Transductor de ultrasonidos.

Transductor de ultrasonidos (1), particularmente para un vehículo a motor,

con la caja de la membrana (2) conuna pared circunferencial (3), que presenta:

- un elemento transductor (10) para generar oscilaciones de ultrasonidos, montado en la caja de la membrana (2) enuna sección del transductor (8) en un lado interior de una membrana (7);

- un primer elemento amortiguador (12) para la amortiguación de la membrana (7), dispuesto en la caja de lamembrana (2) sobre el elemento transductor (10); y

- un segundo elemento amortiguador (13) para la amortiguación de las oscilaciones de la pared (3), dispuesto en lacaja de la membrana (2) en una sección de borde (9) de la membrana (7) dispuesta alrededor del elementotransductor (10);

en donde el segundo elemento amortiguador (13) se conecta por arrastre de fuerza tanto con la sección de borde (9)así como con un lado interior (4) de la pared (3), al menos, por secciones.

Transductor de ultrasonidos Estado del arte La presente invención hace referencia a un transductor de ultrasonidos para un vehículo a motor, y a un método correspondiente para la fabricación de un transductor de ultrasonidos de esta clase.

Los transductores de ultrasonidos se utilizan en los vehículos a motor, por ejemplo, para el sistema de asistencia al aparcamiento. Los sistemas de asistencia al aparcamiento comprenden, por ejemplo, una unidad de control y sensores de ultrasonidos que están provistos de transductores de ultrasonidos de esta clase. Para dicho fin, es un requisito funcional decisivo en particular una acción de amortiguación del transductor de ultrasonidos para la capacidad de medición de proximidad (por ejemplo < 20cm) . Un sensor de ultrasonidos presenta una carcasa en la que se encuentra introducido el transductor de ultrasonidos. Esta clase de transductores de ultrasonidos se compone en general de una caja con una membrana y un elemento transductor dispuesto en dicha caja. La caja con la membrana se conforma o se fresa convencionalmente a partir de un material metálico, como por ejemplo, aluminio. Dicha caja se recubre con una imprimación, con el fin de esmaltar y protegerla contra la corrosión. El elemento transductor electromecánico (por ejemplo, un elemento piezoeléctrico) se monta en la base de la carcasa, por ejemplo, se adhiere y se conecta. La carcasa se rellena con un material amortiguador. Una opción para este relleno consiste en una espuma de silicona inyectada. Dichas etapas de fabricación no resultan triviales desde el punto de vista técnico por diferentes motivos y, por ello, no se pueden trasladar a cualquier punto de la línea de producción. En particular, el proceso químico de la espuma requiere de parámetros exactos, y resulta difícil de realizar en el proceso de fabricación.

En lugar de una inyección de espuma en el compartimiento interior de la carcasa, se puede lograr una amortiguación mediante la introducción de piezas de espuma en la carcasa. De esta manera, se podría reemplazar la etapa de producción con inyección de espuma mediante una etapa manual simple de controlar. Sin embargo, se observa que esta clase de sensores presentan, al ejecutarse de esta manera manual, una acción amortiguadora desventajosa en comparación con las ejecuciones con una inyección de espuma, lo que perjudica la exigencia funcional decisiva de acuerdo con la capacidad de medición de proximidad. Sin embargo, en particular el cierre por arrastre de fuerza mecánico del material amortiguador en la pared de la caja y la membrana, debe estar garantizado ante el proceso de envejecimiento y las condiciones de temperatura. En el caso de las piezas de inserción, esto se logra sólo mediante piezas con sobremedida y la utilización de pretensión, hechos que implcian costes considerables en la fabricación y en la construcción de la carcasa que debe recibir la pretensión. De esta manera, el cierre por arrastre de fuerza se puede lograr de manera ventajosa, mediante un rellenado con la forma exacta con materiales líquidos que después se endurecen.

Mediante mediciones de los rangos espectrales de los propios procesos de amortiguación, se ha demostrado que un rango espectral fundamental se basa en las resonancias fuera de la frecuencia de trabajo (48 kHz) del sensor de ultrasonidos, en donde son importantes particularmente los rangos de 30 kHz y 70 kHz. Dichos rangos se generan mediante los movimientos oscilatorios de deformación y de inclinación de la pared de la carcasa. Por el contrario, en la actualidad se ha ejecutado una medida auxiliar que consiste en un engrosamiento de la caja de la membrana mediante un refuerzo en el borde superior de la pared, con lo cual se refuerza la pared de la caja, sin embargo, no se amortiguan las diferentes clases de oscilaciones generadas. De esta manera, se reflectan las oscilaciones en el borde de la caja o bien, en el refuerzo por una adaptación incorrecta de la impedancia mecánica, sin embargo, estas oscilaciones no se convierten en energía térmica, con lo cual se lograría una amortiguación.

Para la amortiguación de las oscilaciones de la pared de la carcasa, se utilizan además materiales de relleno para la carcasa, compuestos por materiales amortiguadores y/o que contienen adicionalmente dichos materiales. Un material, por ejemplo, un material de espuma que amortigue considerablemente y que rellene el compartimiento interior de la caja de la membrana con una consistencia aproximadamente homogénea, proporciona de esta manera no sólo una amortiguación alta de las oscilaciones de la pared, sino que también de las porpias oscilaciones efectivas de la membrana de la caja de la membrana. Esto conlleva un rendimiento electroacústico bajo del propio transductor de ultrasonidos. La electrónica de activación, es decir, las fuentes de transmisión de corriente y los transmisores, ante esta amortiguación demasiado alta, genera unos efectos de saturación que reducen además el ancho de banda del sistema transductor/cableado que está finamente ajustado.

Otra medida auxiliar consiste en un anillo exterior de desacoplamiento que se encuentre montado en la pared de la caja de la membrana. En relación con la técnica de medición, se puede demostrar que en el caso de las construcciones de transductores en serie, esta clase de paredes se pueden amortiguar casi de manera completa. Sin embargo, el contacto mecánico de dicho anillo de desacoplamiento con la pared exterior de la caja de la membrana, se encuentra expuesto a influencias ambientales exteriores, como por ejemplo, contaminación, inclinación transversal del sensor en su soporte, fragilidad del anillo de desacoplamiento o agua que pueda penetrar.

La patente DE 199 12 772 A1 describe un sensor de ultrasonidos para la medición de la distancia, en donde la caja de la membrana con una entalladura elíptica y circular, se encuentra equipada con una pluralidad de aisladores sobre un elemento transductor, que se encuentran dispuestos en capas uno sobre otro, y que son soportados de manera mecánica en la caja de la membrana mediante un anillo de fijación de orifico en una ranura anular. No se describe una sujeción en la pared interior. Dichos aisladores se componen, por ejemplo, de diferentes materiales amortiguadores, como por ejemplo, una placa de silicona, fieltro o corcho. Los aisladores presentan la forma de la entalladura elíptica, y cubren completamente el elemento transductor.

En la patente DE 199 17 862 A1 se describe un sensor de ultrasonidos, cuyo elemento transductor piezoeléctrico se encuentra recubierto por un material insonorizante. Dicho material puede ser, por ejemplo, fieltro. Una resina aislante, por ejemplo, goma de silicona o de uretano, cierra herméticamente el elemento transductor piezoeléctrico y el material insonorizante. El compartimiento interior de la caja de la membrana presenta un contorno elíptico y circular. El elemento transductor se encuentra sujetado en la membrana, y se encuentra rodeado por una sección anular que presenta, por ejemplo, un grosor de pared más delgado en comparación con la sección en la que se encuentra montado el elemento transductor. En una ejecución, el elemento transductor y la sección anular se encuentran completamente cubiertos por el material insonorizante. En otra ejecución, la sección anular de la membrana que rodea el elemento transductor, se encuentra cubierta con una resina aislante que presenta un grosor de capa reducido. Puede ser, por ejemplo, resina de silicona o de uretano. De esta manera, se amortigua la oscilación no deseada de la sección anular que presenta el grosor de pared más delgado. No se describe una sujeción de dicha capa de amortiguación delgada de resina aislante, con la pared interior de la caja de la membrana.

Un sensor de ultrasonidos de acuerdo con la descripción de la patente DE 103 41 900 A1, presenta un compartimiento interior de la caja de la membrana, que se encuentra rellenada sobre un elemento transductor con fieltro en capas, y sobre dicho fieltro con una goma de silicona. En la goma de silicona se encuentra dispuesta una sección compuesta por una espuma de silicona con burbujas. La goma de silicona cierra herméticamente la caja de la membrana. La capa de fieltro cubre completamente el elemento transductor, y se encuentra completamente cubierta por la goma de silicona.

Revelación de la presente invención En comparación, el transductor de ultrasonidos conforme a la presente invención, presenta la ventaja de que la caja de la membrana en su zona inferior hasta una altura que se puede establecer, presenta una estructura concéntrica, compuesta de un material homogéneo, cuya zona interior se rellena por encima de la cerámica piezoeléctrica, sobre la superficie de oscilaciones efectivas,... [Seguir leyendo]

1. Transductor de ultrasonidos (1) , particularmente para un vehículo a motor, con la caja de la membrana (2) con una pared circunferencial (3) , que presenta:

- un elemento transductor (10) para generar oscilaciones de ultrasonidos, montado en la caja de la membrana (2) en una sección del transductor (8) en un lado interior de una membrana (7) ;

- un primer elemento amortiguador (12) para la amortiguación de la membrana (7) , dispuesto en la caja de la membrana (2) sobre el elemento transductor (10) ; y

- un segundo elemento amortiguador (13) para la amortiguación de las oscilaciones de la pared (3) , dispuesto en la caja de la membrana (2) en una sección de borde (9) de la membrana (7) dispuesta alrededor del elemento transductor (10) ;

en donde el segundo elemento amortiguador (13) se conecta por arrastre de fuerza tanto con la sección de borde (9) así como con un lado interior (4) de la pared (3) , al menos, por secciones.

2. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en la caja de la membrana (2) se encuentra dispuesto un tercer elemento amortiguador (14) , sobre el primer y el segundo elemento amortiguador (12, 13) , para una amortiguación adicional y/o un cierre hermético de la caja de la membrana (2) .

3. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el primer elemento amortiguador (12) presenta un material con un valor de amortiguación bajo, y el segundo elemento amortiguador

(13) presenta un material con un valor de amortiguación alto.

4. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el primer elemento amortiguador (12) y el segundo elemento amortiguador (13) se conforman como piezas de inserción.

5. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el segundo elemento amortiguador (13) presenta un contorno (11) que es complementario a un contorno (11’) de la caja de la membrana (2) , y un orificio de paso (18) para el alojamiento del primer elemento amortiguador (12) .

6. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el primer elemento amortiguador (12) se conforma como una pieza de inserción, en donde el segundo elemento amortiguador

(13) se fabrica en la caja de la membrana (2) a partir de un material de fundición.

7. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el segundo elemento amortiguador (13) es un elastómero que presenta microesferas.

8. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque el tercer elemento amortiguador (14) está compuesto por un material de fundición, preferentemente un elastómero de dos componentes.

9. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el primer elemento amortiguador (12) presenta un material de espuma.

10. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el material de espuma se conforma con poros cerrados.

11. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el primer elemento amortiguador (12) presenta en su lado superior (17) un ancho mayor que en su lado inferior, en donde el ancho en su lado superior (17) es mayor que el ancho del orificio de paso (18) del segundo elemento amortiguador (13) .

12. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque el tercer elemento amortiguador (14) se conforma como una única pieza con el segundo elemento amortiguador (13) .

13. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el primer y el segundo elemento amortiguador (12, 13) presentan una altura preestablecida que se mide perpendicular en relación con el lado interior de la membrana (7) .

14. Transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer y el segundo elemento amortiguador (12, 13) presentan una altura preestablecida de la misma magnitud, que se mide perpendicular en relación con el lado interior de la membrana (7) .

15. Método para la fabricación de un transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, u 8 a 14, con las siguientes etapas del método:

(S1) Introducción del segundo elemento amortiguador (13) en la caja de la membrana (2) , en donde el segundo elemento amortiguador (13) se conecta por arrastre de fuerza con la pared interior (4) de la caja de la membrana (2) , y con la sección de borde (9) del lado interior de la membrana (7) de la caja de la membrana (2) ; y

(S2) Inserción del primer elemento amortiguador (12) en el orificio de paso (18) del segundo elemento amortiguador (13) , o inserción del primer elemento amortiguador (12) en el orificio de paso (18) del segundo elemento amortiguador (13) , y cierre de la caja de la membrana (2) con un tercer elemento amortiguador (14) para fabricar el transductor de ultrasonidos (1) .

16. Método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque antes de la introducción del segundo elemento amortiguador (13) , se monta un núcleo con la forma y las dimensiones del primer elemento amortiguador

(12) en el elemento transductor (10) de manera que se pueda retirar, y el segundo elemento amortiguador (13) se introduce como un material de fundición en la zona entre dicho núcleo y la pared interior (4) de la caja de la membrana (2) , y en donde después del endurecimiento del segundo elemento amortiguador (13) , el núcleo se retira para la conformación del orificio de paso (18) .

17. Método para la fabricación de un transductor de ultrasonidos (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, ó 6 a 14, con las siguientes etapas del método:

(S1) Introducción del primer elemento amortiguador (12) en la caja de la membrana (2) , en donde el primer elemento amortiguador (13) se fija en el elemento transductor (10) ; y

(S2) Vertido del segundo elemento amortiguador (13) en la zona entre el primer elemento amortiguador (12) y la pared interior (4) de la caja de la membrana (2) , o vertido del segundo elemento amortiguador (13) en la zona entre el primer elemento amortiguador (12) y la pared interior (4) de la caja de la membrana (2) , y cierre de la caja de la membrana (2) con el tercer elemento amortiguador (14) para la fabricación del transductor de ultrasonidos (1) .

18. Método de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque el cierre de la caja de la membrana (2) se realiza mediante un vertido adicional de material del segundo elemento amortiguador (13) en la caja de la membrana (2) , para la conformación del tercer elemento amortiguador (14) .