DE10159679A1 - Ultrasonic sensor unit and manufacturing method - Google Patents

Ultrasonic sensor unit and manufacturing method

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Uwe Kupfernagel
Heinrich Gotzig
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweisen schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse. DOLLAR A Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil ausgebildet ist.The invention relates to an ultrasonic sensor unit with a cup-shaped membrane that is capable of vibrating at least in sections and with a housing that surrounds the membrane at least in sections. DOLLAR A The invention is characterized in that the membrane and the housing are designed as a one-piece membrane housing part made of the same metallic material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweise schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse. Derartige Ultraschallsensoreinheiten finden beispielsweise für Nahbereichserkennungssysteme von Kraftfahrzeugen Verwendung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ultraschallsensoreinheit. The invention relates to an ultrasonic sensor unit with a Pot-shaped and at least in sections capable of vibrating Membrane and with a membrane at least in sections surrounding housing. Such ultrasonic sensor units find for example for short range detection systems from Motor vehicles use. The invention also relates to a method of making such Ultrasonic sensor unit.

Bekannte Ultraschallsensoreinheiten weisen eine Vielzahl von Bauteilen auf. Dazu zählen insbesondere die topfförmige Membrane, ein die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebendes Gehäuse, Entkopplungsmedien zwischen der Membrane und dem Gehäuse, eine Sensorelektronik, ein Gehäuse zur Aufnahme der Sensorelektronik und einen Steckerabschnitt zur Aufnahme eines die Ultraschallsensoreinheit mit einem Steuergerät verbindenden Steckers. Known ultrasonic sensor units have a large number of Components. These include in particular the pot-shaped one Membrane, the membrane at least in sections surrounding housing, decoupling media between the membrane and the housing, a sensor electronics, a housing for Recording the sensor electronics and a connector section for Recording of the ultrasonic sensor unit with a Control unit connecting plug.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallsensoreinheit bereitzustellen, die in ihrem Aufbau vereinfacht wird, weniger Einzelteile aufweist und dennoch funktionssicher arbeitet. The present invention has for its object a Provide ultrasonic sensor unit, which in its construction is simplified, has fewer parts and still works reliably.

Diese Aufgabe wird bei einer Ultraschallsensoreinheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen, insbesondere metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass eine erhebliche Bauteilreduzierung erreicht wird. Anstelle von der topfförmigen Membrane und dem Gehäuses ist lediglich ein Bauteil, nämlich das Membrane-Gehäuse-Teil bereitzustellen. Ferner entfallen gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Entkopplungsmedien zwischen der Membrane und dem Gehäuse. Gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird anstelle von verschiedenen Materialien für die Membrane, das Entkopplungsmedium und das Gehäuse lediglich ein Material verwendet. Außerdem entfallen eine Reihe von Fertigungs- und Arbeitsschritten. Ferner liegen keine sich zu Kettentoleranzen addierenden Einzeltoleranzen vor. Die Gesamtgenauigkeit und einhaltbare Gesamttoleranz der erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit wird erheblich erhöht. Aufgrund der Verwendung eines einteiligen Membrane-Gehäuse-Teils entfallen außerdem Dichtmittel, die gemäß dem Stand der Technik die Membrane gegenüber dem Gehäuse abdichten. This task is performed in an ultrasonic sensor unit solved in accordance with the invention, that the membrane and the housing as a single piece, from which same, especially made of metallic material Membrane housing part are formed. This has the advantage that a significant reduction in components is achieved. Instead of the cup-shaped membrane and the housing only one component, namely the membrane housing part provide. Furthermore, according to the prior art, are omitted provided decoupling media between the membrane and the Casing. Compared to the known prior art instead of different materials for the membrane, that Decoupling medium and the housing are only one material used. In addition, a number of manufacturing and Steps. Furthermore, there are no chain tolerances adding individual tolerances. The overall accuracy and maintainable overall tolerance of the invention Ultrasonic sensor unit is increased significantly. Due to the The use of a one-piece membrane housing part is not required also sealants that according to the prior art Seal the membrane against the housing.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ultraschallsensoreinheit eine Sensorelektronik, wobei die Sensorelektronik innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass kein Extragehäuse für die Sensorelektronik vorzusehen ist. Durch Anordnen der Sensorelektronik innerhalb des Membrane-Gehäuse-Teils werden ebenfalls zusätzliche Bauteile eingespart. Ferner entfallen. Fügemittel, die gemäß dem Stand der Technik das Gehäuse der Sensorelektronik mit dem Gehäuse der Membrane dichtend verbinden. In an advantageous embodiment of the invention comprises the ultrasonic sensor unit is sensor electronics, the Sensor electronics inside the membrane housing part is arranged. This has the advantage that there is no extra housing must be provided for the sensor electronics. By arranging the Sensor electronics inside the membrane housing part additional components also saved. Furthermore omitted. Joining agents that according to the prior art, the housing of Sensor electronics with the housing of the membrane sealing connect.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß die Sensorelektronik in dem Membrane-Gehäuse-Teil auf einer Sensorplatine angeordnet. Diese Sensorplatine kann als separat handhabbare Baugruppe vormontiert und bei der Endmontage in dem Membrane-Gehäuse- Teil fixiert werden. According to the invention, the sensor electronics are advantageously in the membrane housing part arranged on a sensor board. This sensor board can be used as a separately manageable assembly pre-assembled and in the final assembly in the membrane housing Part to be fixed.

Bevorzugterweise ist das Membrane-Gehäuse-Teil aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung. Eine derartige Legierung weist zum einen die erforderliche Schwingfähigkeit der Membrane auf. Zum anderen lässt sie sich problemlos und kostengünstig bearbeiten. The membrane housing part is preferably made of one Metal alloy, especially an aluminum alloy. A Alloy of this type has the required properties Oscillation ability of the membrane. On the other hand, it can be edit easily and inexpensively.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenseite und insbesondere die Mantelfläche des Membrane- Gehäuse-Teils Befestigungsmittel zur Anordnung an ein Bauteil, beispielsweise an einen Stoßfänger eines Fahrzeuges, aufweist. Die Befestigungsmittel können beispielsweise direkt an das Membrane-Gehäuse-Teil angeformt sein. Damit lässt sich eine positionsgenaue und exakte Anordnung der Ultraschallsensoreinheit an ein vorgegebenes Bauteil realisieren. Kettentoleranzen infolge von mehreren, miteinander zu fügenden Bauteilen bei der Anordnung der Ultraschallsensoreinheit entfallen. A further development of the invention provides that the Outside and in particular the outer surface of the membrane Part of the housing fastener for arrangement on a component, for example on a bumper of a vehicle. The fasteners can, for example, directly to the Membrane housing part to be molded. With that one can precise and exact arrangement of the Ultrasonic sensor unit to a given component realize. Chain tolerances due to multiple, components to be joined together in the arrangement of the Ultrasonic sensor unit is not required.

Erfindungsgemäß ist ferner denkbar, dass die Außenseite und insbesondere die dem schwingungsfähigen Abschnitt der Membrane abgewandte Seite des Membrane-Gehäuse-Teils Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel zur Verbindung eines Steckerabschnitts aufweist. Vorteilhafterweise können die Verbindungsmittel direkt an das Membrane-Gehäuse-Teil angeformt sein. Über die Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel sowie den Steckerabschnitt ist die Ultraschallsensoreinheit lösbar, beispielsweise über einen Kabelsatz oder ein Bussystem, mit einem zentralen Steuergerät verbindbar. According to the invention it is also conceivable that the outside and especially the vibratable section of the membrane opposite side of the diaphragm housing part communication and / or connecting means for connecting a Has plug section. Advantageously, the Lanyard directly to the membrane housing part be molded on. Via the communication and / or Lanyard and the connector section is the Detachable ultrasonic sensor unit, for example via a Cable set or a bus system, with a central control unit connectable.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit gelöst, wobei das aus einer Metalllegierung bestehende Membrane-Gehäuse-Teil durch einen kombinierten Tiefziehprozess mit ggf. daran anschließender spanender Bearbeitung hergestellt ist. Dabei kommt insbesondere ein Drehen oder Fräsen in Betracht. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es schnell, einfach und kostengünstig auch in großer Stückzahl durchgeführt werden kann. The task mentioned at the outset is also supported by a Process for the preparation of an inventive Ultrasonic sensor unit solved, the one Metal alloy consisting of a diaphragm housing part combined deep-drawing process with subsequent, if necessary machining is produced. Here comes especially turning or milling. The The method according to the invention has the advantage that it is quick, simple and inexpensive even in large quantities can be carried out.

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. Further advantageous refinements and details of Invention can be found in the following description in which the invention with reference to that shown in the drawing Embodiment is described and explained in more detail.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt gemäß dem bekannten Stand der Technik; FIG. 1 shows an ultrasonic sensor unit in longitudinal section according to the prior art;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt; und Fig. 2 shows a first embodiment of an ultrasonic sensor unit according to the invention in longitudinal section; and

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ultraschallsensoreinheit im Längsschnitt. Fig. 3 shows a second embodiment of an ultrasonic sensor unit according to the invention in longitudinal section.

In der Fig. 1 ist eine bekannte Ultraschallsensoreinheit 1 dargestellt. Die Ultraschallsensoreinheit 1 umfasst ein Membrangehäuses 3 aus Kunststoff und eine topfförmig ausgebildete Membrane 5 aus einer Aluminiumlegierung, wobei zwischen dem Membrangehäuses 3 und der Membrane 5 ein gummiartiges, ringförmiges Entkopplungsmedium 7 vorhanden ist. A known ultrasonic sensor unit 1 is shown in FIG. 1. The ultrasonic sensor unit 1 comprises a membrane housing 3 made of plastic and a cup-shaped membrane 5 made of an aluminum alloy, a rubber-like, annular decoupling medium 7 being present between the membrane housing 3 and the membrane 5 .

Die Membrane 5 besteht aus einem Membranboden 9, der von einer Membranwandung 11 umfasst wird. Auf der Innenseite des Membranbodens 9 ist eine Piezo-Keramik-Scheibe 13 angeordnet. Über eine elektrische Leitung 15, die an der Piezo-Keramik- Scheibe 13 endet und eine weitere elektrische Leitung 17, die seitlich an der Innenseite der Membrane 5 verstemmt ist, kann die Piezo-Keramik-Scheibe 13 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. The membrane 5 consists of a membrane base 9 , which is surrounded by a membrane wall 11 . A piezo-ceramic disk 13 is arranged on the inside of the membrane base 9 . Via an electrical line 15, which ends and the piezo-ceramic disc 13, a further electric line 17, which is caulked to the inside of the membrane 5 side, the piezo-ceramic disc 13 can be charged with an electric voltage.

Des Weiteren ist die Membrane 5 mit einem mechanischen Dämpfstoff 19 aufgefüllt. In dem Bereich, in dem die elektrische Leitung 15 zu der Piezo-Keramik-Scheibe 13 verläuft, weist der Dämpfstoff 19 einen Ausschnitt 21 auf. Zur Positionierung des Dämpfstoffes 19 ist im inneren, oberen Bereich der Membrane 5 ein Gummiteil 23 vorgesehen. Furthermore, the membrane 5 is filled with a mechanical damping material 19 . In the area in which the electrical line 15 runs to the piezo-ceramic disk 13 , the damping substance 19 has a cutout 21 . To position the damping material 19 , a rubber part 23 is provided in the inner, upper area of the membrane 5 .

Zum Abdichten der nach oben offenen Membrane 5 ist eine Silikonvergussmasse 25 vorgesehen. Ferner deckt ein Gehäusedeckel 27 das nach oben offene Membrangehäuses 3 ab. Das Membrangehäuses 3 ist über Befestigungsmittel 29 in Form von Aussparungen an einem Elektronikgehäuse 31 aus Kunststoff angeordnet, in dem eine Sensorelektronik 35 untergebracht ist. A silicone casting compound 25 is provided to seal the membrane 5, which is open at the top. Furthermore, a housing cover 27 covers the diaphragm housing 3, which is open at the top. The membrane housing 3 is arranged via fastening means 29 in the form of cutouts on an electronics housing 31 made of plastic, in which a sensor electronics 35 is accommodated.

Das Elektronikgehäuse 31 weist Rastnasen 37 auf, die in die Aussparungen 29 des Membrangehäuses 3 eingreifen. The electronics housing 31 has latching lugs 37 which engage in the cutouts 29 in the membrane housing 3 .

In den Fig. 2 und 3, die zwei verschiedene, erfindungsgemäße Ultraschallsensoreinheiten 41 und 61 zeigen, sind der Fig. 1 entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. In FIGS. 2 and 3, the two different inventive ultrasonic sensor units 41 and 61 show, similar to Figure 1 components by corresponding reference numerals. Provided.

Die Ultraschallsensoreinheit 41 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ultraschallsensoreinheit 1 gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Membrane und das Gehäuse der Membrane als einteiliges, aus dem gleichen Material hergestelltes Membrane- Gehäuse-Teil 43 ausgebildet ist. Das Membrane-Gehäuse-Teil 43 umfasst einen Membranbodenabschnitt 49 und einen Membranwandungsabschnitt 51. Das Membrane-Gehäuse-Teil 43 ist aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung. Innerhalb des Elektronikgehäuses 31 sind die Bauteile der Sensorelektronik 35 auf einer Sensorplatine angeordnet 45. Die Herstellung des Membrane-Gehäuse-Teils 41 erfolgt durch einen kombinierten Tiefziehprozess und einer daran anschließenden spanenden Bearbeitung. The ultrasound sensor unit 41 according to FIG. 2 differs from the ultrasound sensor unit 1 according to FIG. 1 in that the membrane and the housing of the membrane are designed as a one-piece membrane housing part 43 made of the same material. The membrane housing part 43 comprises a membrane bottom section 49 and a membrane wall section 51 . The membrane housing part 43 is made of a metal alloy, in particular an aluminum alloy. The components of the sensor electronics 35 are arranged 45 on a sensor board within the electronics housing 31. The membrane housing part 41 is produced by a combined deep-drawing process and a subsequent machining operation.

Die erfindungsgemäße Ultraschallsensoreinheit 61 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der Ultraschallsensoreinheit 41 gemäß Fig. 2 dadurch, dass ein Membrane-Gehäuse-Teil 63 Verwendung findet, dass derart ausgebildet ist, dass die Sensorplatine 45 und die Sensorelektronik 35 innerhalb des Membrane-Gehäuse- Teils 63 angeordnet ist. Ein extra Elektronikgehäuse 31 entfällt bei der Ultraschallsensoreinheit 61. Damit wird eine weitere Bauteilreduzierung erreicht. Ferner entfallen Befestigungsmittel 29 bzw. Rastnasen 37 zur Verbindung des Elektronikgehäuses 31 mit dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 gemäß Fig. 2. Das Membrane-Gehäuse-Teil 63 umfasst folglich einen Membranbodenabschnitt 69, einen Membranwandungsabschnitt 71 und einen Elektronikgehäuseabschnitt 73. Das Membrane-Gehäuse- Teil 63 ist entsprechend dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 als einteiliges, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes, Bauteil ausgebildet. The ultrasonic sensor unit 61 according to the invention according to FIG. 3 differs from the ultrasonic sensor unit 41 according to FIG. 2 in that a membrane housing part 63 is used, that it is designed such that the sensor board 45 and the sensor electronics 35 inside the membrane housing Part 63 is arranged. An extra electronics housing 31 is not required for the ultrasonic sensor unit 61 . This leads to a further reduction in the number of components. Furthermore, fastening means 29 or latching lugs 37 for connecting the electronics housing 31 to the membrane housing part 43 according to FIG. 2 are omitted . The membrane housing part 63 consequently comprises a membrane bottom section 69 , a membrane wall section 71 and an electronics housing section 73 . The membrane housing part 63 is designed in accordance with the membrane housing part 43 as a one-piece component, in particular made of an aluminum alloy.

An dem Membrane-Gehäuse-Teil 43 und/oder 63 können nicht dargestellte Befestigungsmittel zur Anordnung der Ultraschallsensoreinheit 41 bzw. 61 an beispielsweise einen Stoßfänger eines Fahrzeuges direkt angeformt sein. Ferner können insbesondere in dem dem Membranboden 49 bzw. 69 abgewandten Abschnitt des Membrane-Gehäuse-Teils 43 bzw. 63 nicht dargestellte Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel zur Verbindung der entsprechenden Ultraschallsensoreinheit 41 bzw. 61 mit einem Steckerabschnitt vorgesehen sein. Fastening means (not shown) for arranging the ultrasonic sensor unit 41 or 61 on, for example, a bumper of a vehicle can be formed directly on the membrane housing part 43 and / or 63 . Furthermore, communication and / or connecting means (not shown) for connecting the corresponding ultrasonic sensor unit 41 or 61 to a plug section can be provided, in particular in the section of the membrane housing part 43 or 63 facing away from the membrane bottom 49 or 69 .

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and the Features shown can be drawn individually as well also in any combination with each other be essential to the invention.

Claims (7)

1. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) mit einer topfförmigen und wenigstens abschnittsweisen schwingungsfähigen Membrane und mit einem die Membrane wenigstens abschnittsweise umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane und das Gehäuse als einteiliges, aus dem gleichen metallischen Material hergestelltes Membrane-Gehäuse-Teil (43, 63) ausgebildet sind. 1. Ultrasonic sensor unit ( 41 , 61 ) with a cup-shaped membrane that can vibrate at least in sections and with a housing that surrounds the membrane at least in sections, characterized in that the membrane and the housing as a one-piece membrane-housing part (made of the same metallic material) 43 , 63 ) are formed. 2. Ultraschallsensoreinheit (61) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinheit (61) eine Sensorelektronik (35) umfasst, wobei die Sensorelektronik (35) innerhalb des Membrane-Gehäuse- Teils (63) angeordnet ist. 2. Ultrasonic sensor unit ( 61 ) according to claim 1, characterized in that the ultrasonic sensor unit ( 61 ) comprises sensor electronics ( 35 ), the sensor electronics ( 35 ) being arranged within the membrane housing part ( 63 ). 3. Ultraschallsensoreinheit (61) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelektronik (35) in dem Membrane-Gehäuse-Teil (63) auf einer Sensorplatine (33) angeordnet ist. 3. Ultrasonic sensor unit ( 61 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor electronics ( 35 ) in the membrane housing part ( 63 ) is arranged on a sensor board ( 33 ). 4. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Membrane-Gehäuse-Teil (43, 63) aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, ist. 4. Ultrasonic sensor unit ( 41 , 61 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the membrane housing part ( 43 , 63 ) made of a metal alloy, in particular an aluminum alloy. 5. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite und insbesondere die Mantelfläche des Membrane-Gehäuse-Teils (43, 63) Befestigungsmittel zur Anordnung an ein Bauteil, beispielsweise an einen Stoßfänger eines Fahrzeuges, aufweist. 5. Ultrasonic sensor unit ( 41 , 61 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the outside and in particular the outer surface of the membrane housing part ( 43 , 63 ) has fastening means for arrangement on a component, for example on a bumper of a vehicle , 6. Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Membrane und insbesondere die dem schwingungsfähigen Abschnitt (49, 69) abgewandte Seite des Membrane-Gehäuse-Teils (43, 63) Kommunikations- und/oder Verbindungsmittel zur Verbindung eines Steckerabschnitts aufweist. 6. Ultrasonic sensor unit ( 41 , 61 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the outside of the membrane and in particular the side of the membrane housing part ( 43 , 63 ) facing away from the vibratable section ( 49 , 69 ) communication and / or connecting means for connecting a plug section. 7. Verfahren zur Herstellung einer Ultraschallsensoreinheit (41, 61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aus einer Metalllegierung bestehende Membrane- Gehäuse-Teil durch einen kombinierten Tiefziehprozess mit ggf. daran anschließender spanender Bearbeitung hergestellt ist. 7. A method for producing an ultrasonic sensor unit ( 41 , 61 ) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane housing part made of a metal alloy is produced by a combined deep-drawing process with subsequent machining if necessary.
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