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Die Erfindung betrifft einen Schallwandler umfassend einen Membrantopf, ein Wandlerelement und ein Gehäuse, wobei der Membrantopf eine Membran und eine Wandung aufweist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schallwandlers.
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Stand der Technik
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Ultraschallsensoren werden unter anderem in Automobil- und Industrieanwendungen zur Erfassung des Umfelds eingesetzt. Objekte in der Umgebung können erkannt werden, indem durch den Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von einem Objekt reflektierte Ultraschallecho wieder empfangen wird. Aus der Laufzeit zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Ultraschallechos sowie der bekannten Schallgeschwindigkeit kann dann die Entfernung zu dem Objekt berechnet werden.
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DE 10 2015 106 044 A1 beschreibt einen Ultraschallsensor mit einem Gehäuse und einer Membran. Die Membran weist einen Membranboden zum Aussenden und/oder Empfangen von Ultraschallsignalen und eine Membranwandung auf. In einer Ausführungsform sind die Membranwandung und der Membranboden einteilig ausgebildet. In dem Kunststoff, welcher die Membranwandung bildet, ist ein Füllstoff eingebracht, wobei der Füllstoff beispielsweise ein Metall oder eine Keramik ist. Über den Füllstoff werden Materialeigenschaften wie die Steifigkeit der Membranwandung eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform ist der Membranboden aus einem Metall gebildet, wobei die Membranwandung mit einem Spritzgussverfahren hergestellt wird und der Membranboden bereichsweise in die Membranwandung eingelegt ist.
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DE 10 2010 044 996 A1 beschreibt eine Sensoranordnung für ein Fahrzeug mit einem Außenverkleidungsteil. Das Außenverkleidungsteil weist eine Aussparung auf, die mit einer Abdeckung verdeckt ist. Zum Dämpfen von durch die Abdeckung auf das Außenverkleidungsteil übertragenen Schwingungen ist ein Versteifungsteil vorgesehen. Das Versteifungsteil kann als Einlegeteil bereitgestellt sein, welches bei der Herstellung des Außenverkleidungsteils in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und in das Außenverkleidungsteil eingespritzt werden kann.
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DE 10 2006 050 037 A1 beschreibt einen Ultraschallwandler, bei dem ein erstes Dämpfungselement zur Bedämpfung einer Membran und ein zweites Dämpfungselement zur Bedämpfung von Schwingungen einer die Membran umgebenden Wand vorgesehen sind. Die Dämpfungselemente können als Einlegeteile ausgestaltet sein, welche beispielsweise durch Stanzen herstellbar sind. Durch Verguss erfolgt ein exakter vollflächiger Kraftschluss an Membran und Wand.
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Für die ordnungsgemäße Funktion der Schallwandler ist es erforderlich, das Einkoppeln von Schwingungen in das Gehäuse des Schallwandlers zu vermeiden, da eine starke Schwingungseinleitung in das Gehäuse zu einem verlängerten Nachschwingen der Membran nach Abschaltung der Anregung der Membran durch das Wandlerelement führt. Ein derartiges Nachschwingen begrenzt den kleinsten mit dem Ultraschallsensor messbaren Abstand. Je länger das Nachschwingen, desto größer ist der kleinste messbare Abstand. Im Stand der Technik ist es daher üblich, den Schallwandler und das Gehäuse als getrennte Einzelteile zu fertigen und unter Verwendung einer zusätzlichen Dichtung zusammenzufügen. Als Dichtung wird beispielsweise ein Silikonring verwendet, der neben der Funktion des Abdichtens des Gehäuses auch die Funktion der Schwingungsentkopplung übernimmt. Nachteilig hieran ist jedoch, dass die verwendeten Dichtungen eine potentielle Schwachstelle für das Eindringen von Feuchte oder Verschmutzungen darstellen und für das Einbauen der Dichtung zusätzliche Arbeitsschritte bei der Herstellung des Ultraschallsensors erforderlich sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Schallwandler umfassend einen Membrantopf, ein Wandlerelement und ein Gehäuse vorgeschlagen, wobei der Membrantopf eine Membran und eine Wandung aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass die Membran, die Wandung des Membrantopfs und zumindest ein Gehäuseteil einstückig als ein Kunststoffbauteil ausgestaltet sind, wobei das Kunststoffbauteil im Bereich der Wandung und/oder im Bereich der Membran mindestens ein Einlegeteil umfasst, wobei das Material des mindestens einen Einlegeteils vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils verschieden ist und das mindestens eine Einlegeteil zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils umschlossen ist.
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Der vorgeschlagene Schallwandler weist eine Membran auf, die vorzugsweise als Kreisfläche ausgestaltet ist und in dem Membrantopf an eine vorzugsweise entsprechend kreiszylindrische Wandung angrenzt. Alternativ ist es denkbar, für die Membran und entsprechend für die Wandung des Membrantopfs andere Formen vorzusehen. So kann die Membran beispielsweise auch als eine ovale Fläche oder als eine rechteckige Fläche ausgestaltet werden, wobei die Wandung des Membrantopfs eine entsprechende Form aufweist, somit beispielsweise ebenfalls als ovaler Zylinder oder als rechteckiger Zylinder ausgestaltet ist.
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An die Wandung des Membrantopfs schließt sich zumindest ein Gehäuseteil einstückig an. Das Gehäuse des Schallwandlers nimmt das Wandlerelement sowie ggf. weitere Komponenten wie beispielsweise Mittel zur Ansteuerung des Wandlerelements auf. Des Weiteren kann das Gehäuse insbesondere Befestigungsmittel umfassen, mit denen der Schallwandler an seinem Einsatzort befestigt werden kann.
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Unter „einstückig“ wird insbesondere verstanden, dass das Kunststoffbauteil in einem Stück gefertigt wurde. Die Membran, die Wandung und zumindest ein Gehäuseteil sind somit untrennbar und zusammenhängend ausgestaltet. Insbesondere ist der Membrantopf des Kunststoffbauteils auch ohne ein Einlegeteil zusammenhängend und ohne Unterbrechungen ausgestaltet.
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Zum Einstellen des Schwingungsverhaltens der Membran und/oder des Gehäuses ist vorgesehen, mindestens ein Einlegeteil in dem Bereich der Membran und/oder der Wandung in das Kunststoffbauteil zu integrieren. Das mindestens eine Einlegeteil wird bevorzugt bereits im Fertigungsprozess des Kunststoffbauteils in dieses integriert, so dass kein späteres Fügen von Einzelteilen notwendig wird.
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In den Bereich der Wandung und/oder in den Bereich der Membran integrierte Einlegeteile verändern das Schwingungsverhalten des Kunststoffbauteils dahingehend, dass eine Schwingungsentkopplung des Bereichs der Membran vom restlichen Kunststoffbauteil und damit vom restlichen Gehäuse des Schallwandlers erzielt wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass durch das Einbringen mindestens eines Einlegeteils die Schwingungseigenschaften des Kunststoffbauteils in diesem Bereich verändert werden, so dass sich die Schwingungseigenschaften des Bereichs der Membran von denen des Bereichs der Wandung unterscheiden. Wellen, die sich beispielsweise ausgehend von der Membran in dem Kunststoffbauteil ausbreiten, werden dann an einem Übergang zwischen Bereichen mit unterschiedlichen schwingungsmechanischen Eigenschaften zumindest teilweise reflektiert. Aufgrund der zumindest teilweisen Reflexion wird eine Übertragung der Wellen zwischen den Bereichen mit unterschiedlichen schwingungsmechanischen Eigenschaften reduziert.
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Das Einbringen eines Einlegeteils verändert die Eigenschaften des Kunststoffbauteils in dem jeweiligen Bereich, so dass insbesondere die Dichte bzw. die Masse des betreffenden Bereichs sowie dessen Festigkeit und Steifigkeit verändert werden. Sowohl die Dichte bzw. die aus der Dichte und dem Volumen bestimmbare Masse als auch die Steifigkeit wirken sich auf die schwingungsmechanischen Eigenschaften des jeweiligen Bereichs aus.
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Neben der Schwingungsentkopplung kann durch die Wahl des Materials und/oder der Geometrie des mindestens einen Einlegeteils eine Dämpfung des durch das Kunststoffbauteil und das Wandlerelement gebildeten schwingfähigen Systems erzielt werden. Dies kann beispielsweise durch eine durch das Einbringen eines Einlegeteils lokal veränderte Dichte und/oder Steifigkeit und/oder Absorption erfolgen.
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Das Einbringen eines Einlegeteils in den Bereich der Membran des Kunststoffbauteils kann auch genutzt werden, um das Schwingverhalten der Membran und damit insbesondere eine Resonanzfrequenz und/oder die Schwingform der Schall abstrahlenden und empfangenden Membran des Schallwandlers zu beeinflussen. Hat das Einbringen des Einlegeteils beispielsweise einen versteifenden Effekt, so erhöht sich die Resonanzfrequenz. Durch die Geometrie des Einlegeteils können rotationssymmetrische oder asymmetrische Schwingungsverteilungen erzeugt und damit die Richtcharakteristik des Sensors gezielt beeinflusst werden.
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Ist zumindest ein Einlegeteil im Bereich der Membran angeordnet und liegt zumindest eine Fläche bzw. ein Teil einer Fläche des Einlegeteils frei, das heißt der entsprechende Teil der Fläche ist nicht durch das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils umschlossen, kann vorgesehen sein, das Wandlerelement an diesem frei liegenden Teil der Fläche des Einlegeteils zu befestigen. Das Wandlerelement und das entsprechende mit diesem verbundene Einlegeteil können dann als Einheit in den Schallwandler integriert werden. Die Verbindung zwischen dem Einlegeteil und dem Wandlerelement kann beispielsweise als Klebeverbindung ausgestaltet sein.
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Durch die Verbindung des Schallwandlers mit dem Einlegeteil können gezielt schwingungsmechanische Eigenschaften wie beispielsweise eine Resonanzfrequenz oder das Abstrahlverhalten eingestellt werden.
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Die Form eines im Bereich der Membran angeordneten Einlegeteils, ist bevorzugt scheibenförmig. Die Scheibenform kann beispielsweise kreisrund, elliptisch, oder als Vieleck gewählt sein. Auch unregelmäßige Formen sind denkbar.
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Die Form eines im Bereich der Wandung angeordneten Einlegeteils ist bevorzugt ringförmig gewählt. Der Ring kann dabei vollständig um den von der Wandung gebildeten Zylinder umlaufen oder alternativ unterbrochen ausgestaltet sein und/oder aus mehreren Teilen oder Abschnitten bestehen.
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Das mindestens eine Einlegeteil grenzt nicht nur an das Kunststoffbauteil an, sondern ist bevorzugt in das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils eingebettet. Bei Einlegeteilen mit einer geometrischen Form, die mehrere voneinander abgegrenzte Flächen aufweist, sind bevorzugt mehrere Flächen zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial umschlossen. Des Weiteren kann das mindestens eine Einlegeteil vollständig bzw. allseitig von dem Kunststoffmaterial umschlossen sein.
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Das mindestens eine Einlegeteil kann massiv ausgestaltet sein. Alternativ dazu kann das mindestens eine Einlegeteil eine Lochstruktur, eine Gitterstruktur oder eine Volumenstruktur, insbesondere eine Schaumstruktur, aufweisen. Das Einlegeteil kann eine regelmäßige oder unregelmäßige Struktur aufweisen. Zur Verbesserung der Einbettung in das Kunststoffbauteil können Hinterschneidungen vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist das Material des Einlegeteils ausgewählt aus einem Metall, einer Keramik, einem Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Kunststoff. Im Fall eines Kunststoffmaterials ist dieses von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils verschiedenen. Im Fall eines faserverstärkten Kunststoffs ist das Matrixmaterial des faserverstärkten Kunststoffs vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils verschieden.
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Beispiele für ein geeignetes Metall umfassen Aluminium, Messing und Edelstahl. Als Kunststoff für das Einlegeteil sind insbesondere Silikone geeignet. Geeignete faserverstärkte Kunststoffe umfassen beispielsweise mit Glasfasern oder mit Kohlefasern verstärkte Kunststoffe.
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Bevorzugt ist der Kunststoff des Kunststoffbauteils ausgewählt aus einem Thermoplast, einem Duroplast oder einem Elastomer. Als Thermoplaste kommen bevorzugt Thermoplaste mit hoher Dauergebrauchstemperatur, beispielsweise Polyamide oder Polyoxymethylen in Betracht, als Duroplaste beispielsweise Epoxidharze oder Polyurethane.
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Umfasst der Schallwandler mehr als ein Einlegeteil, so können alle Einlegeteile aus dem gleichen Material gefertigt sein. Alternativ hierzu sind zumindest zwei Einlegeteile aus verschiedenen Materialien gefertigt.
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Der Gehäuseteil des Kunststoffbauteils ist bevorzugt als ein Gehäuseoberteil ausgebildet, wobei der Schallwandler bevorzugt zusätzlich ein Gehäuseunterteil umfasst, welches mit dem Gehäuseoberteil verbunden ist.
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Die Verbindung zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil ist bevorzugt derart ausgeführt, dass weder Feuchtigkeit noch Schmutz in das Innere des Gehäuses eindringen kann. Da jedoch keine schwingungsdämpfende Eigenschaft dieser Verbindung erforderlich ist, kann zur Verbindung des Gehäuseunterteils mit dem Gehäuseoberteil beispielsweise eine Verschweißung oder eine Verklebung vorgenommen werden.
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Bevorzugt ist das Wandlerelement des Schallwandlers als ein piezoelektrischer Wandler, ein elektrostatischer Wandler, ein Elektretwandler oder ein Piezoelektretwandler ausgeführt. Des Weiteren kann der Schallwandler innerhalb des Gehäuses weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise Mittel zur Ansteuerung des Wandlerelements.
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Bevorzugt weist das Gehäuse ein Anschlusselement auf, mit dem eine elektrische Verbindung zum Schallwandler hergestellt werden kann. Bei den Anschlussmitteln kann es sich beispielsweise um eine Kabeldurchführung durch das Gehäuse oder um eine elektrische Steckverbindung handeln.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines der beschriebenen Schallwandler bereitzustellen.
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Das Verfahren umfasst in einem ersten Schritt a) das Bereitstellen eines Formwerkzeugs, welches zur Herstellung eines Kunststoffbauteils umfassend einen Membrantopf mit einer Membran, einer Wandung und zumindest einem Gehäuseteil eingerichtet ist, und das Bereitstellen mindestens eines Einlegeteils. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt b) wird das mindestens eine Einlegeteil in dem Formwerkzeug platziert.
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Nach dem Platzieren des mindestens einen Einlegeteils in dem Formwerkzeug erfolgt in einem weiteren Schritt c) des Verfahrens das Fertigen des Kunststoffbauteils durch Einbringen von Kunststoffmaterial in das Formwerkzeug, wobei das mindestens eine Einlegeteil im Bereich der Membran und/oder im Bereich der Wandung in das Kunststoffbauteil integriert wird und zumindest teilweise vom Kunststoffmaterial umschlossen wird.
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Das Fertigen des Kunststoffbauteils erfolgt bevorzugt in einem Spritzguss- oder Injektionsverfahren, bei dem das zur Fertigung des Kunststoffbauteils verwendete Material in flüssiger Form in das Formwerkzeug eingebracht wird.
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Bevorzugt wird das Wandlerelement nach dem Bereitstellen des Einlegeteils gemäß Schritt a) mit einem Einlegeteil verbunden und anschließend zusammen mit diesem Einlegeteil als eine Einheit gemäß Schritt b) in dem Formwerkzeug platziert. Die Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben erfolgen.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die vorgeschlagene einstückige Ausführung der Membran, der Wandung des Membrantopfs und zumindest eines Gehäuseteils in Form eines Kunststoffbauteils kann auf das Anordnen eines Dichtungselements zwischen dem aus der Wandung und der Membran gebildeten Wandlertopf und dem Gehäuseoberteil verzichtet werden. Eine Übertragung von Schwingungen von der Membran auf das Gehäuseoberteil wird hierbei durch eine Veränderung der Schwingungseigenschaften des Kunststoffbauteils reduziert. Die Schwingungseigenschaften werden vorteilhafterweise durch das Einbringen eines Einlegeteils eingestellt, so dass die Schwingungseigenschaften leicht durch die Wahl der Geometrie und des Materials des Einlegeteils festgelegt werden können.
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Durch das Einbringen eines Einlegeteils, beispielsweise im Bereich der Membran und/oder im Bereich der Wandung, werden die Schwingungseigenschaften des Kunststoffbauteils im Bereich der Membran verschieden von denen im Bereich der Wandung eingestellt. An der Grenze zwischen den Bereichen ändern sich die schwingungsmechanischen Eigenschaften des Kunststoffbauteils sprungartig, so dass es zu einer zumindest teilweisen Reflexion von durch das Kunststoffbauteil laufenden Schallwellen kommt. Eine Übertragung der Schallwellen über den Übergang hinaus wird dadurch deutlich reduziert, ohne dass es der Anordnung weiterer dämpfender Elemente, wie beispielsweise einer Elastomerdichtung bedarf.
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Des Weiteren können durch das Einbringen eines Einlegeteils in den Bereich der Membran die Schwingungseigenschaften der Membran, insbesondere eine Resonanzfrequenz und/oder eine Richtcharakteristik der Schallabstrahlung und des Schallempfangs gezielt eingestellt werden.
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Durch die Möglichkeit, auf das Anordnen einer elastischen Dichtung in dem Gehäuse des Schallwandlers zu verzichten, wird die Robustheit des Schallwandlers gegenüber Umwelteinflüssen weiter verstärkt, da keine Schwachstelle im Gehäuse vorhanden ist, die das Eindringen von Feuchtigkeit oder Verschmutzungen erlaubt. Des Weiteren wird die Herstellung des Schallwandlers vereinfacht, da die Anzahl der zusammenzufügenden Bauteile reduziert ist.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 einen Schallwandler mit erfindungsgemäßem
- Kunststoffbauteil in einer Schnittansicht von der Seite,
- 2 eine weitere Ausführungsform des Kunststoffbauteils,
- 3A bis 3D verschiedene Ausführungsformen des Bereichs der Membran des Kunststoffbauteils in einer Schnittansicht von der Seite,
- 4A bis 4C verschiedene Ausführungsformen des Bereichs der Membran des Kunststoffbauteils in einer Ansicht von oben und
- 5A und 5B zwei Ausführungsformen des Kunststoffbauteils mit einem Einlegeteil im Bereich der Wandung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schallwandlers 1 in einer Schnittansicht von der Seite. Der Schallwandler 1 umfasst ein Kunststoffbauteil 7, welches einstückig ausgeführt ist und einen Membrantopf 3 und einen Gehäuseteil 6 umfasst. Der Membrantopf 3 umfasst stirnseitig eine Membran 2, die an eine Wandung 4 des Membrantopfs 3 angrenzt. An der Innenseite der Membran 2 ist ein Wandlerelement 16 aufgenommen, welches beispielsweise als ein Piezoelement ausgeführt ist. Alternativ kann das Wandlerelement 16 beispielsweise als ein elektrostatischer Wandler, ein Elektretwandler oder ein Piezoelektretwandler ausgeführt sein.
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Das Wandlerelement 16 steht über Verbindungsleitungen 18 mit einer Ansteuerelektronik 20 in Verbindung.
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Das Gehäuseteil 6, welches einstückig mit dem Kunststoffbauteil 7 ausgeführt ist, ist in der Ausführungsform der 1 als ein Gehäuseoberteil ausgestaltet. Der an den Membrantopf 3 grenzende Teil des Gehäuseteils 6 ist im Wesentlichen als eine Zylinderform ausgestaltet. Das Gehäuseteil 6 weist zusätzlich einen Anschlussbereich 9 auf. Durch den Anschlussbereich 9 ist eine Anschlussleitung 22 geführt, die eine elektrische Verbindung zu der Ansteuerelektronik 20 herstellt.
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Die Ansteuerelektronik 20 ist in dem dargestellten Beispiel auf einem Gehäuseunterteil 8 angeordnet, welches mit dem Gehäuseoberteil verbunden ist. Alternativ wird die Ansteuerelektronik 20 in das Gehäuseteil 6 bzw. in das Kunststoffbauteil 7 eingebaut. Das Gehäuseunterteil 8 dient dann lediglich als Deckel, um den Schallwandler 1 zu verschließen.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Bereich der Membran 2 des Kunststoffbauteils 7 ein Einlegeteil 10 angeordnet, welches hier vollständig von dem Kunststoffbauteil 7 umschlossen wird. Die Wandung 4 des Membrantopfs 3 sowie der Gehäuseteil 6 mit dem Anschlussbereich 9 sind in diesem Beispiel jeweils frei von Einlegeteilen 10 ausgestaltet.
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Durch das Einbringen des Einlegeteils 10 in den Bereich der Membran 2 kann insbesondere eine Resonanzfrequenz eines aus der Membran 2 und dem Wandlerelement 16 gebildeten schwingfähigen Systems eingestellt werden. Des Weiteren kann durch das Einbringen des Einlegeteils 10 in den Bereich der Membran 2 eine Richtcharakteristik für das Aussenden und Empfangen von Schallwellen beeinflusst werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kunststoffbauteils 7 ist zwischen der Membran 2 und der Wandung 4 des Membrantopfs 3 ein Übergang zwischen einem mit dem Einlegeteil 10 modifizierten und einem von Einlegeteilen freien Teil des Kunststoffbauteils 7 vorhanden. An diesem Übergang ändern sich die Materialeigenschaften des Kunststoffbauteils 7 sprunghaft und insbesondere die schwingungsmechanischen Eigenschaften des Kunststoffbauteils 7 ändern sich sprunghaft. Schallwellen, die ausgehend von der Membran 2 durch das Kunststoffbauteil 7 laufen, werden an diesem Übergang zumindest teilweise reflektiert, so dass eine Übertragung einer Schwingung der Membran 2 über die Wandung 4 auf den Gehäuseteil 6 reduziert wird.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kunststoffbauteils 7. Das Kunststoffbauteil 7 ist in einer Schnittansicht von der Seite dargestellt, wobei die geometrische Form des Kunststoffbauteils 7 identisch zu der des mit Bezug zu 1 beschriebenen Kunststoffbauteils 7 ist. Das Kunststoffbauteil 7 weist wieder einen Membrantopf 3 mit einer Membran 2 und einer Wandung 4 auf. Die Wandung 4 geht in einen Gehäuseteil 6 über, wobei der Gehäuseteil 6 einen Anschlussbereich 9 aufweist.
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Im Gegensatz zu der mit Bezug zur 1 beschriebenen Ausführungsform ist das Einlegeteil 10 nicht vollständig von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen, so dass Teile der Oberfläche des Einlegeteils 10 frei liegen. Das Einlegeteil 10 ist in dem Kunststoffbauteil 7 derart angeordnet, dass die frei liegende Oberfläche des Einlegeteils 10 in Richtung des Inneren des die Membran 2 und die Wandung 4 umfassenden Membrantopfs 3 weist.
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In den 3A bis 3D sind verschiedene Ausführungsformen der Membran 2 des Kunststoffbauteils 7 dargestellt. Die einstückig mit der Membran 2 verbundene Wandung 4 und das Gehäuseteil 6 sind in den 3A bis 3D nicht sichtbar.
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In 3A ist ein Einlegeteil 10 in die Membran 2 integriert. Das Einlegeteil 10 ist scheibenförmig ausgestaltet, wobei bis auf einen Teil einer Fläche des Einlegeteils 10 das Einlegeteil 10 durch das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen ist. Gegenüber einer Oberfläche der Membran 2 ist das Einlegeteil 10 vertieft in die Membran 2 integriert. Der frei liegende Teil des Einlegeteils 10 weist vom Inneren des die Membran 2 umfassenden Membrantopfs 3 weg.
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In 3B ist ein Einlegeteil 10 derart in die Membran 2 integriert, dass eine Fläche des scheibenförmigen Einlegeteils 10 gegenüber einer Fläche der Membran 2 erhöht ist. Des Weiteren weist das scheibenförmige Einlegeteil 10 eine Hinterschneidung 12 auf, welche von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen ist. Der frei liegende Teil des Einlegeteils 10 weist vom Inneren des die Membran 2 umfassenden Membrantopfs 3 weg.
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3C zeigt ein Einlegeteil 10, welches vollständig vom Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen ist. Das Einlegeteil 10 weist ferner eine Strukturierung in Form einer Vielzahl von Löchern 14 auf. Durch die Strukturierung des Einlegeteils 10 werden die Schwingungseigenschaften der Membran 2 beeinflusst. Des Weiteren wird durch das Vorsehen der Löcher 14 die Integration des Einlegeteils 10 in das Kunststoffbauteil 7 verbessert.
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Die in 3D dargestellte Ausführungsform des Bereichs der Membran 2 entspricht der mit Bezug zur 3A beschriebenen, jedoch weist abweichend von der Ausführungsform der 3A die frei liegende Fläche des Einlegeteils 10 in Richtung des Inneren des die Membran 2 umfassenden Membrantopfs 3. Zudem ist auf der frei liegenden Fläche des Einlegeteils 10 ein Wandlerelement 16 angeordnet, welches mit dem Einlegeteil 10 beispielsweise durch Verkleben verbunden ist.
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In den 4A bis 4C sind verschiedene Ausführungsformen des Bereichs der Membran 2 des Kunststoffbauteils 7 in einer Ansicht von oben dargestellt.
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In dem Ausführungsbeispiel der 4A wird die Abstrahlcharakteristik und damit eine Richtwirkung für das Aussenden und Empfangen von Schall durch die Membran 2 durch die Wahl der Form des Einlegeteils 10 bestimmt. Das scheibenförmige Einlegeteil 10 ist in die Membran 2 integriert und weist eine elliptische Form auf. Im Gegensatz zu einer kreisrunden Form weist eine elliptische Form eine Vorzugsrichtung auf. Die Abstrahlung erfolgt somit nicht mehr gleichförmig, sondern wird auf bestimmte Bereiche konzentriert.
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In 4B ist ein kreisrundes scheibenförmiges Einlegeteil 10 dargestellt, welches in die Membran 2 des Kunststoffbauteils 7 integriert ist. Das Einlegeteil 10 weist eine Strukturierung in Form von Löchern 14 auf. Durch das Vorsehen der Löcher 14 werden die Schwingungseigenschaften der Membran 2 beeinflusst. Des Weiteren wird durch das Vorsehen der Löcher 14 die Integration des Einlegeteils 10 in das Kunststoffbauteil 7 verbessert.
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In 4C ist ein kreisrundes scheibenförmiges Einlegeteil 10 dargestellt, welches in die Membran 2 des Kunststoffbauteils 7 integriert ist. Das Einlegeteil 10 weist eine Strukturierung in Gitterform auf. Das Gitter weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, durch die die Integration des Einlegeteils 10 in das Kunststoffbauteil 7 verbessert wird. Des Weiteren beeinflusst die Strukturierung des Einlegeteils 10 die Schwingungseigenschaften der Membran 2.
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In den 5A und 5B sind zwei Ausführungsformen des Kunststoffbauteils 7 mit jeweils einem Einlegeteil 10 im Bereich der Wandung 4 in einer Schnittansicht von der Seite dargestellt. Das Kunststoffbauteil 7 weist einen Membrantopf 3 mit einer Membran 2 und einer Wandung 4 auf. Die Wandung 4 geht in einen Gehäuseteil 6 über, wobei der Gehäuseteil 6 einen Anschlussbereich 9 aufweist.
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In der 5A ist ein ringförmig ausgestaltetes Einlegeteil 10 im Bereich der Wandung 4 in das Kunststoffbauteil 7 integriert, wobei das Einlegeteil 10 vollständig von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen ist. In der Ausführungsform der 5B ist das Einlegeteil 10 ebenfalls ringförmig ausgestaltet und im Bereich der Wandung 4 in das Kunststoffbauteil 7 integriert. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 5A ist das Einlegeteil 10 jedoch nur teilweise durch das Kunststoffmaterial des Kunststoffbauteils 7 umschlossen, so dass ein Teil der Oberfläche des Einlegeteils 10 frei bleibt.
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In dem in 5B dargestellten Beispiel weist der frei liegende Teil der Oberfläche des Einlegeteils 10 nach außen. Alternativ kann das Einlegeteil 10 derart in das Kunststoffbauteil 7 integriert sein, dass der frei liegende Teil der Oberfläche des Einlegeteils 10 in Richtung des Inneren des Membrantopfs 3 weist.
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Sowohl in der Ausführungsform der 5A als auch in der Ausführungsform der 5B werden die Schwingungseigenschaften des Kunststoffbauteils 7 durch das im Bereich der Wandung 4 eingebrachte Einlegeteil 10 modifiziert, so dass eine schwingungsmechanische Entkopplung zwischen der Membran 2 und dem Bereich der Wandung 4 stattfindet und/oder eine gezielte Bedämpfung des Kunststoffbauteils 7 einstellbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015106044 A1 [0003]
- DE 102010044996 A1 [0004]
- DE 102006050037 A1 [0005]