Ultraschallsensorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Ultraschallsensor und einem den Ultraschallsensor in seiner Schwingungsübertragung begrenzenden Schwingungsbegrenzungsring. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Anordnung mit einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung.

Es ist bekannt, dass Ultraschallsensoren an Stoßfängern des Fahrzeugs verbaut werden. Dabei ist ein sichtbarer Verbau bekannt. Bei diesem weisen die Stoßfänger

Durchbrechungen auf, durch welche sich die Ultraschallsensoren erstrecken und frei nach außen liegend senden und empfangen.

Darüber hinaus ist jedoch auch eine verdeckte Bauweise derartiger Ultraschallsensoren an Stoßfängern bekannt. Dabei werden die Ultraschallsensoren hinter dem Stoßfänger angeordnet und frontseitig vollständig durch den Stoßfänger bzw. dessen Material verdeckt. Aufgrund der direkten Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung an der Innenseite des Stoßfängers ist dieser quasi auch direkt an den Stoßfänger gekoppelt und der komplette Ultraschall geht über den Stoßfänger nach außen. Dadurch wird auch der ganze Stoßfänger mit dieser Schwingung beaufschlagt. Dadurch entstehen Scheinechos und Störungsschwingungen, die bei der Messung der Senderichtcharakteristik stark auffallen. Gerade dann, wenn mehrere derartige Sensoren an einem Stoßfänger verbaut sind, werden diese aufgrund dieser Schwingungsübertragung auf den Stoßfänger gegenseitig beeinträchtigt und stören sich.

Um die Schwingungen im Stoßfänger und somit den Körperschall lokal zu begrenzen, ist es aus der DE 42 38 924 A1 bekannt, dass die verdeckt verbauten Ultraschallsensoren ein Begrenzungsring in Ultraschallsensor umgibt, mittels dem die

Schwingungsübertragung auf den Stoßfänger lokal begrenzt wird. Zwischen diesem Begrenzungsring und dem Ultraschallsensor ist darüber hinaus ein Entkopplungsring aus einem weichen Material ausgebildet. Bei der bekannten Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass der Begrenzungsring kreisrundförmig ausgebildet ist und auch das innenliegende Loch kreisrund ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallsensorvorrichtung und eine Anordnung mit einer derartigen Ultraschallsensorvorrichtung zu schaffen, mittels welcher zum einen die Schwingungsübertragung des Ultraschallsensors auf ein Verkleidungsteil begrenzt wird und darüber hinaus die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors definiert beeinflussbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschallsensorvorrichtung und eine Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Eine erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst zumindest einen Ultraschallsensor. Sie umfasst darüber hinaus auch einen

Schwingungsbegrenzungsring, der den Ultraschallsensor umgibt und diesen in seiner Schwingungsübertragung begrenzt. Durch den Schwingungsbegrenzungsring wird die Übertragung der Ultraschallschwingung auf ein Verkleidungsteil, an dem die

Ultraschallsensorvorrichtung anbringbar ist, gezielt lokal begrenzt und es wird nicht mehr der gesamte Stoßfänger zur Schwingung angeregt bzw. die Ausbreitung der Schwingung über den Stoßfänger so stark gedämpft, dass andere Ultraschallsensoren am Stoßfänger dadurch nicht gestört werden.

Der Schwingungsbegrenzungsring weist eine zu seiner Außenkontur unterschiedliche Innenkontur auf. Durch diese individuelle Konturengestaltung kann nicht nur eine

Schwingungsbegrenzung erfolgen, sondern auch die Abstrahlrichtcharakteristik des Ultraschallsensors definiert beeinflusst werden. Durch den Schwingungsbegrenzungsring wird somit ein einziges Bauteil geschaffen, welches somit multifunktionell ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schwingungsbegrenzungsring eine eckenfreie Innenkontur aufweist, die unterschiedliche Ausmaße in zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen aufweist.

Die beiden senkrecht zueinander stehenden Achsen erstrecken sich in der Ebene des Schwingungsbegrenzungsrings.

Im Hinblick auf eine eckenfreie Innenkontur kann somit eine ovalartige Ausgestaltung vorgesehen sein. Auch anderweitige eckenfreie Innenkonturen mit einer Vielzahl von radialen Ausbuchtungen kann realisiert sein. Die Radien dieser Ausbuchtungen können insbesondere unterschiedlich sein.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Schwingungsbegrenzungsnng eine eckige Innenkontur aufweist, die vorzugsweise unterschiedliche Ausmaße in zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen aufweist. Beispielsweise kann hier eine viereckige

Innenkontur vorgesehen sein. Diese kann rechteckig sein oder auch quadratisch. Es kann jedoch auch eine darüber hinausgehende eckige Struktur vorgesehen sein, die beispielsweise drei Ecken oder fünf Ecken und mehr aufweisen kann.

Durch diese unterschiedlichen Konturen kann in sehr gezielter und definierter Weise die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors begrenzt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schwingungsbegrenzungsnng eine kreisrunde Außenkontur aufweist. Durch die Ausgestaltung kann der Schwingungsbegrenzungsnng möglichst kompakt und an seiner Außenkontur rotationssymmetrisch ausgestaltet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Innenkontur über die Dicke des

Schwingungsbegrenzungsrings sich verändert bzw. variiert ist. Für eine derartige

Ausgestaltung kann in besonders hervorzuhebender Weise eine Aufnahme des

Ultraschallsensors in dem Loch des Schwingungsbegrenzungsrings ermöglicht werden, andererseits die Schwingungsbegrenzung und die Abstrahlbegrenzung besonders effektiv erreicht werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Innenkontur auf einer dem Ultraschallsensor zugewandten hinteren Seite eine der Außenkontur des Ultraschallsensors angepasste erste Innenkontur aufweist, die über die Dicke des Schwingungsbegrenzungsrings betrachtet in die auf einer vorderen Seite des Schwingungsbegrenzungsrings

ausgebildete zweite Innenkontur übergeht, wobei die zweite Innenkontur unterschiedlich zur Außenkontur ist. Dadurch wird quasi auf der einen Seite des

Schwingungsbegrenzungsrings eine besonders vorteilhafte Aufnahme zur Hineinführung des Ultraschallsensors erzielt, auf der anderen Seite eine besonders angepasste

Geometrie der Innenkontur bezüglich der Begrenzung der Abstrahlcharakteristik erzielt. Dies wird alles in einem sehr flach bauenden und einzigen Bauteil, nämlich dem

Schwingungsbegrenzungsnng ausgebildet. Vorzugsweise ist die Innenkontur an der hinteren Seite so ausgestaltet, dass zwischen den sich hineinerstreckenden Ultraschallsensor und der ersten Innenkontur Bauraum frei bleibt, in den ein

Entkopplungsring einbringbar ist. Vorzugsweise ist dann vorgesehen, dass der

Ultraschallsensor mit dem Entkopplungsring passgenau in diese erste Innenkontur einsetzbar ist.

Vorzugsweise ist eine hintere Seite des Schwingungsbegrenzungsnngs eben ausgebildet.

Vorzugsweise ist eine vordere Seite des Schwingungsbegrenzungsnngs zumindest teilweise in radialer Richtung geneigt, insbesondere nach außen abfallend ausgebildet. In radialer Richtung betrachtet verjüngt sich somit der Schwingungsbegrenzungsring nach außen hin. Dies ist insbesondere eine vorteilhafte Ausführung dann, wenn die Innenseite des Verkleidungsteils, an dem die Ultraschallsensorvorrichtung angeordnet ist, im Bereich der Anbringung nicht eben, sondern eine gewisse Wölbung aufweist. Durch diese spezifische Ausgestaltung des Schwingungsbegrenzungsnngs kann eine möglichst nahe und vollflächige Anbringung des Schwingungsbegrenzungsnngs an der Innenseite erzielt werden, sodass eine hervorzuhebende Befestigung erzielt werden kann und eine sehr bauraumminimierende Ausgestaltung hinter dem Verkleidungsteil erzielt ist.

Vorzugsweise ist zwischen dem Schwingungsbegrenzungsring und dem

Ultraschallsensor ein bereits angesprochener Entkopplungsring angeordnet. Dieser kann aus einem weichelastischen Material, wie beispielsweise Silikon, ausgebildet sein.

Der Schwingungsbegrenzungsring ist vorzugsweise aus einem härteren und steifen Material und kann insbesondere aus Keramik ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Anordnung eine

erfindungsgemäße Ultraschallsensorvorrichtung oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon aufweist. Die Anordnung fasst darüber hinaus ein Verkleidungsteil, insbesondere einen Stoßfänger, an dessen Innenseite die Ultraschallsensorvorrichtung durch das Verkleidungsteil verdeckt verbaut befestigt ist. Die verdeckte Verbauung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ultraschallsensorvorrichtung frontseitig vollständig durch das Verkleidungsteil verdeckt ist und der Ultraschallsensor durch das Material des Verkleidungsteils hindurch sendet und empfängt.

Der Schwingungsbegrenzungsring ist insbesondere direkt an der Innenseite des

Verkleidungsteils befestigt, insbesondere angeklebt. Durch die Erfindung wird erreicht, dass die Schwingungen der Membran des Ultraschallsensors nicht großflächig durch Körperschall an das Verkleidungsteil abgegeben werden und diese auch nicht mit einer zeitlichen Verzögerung in die Membran zurückgeleitet werden. Durch den

Schwingungsbegrenzungsring, der um den Sensor, insbesondere die Membran des Sensors herumplatziert ist, kann diese Begrenzung der Schwingungsübertragung auf einen nur lokalen Bereich des Stoßfängers vor dem Ultraschallsensor erfolgen und darüber hinaus zugleich auch durch die unterschiedliche Innenkontur die

Abstrahlcharakteristik definiert werden.

Durch die Massenträgheit und Steifigkeit der anliegenden Flächengröße des

Schwingungsbegrenzungsrings am Verkleidungsteil sowie durch die Kontaktierungsart über den Schwingungsbegrenzungsring mit dem Verkleidungsteil durch die Geometrie vom Schwingungsbegrenzungsring um die Membran wird die Schwingung in dem

Stoßfänger erheblich reduziert und die Funktion des hinterklebten Ultraschallsensors in Bezug der Senderichtcharakteristik verbessert.

Der Stabilisierungsring bzw. Schwingungsbegrenzungsring kann unterschiedliche Geometrien und Dicken aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass das Material des Schwingungsbegrenzungsrings ein hohes E-Modul besitzt, um das Überkoppeln von größeren mechanischen Schwingungen in das Verkleidungsteil zu verhindern. Der Schwingungsbegrenzungsring kann Teil einer Gesamtkonstruktion sein, oder als

Einzelteil ausgebildet sein. Er stellt auch wesentliches Bauteil dar, um den Wandler bzw. den Ultraschallsensor hinter dem Verkleidungsteil kraftschlüssig anbringen zu können. Durch eine derartige spezifische Ausgestaltung des Schwingungsbegrenzungsrings können die Nebenkeulen des Schallfelds und die Störungsschwingungen unterbunden werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen als auch die nur in den Figuren alleine gezeigten und/oder nur in der Figurenbeschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer

Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 3 eine Ansicht auf die hintere Seite eines Schwingungsbegrenzungsrings gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine Ansicht auf die vordere Seite des Schwingungsbegrenzungsrings gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Schwingungsbegrenzungsrings gemäß Fig. 3 und Fig. 4;

Fig. 6 eine Ansicht auf eine vordere Seite eines Schwingungsbegrenzungsrings gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Ansicht auf eine vordere Seite eines Schwingungsbegrenzungsrings gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine Ansicht auf eine vordere Seite eines Schwingungsbegrenzungsrings gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 9 eine Ansicht auf eine vordere Seite eines Schwingungsbegrenzungsrings gemäß einem nochmaligen weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Schnittdarstellung eine Anordnung 1 gezeigt, welche eine Ultraschallsensorvorrichtung 2 aufweist, die verdeckt verbaut hinter einem als Stoßfänger 3 ausgebildeten Verkleidungsteil eines Fahrzeugs angeordnet ist. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 ist dabei an einer Innenseite 4 des Stoßfängers 3 befestigt. Insbesondere ist dabei eine Klebung über eine Klebstoffschicht 5 vorgesehen. Die Ultraschallsensorvorrichtung 2 ist somit frontseitig vollständig durch den Stoßfänger 3 bedeckt, sodass ein Ultraschallsensor 6 der Ultraschallsensorvorrichtung 2 durch den Stoßfänger 3 hindurch sendet und empfängt.

Der Ultraschallsensor 6 umfasst eine Membran 7, die topfförmig ausgebildet ist und beispielsweise aus Aluminium ausgebildet ist.

Die Membran 7 ist radial um die Achse A des Ultraschallsensors 6 mit einem

Entkopplungsring 8 umgriffen, der aus einem weich-elastischem Material, beispielsweise Silikon, ausgebildet ist.

Darüber hinaus umfasst die Ultraschallsensorvorrichtung 2 einen

Schwingungsbegrenzungsring 9, der einstückig ausgebildet ist und beispielsweise aus Keramik ist. Der Schwingungsbegrenzungsring 9 umgreift sowohl die Membran 7 als auch den Entkopplungsring 8. In der gezeigten Ausführung ist vorgesehen, dass sowohl eine vordere Seite 10 des Schwingungsbegrenzungsrings 9 als auch eine hintere Seite 1 1 eben ausgebildet sind.

Wesentlich ist, dass eine Außenkontur 13 des Schwingungsbegrenzungsrings 9 eine unterschiedliche Formgebung zu einer zweiten vorderen Innenkontur 14 des

Schwingungsbegrenzungsrings 9 aufweist. Eine erste hintere Innenkontur 15, die auf der dem Ultraschallsensor 2 zugewandten hinteren Seite 1 1 ausgebildet ist, kann im Hinblick auf Ihre Form gleich der Außenkontur 13 sein. Insbesondere ist diese hintere erste Innenkontur 15 an die Außengeometrie des Entkopplungsrings 8 und somit auch an die Außenkontur der Membran 7 des Ultraschallsensors 6 angepasst. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung ist die Innenseite 4 an der Anbringungsstelle der

Ultraschallsensorvorrichtung 1 ebenfalls eben ausgebildet.

Bei der Ausgestaltung in Fig. 2, die ebenfalls eine Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1 zeigt, ist der Stoßfänger gekrümmt ausgebildet und insbesondere auch die Innenseite 4 entsprechend gebogen.

Um auch hier eine vollflächige Befestigung der Ultraschallsensorvorrichtung 2 an der Innenseite 4 erreichen zu können und darüber hinaus in Richtung der Achse A eine möglichst kompakte Bauform der Anordnung 1 zu erreichen, ist die vordere Seite 10 des Schwingungsbegrenzungsrings 9 zumindest bereichsweise geneigt ausgebildet, sodass sich der Schwingungsbegrenzungsring 9 in radialer Richtung nach außen verjüngt. Der Schwingungsbegrenzungsring 9 weist eine maximale Höhe bzw. Dicke 12 auf, die maximal der Höhe des Entkopplungsrings 8 entspricht.

In den Fig. 1 und Fig. 2 nicht detaillierter dargestellt, in den weiteren Fig. 3 bis 5 jedoch näher erläutert ist vorgesehen, dass die Innenkonturen 14 und15 unterschiedlich sind, sodass die gesamte Innenkontur des Schwingungsbegrenzungsnngs 9 über diese Dicke 12 variiert.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Schwingungsbegrenzungsnngs 9 mit einer Ansicht auf die hintere Seite 1 1 gezeigt. Die beiden in der Figurenebene sich

erstreckenden senkrecht aufeinanderstehenden Achsen B und C schneiden sich in einem Mittelpunkt M des Schwingungsbegrenzungsnngs 9.

Es ist zu erkennen, dass die Außenkontur 13 rotationssymmetrisch ist. Die erste Innenkontur 15 ist ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet und an die

Außengeometrie des Entkopplungsrings 8 angepasst. Es kann somit ein passgenauer Einsatz bzw. ein passgenaues Einführen der Membran 7 mit dem Entkopplungsring 8 in diese durch die Innenkontur 15 begrenzte Öffnung 16 ermöglicht werden.

In Fig. 4 ist eine Ansicht auf die vordere Seite 10 des Schwingungsbegrenzungsnngs 9 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die zweite Innenkontur 14 eckenfrei ausgebildet ist, jedoch nur zur rotationssymmetrischen ersten Innenkontur 15 unterschiedlich ist. Diese ist zur Verdeutlichung in Fig. 4 eingezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel ist die Innenkontur 14 einerseits symmetrisch zur Achse B andererseits auch symmetrisch zur Achse C ausgebildet. Sie weist jedoch keine

Rotationssymmetrie auf.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Innenkontur über die Dicke 12 variiert und von der ersten Innenkontur 15 in die zweite Innenkontur 14 übergeht, wobei dies im Ausführungsbeispiel durch eine diskrete Stufe der Fall ist.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwingungsbegrenzungsnngs 9 mit einer Sicht auf die vordere Seite 10 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung ist die zweite Innenkontur 14 rechteckig ausgebildet, wobei die angedeutete erste hintere Innenkontur 15 wieder rotationssymmetrisch ist. In Fig. 7 ist eine weitere Darstellung eines Schwingungsbegrenzungselements 9 gezeigt, wobei ich hier die Draufsicht auf die vordere Seite 10 eine viereckige zweite Innenkontur 14 zeigt, wobei die erste Innenkontur 15 wieder kreisrund ausgebildet ist.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwingungsbegrenzungsrings 9 gezeigt, wobei hier gemäß der Draufsicht auf die vordere Seite 10 eine weitere eckenfreie zweite Innenkontur 14 und eine kreisrunde erste Innenkontur 15 gezeigt sind.

In der Darstellung gemäß Fig. 9, die eine weitere Draufsicht auf die Vorderseite 10 zeigt, ist vorgesehen, dass die zweite Innenkontur 14 Ausbuchtungen aufweist, die

unterschiedliche Radien aufweisen.

Bei allen Ausführungen ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Außenkontur 13 über die Dicke des Schwingungsbegrenzungsrings 9 gleich ist.