DE102013022048A1

DE102013022048A1 - ultrasonic sensor

Info

Publication number: DE102013022048A1
Application number: DE102013022048.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Ludwig; Wolfgang Katzenberger; Stefan Triebl; Hans-Wilhelm Wehling; Karl-Heinz John; Oliver Eidel
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-25
Also published as: WO2015096961A1

Abstract

Ein Ultraschallsensor (1) umfasst ein Gehäuse (2) und eine Membran (4), an der ein Piezoelement (6) befestigt ist, und einen elektrischen Anschlussbereich (8), der einen Masseanschluss (24) aufweist. Die Membran (4) ist elektrisch leitend mit dem Masseanschluss (24) derart verbunden, dass ein im Gehäuse (2) verlaufender Ausleger (15) als elektrischer Leiter zwischen der Membran (4) und einem Massesteckkontakt (9) vorgesehen ist.An ultrasonic sensor (1) comprises a housing (2) and a membrane (4), to which a piezo element (6) is fastened, and an electrical connection area (8), which has a ground connection (24). The membrane (4) is electrically conductively connected to the ground terminal (24) in such a way that a cantilever (15) extending in the housing (2) is provided as an electrical conductor between the membrane (4) and a grounding contact (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to an ultrasonic sensor of the type specified in the preamble of claim 1.

Solche Ultraschallsensoren werden in Kraftfahrzeugen als Komponenten von Parkhilfesystemen verwendet. Die Ultraschallsensoren dienen zur Abstandsmessung von Hindernissen, wobei die Ultraschallsensoren Ultraschallsignale ausstrahlen und an Hindernissen in der Nähe des Kraftfahrzeuges reflektierte Signale empfangen. Aus der Laufzeit des Signals kann der Abstand des Ultraschallsensors zu einem Hindernis bestimmt werden.Such ultrasonic sensors are used in motor vehicles as components of parking assistance systems. The ultrasonic sensors are used for distance measurement of obstacles, wherein the ultrasonic sensors emit ultrasonic signals and receive signals reflected at obstacles in the vicinity of the motor vehicle. From the duration of the signal, the distance of the ultrasonic sensor to an obstacle can be determined.

Aus der DE 10 2005 056 607 A1 ist ein Ultraschallsensor bekannt, der ein Gehäuse mit einem als Membran wirkenden Bodenabschnitt aufweist. Ein piezoelektrischer Vibrator ist an einer Innenfläche des Bodenabschnittes, welche in das Innere des Gehäuses gerichtet ist, befestigt. Der piezoelektrische Vibrator weist eine erste Elektrode an einer Befestigungsfläche des Vibrators auf, die an dem Bodenabschnitt befestigt ist, sowie eine zweite Elektrode an einer gegenüberliegenden Fläche des Vibrators. Zwischen der ersten Elektrode und dem Bodenabschnitt ist ein elektrisch leitendes Bauteil vorgesehen. Hierbei ist der Vibrator auf der einen Seite an eine Wechselspannung angeschlossen, und die andere Seite ist mit Masse verbunden.From the DE 10 2005 056 607 A1 An ultrasonic sensor is known, which has a housing with a bottom section acting as a membrane. A piezoelectric vibrator is fixed to an inner surface of the bottom portion, which is directed into the interior of the housing. The piezoelectric vibrator has a first electrode attached to a mounting surface of the vibrator attached to the bottom portion, and a second electrode on an opposite surface of the vibrator. Between the first electrode and the bottom portion, an electrically conductive member is provided. Here, the vibrator is connected on one side to an AC voltage, and the other side is connected to ground.

Es ist außerdem bekannt, das Piezoelement mittels eines elektrisch leitenden Klebers an der Membran zu befestigen, was bezüglich der Funktion dem elektrisch leitenden Bauteil zwischen Vibrator und Bodenabschnitt entspricht.It is also known to attach the piezoelectric element by means of an electrically conductive adhesive to the membrane, which corresponds in function to the electrically conductive component between the vibrator and the bottom portion.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallsensor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bezüglich seiner Herstellungskosten und/oder Qualität verbessert ist.The present invention has for its object to provide an ultrasonic sensor of the type mentioned, which is improved in terms of its production costs and / or quality.

Diese Aufgabe wird durch einen Ultraschallsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an ultrasonic sensor having the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Ultraschallsensor kann einfacher und in besserer Qualität gefertigt werden. Die Massenanbindung der Membran vermeidet Störsignale, die das Empfangen reflektierter Ultraschallsignale beeinflussen könnten. In dem Gehäuse ist ein durch dieses verlaufender Ausleger angeordnet, der als elektrischer Leiter zwischen der Membran und einem Massesteckkontakt dient.The ultrasonic sensor according to the invention can be made simpler and in better quality. The mass connection of the membrane avoids interference signals that could influence the reception of reflected ultrasonic signals. In the housing extending through this boom is arranged, which serves as an electrical conductor between the membrane and a grounding contact.

Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist die Membran integraler Teil eines Membrantopfes, der an dem Gehäuse befestigt ist und der vorzugsweise an seiner der Membran abgewandten Seite einen radialen Flansch aufweist. Zur Anbringung des Membrantopfes am Gehäuse ist es vorteilhaft, dass an dem Gehäuse ein radialer Flansch und ein zum Membrantopf gerichteter Stutzen ausgebildet sind, die zur Aufnahme des Flansches am Membrantopf dienen.According to one embodiment of the invention, the membrane is an integral part of a diaphragm pot, which is fastened to the housing and which preferably has a radial flange on its side facing away from the diaphragm. To attach the diaphragm pot to the housing, it is advantageous that on the housing, a radial flange and a diaphragm cup directed nozzle are formed, which serve to receive the flange on the diaphragm pot.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass zwischen dem Flansch des Membrantopfes und dem Flansch des Gehäuses ein Entkopplungselement (insbesondere auch (Stopfen genannt) aus elektrisch leitfähigem Material und/oder mit elektrisch leitenden Stirnflächen, die insbesondere elektrisch leitend miteinander verbunden sind, angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine direkte metallische Verbindung eines Kontaktelementes mit der Beschichtung auf der Stirnseite des Flansches an der Membran vermieden wird, um die durch Vibrationen von Metall auf Metall und damit verbundene Signalbeeinträchtigungen wie Rauschen zu verhindern.A further embodiment consists in that between the flange of the diaphragm pot and the flange of the housing, a decoupling element (in particular also called plug) of electrically conductive material and / or with electrically conductive end faces, which are in particular electrically conductively connected to each other has the advantage that a direct metallic connection of a contact element with the coating on the end face of the flange is avoided on the membrane to prevent the metal to metal and related signal impairments such as noise by vibrations.

Zur besseren Kontaktierung für die Verbindung mit einem Masseanschluss ist es zweckmäßig, dass der Flansch eine Stirnseite mit einer elektrisch leitenden Oberfläche und/oder einer Beschichtung aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, wobei diese Stirnseite an dem Entkopplungselement anliegt. Durch das Material und die flächige Anlage ist stets guter Kontakt gegeben. Das elektrisch leitende Material kann beispielsweise in einem flüssig-chemischen Prozess aufgetragen werden bzw. die elektrisch leitende Oberfläche kann so gebildet werden.For better contacting for the connection to a ground terminal, it is expedient that the flange has an end face with an electrically conductive surface and / or a coating of an electrically conductive material, wherein this end face rests against the decoupling element. Due to the material and the surface contact, there is always good contact. The electrically conductive material can be applied, for example, in a liquid-chemical process or the electrically conductive surface can be formed in this way.

Weiter ist es zweckmäßig, dass der Ausleger endseitig als ein Kontaktelement ausgebildet ist, das unter den radialen Flansch des Gehäuses ragt, wobei es an einer Stirnseite des Entkopplungselements anliegt und das über den Ausleger mit dem Massesteckkontakt verbunden ist. Der elektrische Anschlussbereich umfasst vorzugsweise einen in einem Stutzen am Gehäuse ausgebildeten Stecker.Further, it is expedient that the cantilever end is formed as a contact element which projects below the radial flange of the housing, wherein it bears against an end face of the decoupling element and which is connected via the arm to the grounding contact. The electrical connection region preferably comprises a plug formed in a socket on the housing.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zwischen der Membran und dem Piezoelement eine Schicht aus einem elektrisch nicht leitenden Material angeordnet. Insbesondere durch diese eindeutige Potentialtrennung zwischen Piezoelement und Membran kann der Ultraschallsensor einfacher und in besserer Qualität gefertigt werden.According to a preferred embodiment of the invention, a layer of an electrically non-conductive material is disposed between the membrane and the piezoelectric element. In particular, this unique potential separation between the piezoelectric element and the membrane of the ultrasonic sensor can be made easier and better quality.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die nicht leitende Schicht ein Lack ist, der an einer Elektrode des Piezoelementes aufgebracht ist. Der Lack ist vorzugsweise temperaturbeständig und hält einer hohen mechanischen Belastung stand. Das Auftragen der isolierenden Schicht aus einem Lack ist kostengünstig auf einfache Weise möglich. Vorzugsweise ist das Piezoelement mittels eines Klebers mit seiner Lackschicht an der Membran befestigt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the non-conductive layer is a lacquer which is applied to an electrode of the piezoelectric element. The paint is preferably temperature resistant and withstands high mechanical stress. The application of the insulating layer of a paint is inexpensive in a simple manner possible. Preferably, the piezoelectric element is attached by means of an adhesive with its lacquer layer on the membrane.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In the drawing shows:

1 einen Längsschnitt durch Bauteile eines Ultraschallsensors im noch nicht zusammengefügten Zustand, 1 a longitudinal section through components of an ultrasonic sensor in the unassembled state,

2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch eine Membran mit dem daran befestigten Piezoelement, 2 an enlarged view of a section through a membrane with the attached piezoelectric element,

3 einen Längsschnitt durch die Bauteile gemäß 1 im zusammengefügten Zustand in einer geänderten Perspektive. 3 a longitudinal section through the components according to 1 in the assembled state in a changed perspective.

Der Längsschnitt in 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Ultraschallsensors 1 mit einem an einem Gehäuse 2 befestigten Membrantopf 3. Der Membrantopf 3 weist bezogen auf die in 1 dargestellte Lage an seinem unteren Ende eine Membran 4 auf. Das heißt der Boden des Membrantopfes bildet die Membran bzw. auch Membranboden ganannt. Der Membrantopf 3 weist am oberen Ende einen radial nach außen gerichteten Flansch 5 auf. An der Innenseite der Membran 4 ist ein Piezoelement 6 befestigt. Der radiale Flansch 5 weist eine Stirnseite 7 mit einer Beschichtung aus einem elektrisch leitenden Material auf.The longitudinal section in 1 is a perspective view of an ultrasonic sensor 1 with one on a housing 2 attached diaphragm pot 3 , The diaphragm pot 3 refers to the in 1 shown position at its lower end a membrane 4 on. That is, the bottom of the diaphragm pot forms the membrane or membrane bottom ganannt. The diaphragm pot 3 has at the upper end a radially outwardly directed flange 5 on. On the inside of the membrane 4 is a piezo element 6 attached. The radial flange 5 has an end face 7 with a coating of an electrically conductive material.

An dem Gehäuse 2 ist ein seitlich hervorstehender Stutzen 8' angeordnet, der zur Aufnahme eines Steckers dient und auf diese Weise einen elektrischen Anschluss 8 bildet.On the case 2 is a laterally projecting nozzle 8th' arranged, which serves to receive a plug and in this way an electrical connection 8th forms.

Aus diesem Stutzen 8' sind in das Gehäuse 2 elektrische Leiter zu Steckkontakten 9, 10, 11 geführt. Die Steckkontakte 10, 11 sind für Pluspotential und Minuspotential, und der Steckkontakt 9 ist ein Masseanschluss. Mit diesen Steckkontakten 9, 10 und 11 wird eine in der Zeichnung nicht dargestellte Platine verbunden, die im oberen Bereich des Gehäuses 2 einzusetzen ist. An einem dem Membrantopf 3 zugewandten Ende 12 des Gehäuses 2 befindet sich ein radial nach innen gerichteter Flansch 13, an dem ein zum Membrantopf 3 gerichteter Stutzen 14 angeformt ist. Ausgehend von dem Steckkontakt 9, der einen Massesteckkontakt bildet, ist durch eine Wand des Gehäuses 2 ein vorzugsweise aus einem Flachdraht bestehender Ausleger 15 nach unten zu dem Ende 12 des Gehäuses 2 geführt und endseitig als Kontaktelement 16 so geformt, dass das Kontaktelement unter den Flansch 13 ragt und sich flach unter diesem erstreckt.For this neck 8th' are in the case 2 electrical conductors to plug contacts 9 . 10 . 11 guided. The plug contacts 10 . 11 are for positive potential and negative potential, and the plug contact 9 is a ground connection. With these plug contacts 9 . 10 and 11 a circuit board, not shown in the drawing is connected, in the upper part of the housing 2 is to use. At one of the diaphragm pot 3 facing the end 12 of the housing 2 there is a radially inwardly directed flange 13 , on which one to the diaphragm pot 3 directed neck 14 is formed. Starting from the plug contact 9 which forms a grounding contact is through a wall of the housing 2 a preferably made of a flat wire existing boom 15 down to the end 12 of the housing 2 guided and end as a contact element 16 shaped so that the contact element under the flange 13 sticks out and extends flat below this.

Zwischen dem Flansch 12 des Gehäuses 2 und dem Flansch 5 des Membrantopfes 3 ist ein ringförmiges Entkopplungselement 17 (im Folgenden Stopfen 17 genannt) vorgesehen, dessen Außenumfang so bemessen ist, dass er innerhalb des Stutzens 14 am Flansch 13 aufgenommen werden kann. Der Stopfen 17 weist an seiner dem Membrantopf 3 zugewandten Seite einen axialen Wulst 18 auf. Der Stopfen 17 ist so ausgeführt, dass dieser aus elektrisch leitfähigem Material ist und/oder seine Stirnseiten elektrisch leitend sind. Insbesondere sind die Stirnseiten elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Stirnseiten des Stopfens 17 sind elektrisch angebunden, insbesondere ist die eine Stirnseite mit der Stirnseite 7 des Flanschs 5 und die andere, gegenüberliegende Stirnseite mit dem Kontaktelement 16 elektrisch verbunden.Between the flange 12 of the housing 2 and the flange 5 of the diaphragm pot 3 is an annular decoupling element 17 (hereinafter plugs 17 called), whose outer circumference is dimensioned so that it is within the nozzle 14 on the flange 13 can be included. The stopper 17 indicates at its the diaphragm pot 3 facing side an axial bead 18 on. The stopper 17 is designed so that it is made of electrically conductive material and / or its end faces are electrically conductive. In particular, the end faces are electrically conductively connected to each other. The front sides of the plug 17 are electrically connected, in particular, one end face with the front side 7 of the flange 5 and the other, opposite end face with the contact element 16 electrically connected.

Die 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch die Membran 4 und das daran befestigte Piezoelement 6. Das Piezoelement 6 umfasst zwei Elektroden 19, 20, die mittels in der Zeichnung nicht dargestellten Anschlussleitungen mit der Platine im Gehäuse 2 verbunden sind. Das Piezoelement 6 ist auf der Seite, die der Membran 4 zugewandt ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies die Seite mit der Elektrode 20, mit einer Schicht 21 aus einem elektrisch nicht leitenden Material versehen. Zur Befestigung des Piezoelementes 6 mit der elektrisch isolierenden Schicht 21 dient ein Kleber 22, der auf der Innenseite der Membran 4 aufgetragen ist. Die Schicht 21 kann beispielsweise eine Lackschicht sein.The 2 shows an enlarged view of a section through the membrane 4 and the piezo element attached thereto 6 , The piezo element 6 includes two electrodes 19 . 20 , by means of connection lines, not shown in the drawing with the board in the housing 2 are connected. The piezo element 6 is on the side of the membrane 4 facing, in the illustrated embodiment, this is the side with the electrode 20 , with a layer 21 made of an electrically non-conductive material. For fastening the piezo element 6 with the electrically insulating layer 21 serves a glue 22 that is on the inside of the membrane 4 is applied. The layer 21 may be, for example, a lacquer layer.

Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Ultraschallsensor 1 gemäß 1, jedoch im zusammengefügten Zustand der Bauteile und in einer anderen Perspektive. Dadurch ist auch der Stutzen 8' am Gehäuse 2 im Schnitt dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass der Stutzen 8' als Stecker 23 ausgebildet ist und die darin vorgesehenen Kontakte 24, 25 mit den Steckkontakten 9, 10 verbunden sind. Der Kontakt 24 bildet im Stecker 23 den Masseanschluss in Form eines Massepinsteckers. Der ringförmige Stopfen 17 befindet sich innerhalb des Stutzens 14 und ist in guter flächiger Anlage an dem Flansch 13 des Gehäuses 2. Zwischen dem Flansch 13 und dem Stopfen 17 befindet sich das endseitig am Ausleger 15 (1) ausgebildete Kontaktelement 16, das somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Stopfen 17 und dem Steckkontakt 9, bzw. Kontakt 24 im Stecker 23 herstellt, wobei der Kontakt 24 den Masseanschluss bildet. Der Membrantopf 3 liegt mit der elektrisch leitenden Stirnseite 7 des Flansches 5 an der unteren Stirnseite des Stopfens 17, wobei der Wulst 18 den äußeren Rand des Flansches 5 umgibt und an diesem anliegt. Da der Stopfen 17 aus elektrisch leitendem Material ist oder zumindest elektrisch leitende Stirnflächen besitzt, die auch elektrisch leitend miteinander verbunden sind, ist eine Massenanbindung der Membran 4 bzw. des Membrantopfes 3 über den Stopfen 17, das Kontaktelement 16, den Ausleger 15 (1) zum Kontakt 24 gegeben. Zur sicheren Befestigung des Membrantopfes 3 am Gehäuse 2 und guten Kontaktierung der jeweiligen Anlageflächen und des Kontaktelementes 16 ist vorzugsweise ein in der Zeichnung nicht gezeigter Ring vorgesehen, der hinter den Flansch 5 des Membrantopfes 3 greift und an der Umfangsfläche des Stutzens 14 befestigt ist. Durch die beschriebene Ausführung wird sichergestellt, dass die Membran 4, der Stopfen 17 und das Gehäuse 2 kein Potenzial haben.The 3 shows a longitudinal section through the ultrasonic sensor 1 according to 1 but in the assembled state of the components and in a different perspective. This is also the nozzle 8th' on the housing 2 shown in section, from which it can be seen that the nozzle 8th' as a plug 23 is formed and the contacts provided therein 24 . 25 with the plug contacts 9 . 10 are connected. The contact 24 forms in the plug 23 the ground terminal in the form of a Massepinsteckers. The annular plug 17 is located inside the neck 14 and is in good surface contact with the flange 13 of the housing 2 , Between the flange 13 and the stopper 17 is the end of the boom 15 ( 1 ) formed contact element 16 , thus providing an electrically conductive connection between the plug 17 and the plug contact 9 , or contact 24 in the plug 23 produces, with the contact 24 forms the ground connection. The diaphragm pot 3 lies with the electrically conductive end face 7 of the flange 5 at the lower end of the plug 17 , where the bead 18 the outer edge of the flange 5 surrounds and rests against this. Because the plug 17 is made of electrically conductive material or at least has electrically conductive end faces, which are also electrically conductively connected to each other, is a mass connection of the membrane 4 or the diaphragm pot 3 over the stopper 17 , the contact element 16 , the boom 15 ( 1 ) to the contact 24 given. For secure attachment of the diaphragm pot 3 on the housing 2 and good contact with the respective ones Contact surfaces and the contact element 16 Preferably, a not shown in the drawing ring is provided behind the flange 5 of the diaphragm pot 3 engages and on the peripheral surface of the nozzle 14 is attached. The described embodiment ensures that the membrane 4 , the stopper 17 and the case 2 have no potential.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005056607 A1 [0003]

Claims

Ultrasonic sensor ( 1 ) with a housing ( 2 ) and a membrane ( 4 ), on which a piezoelement ( 6 ), and with an electrical connection area ( 8th ), which has a ground connection ( 24 ), characterized in that the membrane ( 4 ) electrically conductive with the ground terminal ( 24 ) is connected in such a way that one in the housing ( 2 ) extending boom ( 15 ) as an electrical conductor between the membrane ( 4 ) and a grounding contact ( 9 ) is provided.

Ultrasonic sensor according to claim 1, characterized in that the membrane ( 4 ) integral part of a diaphragm pot ( 3 ), which is on the housing ( 2 ) and that the diaphragm pot ( 3 ) at its the membrane ( 4 ) facing away from a radial flange ( 5 ) having.

Ultrasonic sensor according to claim 2, characterized in that on the housing ( 2 ) a radial flange ( 13 ) and one to the diaphragm pot ( 3 ) directed nozzle ( 14 ) are formed, which for receiving the flange ( 5 ) at the diaphragm pot ( 3 ) serve.

Ultrasonic sensor according to claim 3, characterized in that between the flange ( 5 ) of the diaphragm pot ( 3 ) and the flange ( 13 ) of the housing ( 2 ) a decoupling element ( 17 ) is arranged from electrically conductive material and / or with electrically conductive end faces.

Ultrasonic sensor according to claim 4, characterized in that the flange ( 5 ) an end face ( 7 ), which is provided with an electrically conductive surface and / or a coating of an electrically conductive material and this end face ( 7 ) on the decoupling element ( 17 ) is present.

Ultrasonic sensor according to claim 4 or 5, characterized in that the boom ( 15 ) end as a contact element ( 16 ) formed under the radial flange ( 13 ) of the housing ( 2 ) protrudes, wherein it at one end face of the decoupling element ( 17 ) and that via the boom ( 15 ) with the grounding contact ( 9 ) connected is.

Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the membrane ( 4 ) and the piezo element ( 6 ) a layer ( 21 ) is arranged from an electrically non-conductive material.

Ultrasonic sensor according to claim 7, characterized in that the non-conductive layer ( 21 ) is a paint that is attached to an electrode ( 20 ) of the piezo element ( 6 ) is applied.

Ultrasonic sensor according to claim 8, characterized in that the piezo element ( 6 ) by means of an adhesive ( 22 ) with its paint layer ( 21 ) on the membrane ( 4 ) is attached.

Ultrasonic sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical connection region ( 8th ) one in a nozzle ( 14 ) on the housing ( 2 ) trained plug ( 23 ).