26) que coopera con una
superficie de tope (28) formada en la carcasa (4) o en la sección
(12) de dicha carcasa.
7. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que en el elemento de desacoplamiento (10) está
formada al menos una zona socavada (32) en la que puede insertarse
la membrana (6) con efecto de enclavamiento.
8. Sensor de ultrasonidos (2) según la
reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la zona
socavada (32) está limitada al menos localmente por el elemento de
tope (26).
9. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que el elemento de desacoplamiento (10) presenta en
su lado vuelto hacia la membrana (6) al menos un rebajo (40, 40',
46, 48) formado en su material.
10. Sensor de ultrasonidos (2) según la
reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el rebajo
(40, 40', 46, 48) del material está alineado en dirección radial
con una sección de borde (34) de la membrana (6) que refuerza dicha
membrana (6) en dirección radial.
11. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el elemento de
desacoplamiento (10) presenta unos elementos socavados (36) que
penetran en la carcasa (4) del sensor de ultrasonidos (2) y que
están rodeados por un material de encapsulado que rellena el
espacio interior (37) de la carcasa (4).
12. Sensor de ultrasonidos (2) según al menos
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por el hecho de que el elemento de
desacoplamiento (10) está formado por caucho de silicona líquido
(LSR).
13. Procedimiento para montar un sensor de
ultrasonidos (2) según al menos una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por los pasos
siguientes: se forma un primer grupo constructivo fijando para ello
un elemento piezoeléctrico (20) al fondo (8) de una membrana (6); se
inserta el primer grupo constructivo en un elemento de
desacoplamiento (10) para formar un segundo grupo constructivo; y se
inserta el segundo grupo constructivo, con efecto de enclavamiento,
en una sección (12) de una carcasa (4) del sensor de ultrasonidos
(2) para formar un tercer grupo constructivo.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado por el hecho de que se inserta el primer grupo
constructivo en el elemento de desacoplamiento (10) con efecto de
enclavamiento.
15. Procedimiento según la reivindicación 13 ó
14, caracterizado por el hecho de que se inserta el elemento
de desacoplamiento (10) en la sección (12) de la carcasa siguiendo
una dirección de montaje (24) que es contraria a la dirección de
irradiación (22) del sensor de ultrasonidos (2).
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