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WO2012171823A2 - Vorrichtung zum senden und/oder empfangen von schallsignalen - Google Patents

Vorrichtung zum senden und/oder empfangen von schallsignalen Download PDF

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WO2012171823A2
WO2012171823A2 PCT/EP2012/060510 EP2012060510W WO2012171823A2 WO 2012171823 A2 WO2012171823 A2 WO 2012171823A2 EP 2012060510 W EP2012060510 W EP 2012060510W WO 2012171823 A2 WO2012171823 A2 WO 2012171823A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
carrier
side electrode
electromechanical
layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/060510
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English (en)
French (fr)
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WO2012171823A3 (de
Inventor
Michael Helmle
Andre Gerlach
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2012171823A2 publication Critical patent/WO2012171823A2/de
Publication of WO2012171823A3 publication Critical patent/WO2012171823A3/de

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/52006—Means for monitoring or calibrating with provision for compensating the effects of temperature
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004—Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting and / or receiving sound signals
  • Acoustic signals in particular ultrasound, comprising an electromechanical foil, which is connected to at least one front-side electrode and at least one rear-side electrode. Furthermore, the invention also relates to a use of the device. State of the art
  • Ultrasound for example, are used as ultrasonic sensors for environment detection.
  • a signal is sent by a transmitter, which is an object in the
  • Detection range of the sensor is reflected.
  • the reflected echo is from a
  • Receiver received and determined from the runtime the distance to the object.
  • transmitter and receiver or a sensor which first sends a sound pulse and receives the echo after swinging.
  • sensors are also referred to as transceivers.
  • ultrasonic sensors are used, for example, to monitor the surroundings of a motor vehicle, for example for automatic parking systems or for blind spot monitoring.
  • sensors can also be used in robots, for example in driverless transport systems, automatic
  • ultrasonic sensors are currently being built which operate on a piezoelectric basis.
  • electromechanical foils for transmitting and / or receiving sound signals.
  • the construction and production of such films are described, for example, in US 4,654,546. Due to the high frequency of an ultrasonic signal and the associated
  • Movement in the electromechanical foil arises when sending and receiving the signals heat. This leads to an undesirable heating of the sensor. Alternatively, it can also come from the outside to a heat on the sensor element.
  • Ultrasonic sensors are not used because with appropriate heat-dissipating layers, the vibrations of the sensor are attenuated. An appropriate one
  • a device for transmitting and / or receiving sound signals, in particular ultrasound, comprises an electromechanical film which is connected to at least one front-side electrode and at least one rear-side electrode, wherein the electromechanical film is connected to a carrier in a heat-conducting manner.
  • An electromechanical film according to the present invention comprises a membrane of a so-called ferroelectret material.
  • Ferroelektret materials in particular closed-cell polymer foams are referred to, in which at the
  • Interface of individual pores positive and negative electrostatic charges are permanently localized. Due to the impressed electrostatic charges, the individual pores expand upon application of an electrical voltage or contract with reverse polarization. This makes it possible, by appropriate excitation to generate a vibration that can be sent as a sound pulse. Accordingly, upon impact of sound waves by the mechanical change in the size of the pores, a voltage can be generated which can be tapped.
  • fluorine-based polymers for example polytetrafluoroethylene, polyfluoroethylene propylene and
  • Polyvinylidene fluoride Also suitable, for example, polyethylene terephthalate.
  • copolymers of these polymers are also suitable.
  • one side of the film is generally metallized over the entire surface.
  • This layer serves as a ground electrode.
  • On the opposite side of the full metallized side electrodes are applied in each case at the positions at which the respective transmitter and / or receiver are to be located.
  • Both the full-surface ground electrode and the electrodes at the positions, which each serve as transmitter and / or receiver, are applied, for example, by electroless and / or galvanic deposition, chemical deposition methods or physical deposition methods.
  • Particularly suitable for applying the metallization for the electrodes are methods in which the metal is vapor-deposited on the electromechanical film, for example CVD (Chemical Vapor Deposition) method or PVD (Physical Vapor Deposition) method.
  • the electrodes it is also possible to form none of the electrodes over the entire surface, but to make both the front side electrode and the rear side electrode opposite to each other. However, it is preferred to design either the front-side electrode or the rear-side electrode over the entire surface. If the front-side electrode and / or the rear-side electrode is a full-surface metal layer, this can be achieved in a first embodiment according to the invention
  • Embodiment for heat dissipation are connected to the carrier.
  • the electrode formed over the entire area to a portion of the carrier which conducts heat well.
  • an insulating layer is applied to the electromechanical foil and the at least one front-side electrode or the at least one rear-side electrode, and a heat-conductive layer on the insulating layer for heat removal.
  • the applied insulating layer serves in particular as electrical insulation. Suitable materials for the insulating layer are any dielectric materials,
  • Suitable polymers are, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyamide, polyester, or polyurethanes.
  • a "good heat-conducting" is understood as meaning a material having a thermal conductivity which is so great that during operation of the device a thermal conductivity is achieved
  • Working temperature heated and the sensor element can be operated at substantially constant temperature.
  • the good heat-conducting layer applied to the insulating layer is preferably a metallic layer.
  • the good heat-conducting layer can, as well as the electrodes by electroless and / or galvanic deposition or by chemical or
  • the good heat-conducting layer is thermally conductively connected to the carrier.
  • the good heat-conducting layer are, for example, copper, aluminum, silver, brass or steel.
  • the electrodes in particular if they are used as a heat-conducting layer, are suitable, for example, copper, silver, gold or aluminum.
  • the carrier In order to be able to conduct the heat from the electromechanical film to the carrier, it is preferred for the carrier to contain a material which conducts heat well.
  • the heat from the electromechanical film is then passed through the heat-conductive connection via the good heat-conducting layer to the good heat-conducting material of the carrier. It is both possible that the entire carrier is made of a good heat conducting material or only parts of the carrier of a good heat conducting material and the base of the Carrier made of a poorly heat-conductive material.
  • the electromechanical foil is then connected to the good heat-conducting sections of the carrier.
  • a “poorly heat-conducting" is a
  • Thermal conductivity understood that is so small that the heat generated during operation of a sensor element can not be dissipated and therefore the sensor element heats up.
  • plastics which may also have a low heat transfer coefficient.
  • metallic sections can be used.
  • the carrier for example of a material with a good heat storage capacity.
  • heat is transferred from the sensors to the heat-storing material when the sensors are heated, and heat is transferred from the heat-storing material back to the sensor as the sensors cool.
  • This makes it possible to operate the sensor at a substantially constant temperature.
  • an insulating layer is accommodated between the carrier and the electrode of the electromechanical foil is. Any electrically insulating material is suitable for the insulating layer, in particular plastic materials are suitable.
  • the device according to the invention for transmitting and / or receiving sound signals is suitable, for example, for detecting the surroundings of driver assistance systems in motor vehicles. Furthermore, the device can also be used to detect the environment in autonomously moving systems.
  • autonomously moving systems are, for example, robots, for example, driverless lawnmowers or vacuum cleaners, or even driverless transport systems, such as those used in industry.
  • the carrier is a bumper of the motor vehicle.
  • the electromechanical foil is in this case with the bumper of the motor vehicle connected in such a way that in each case at the positions at which
  • Ultrasonic sensors are to be located, an electrode or an array is formed. Alternatively, it is also possible to apply each foil sections at the positions at which sensors are to be located. These positions have a good connection to
  • Airborne field but need not be in the bumper.
  • either a full-surface electrode of the device is thermally conductively connected to the carrier or the separate provided heat-dissipating layer.
  • Figure 1 A device according to the invention for transmitting and / or receiving
  • Figure 2 A device according to the invention for transmitting and / or receiving
  • a device 1 for transmitting and / or receiving sound signals comprises an electromechanical film 3, which is provided on one side with a metallic coating 5.
  • the metallic coating 5 acts as a ground electrode 7.
  • Coating 5 can, as shown in Figure 1, the full surface on the
  • Each transducer 9 further comprises a transducer electrode 1 1.
  • the transducer electrode 1 1 is the shape and size of the transducer 9 again. If not the entire surface of the electromechanical film 3 is coated with a metallic coating 5 to form the ground electrode 7, but only the one
  • Ground electrode has the same shape as the transducer electrode 1 1.
  • the ground electrode slightly larger than the transducer electrode 1 1.
  • the converter electrodes 11 are formed on a printed circuit board 13.
  • the circuit board 13 can be made of any known to the expert material for printed circuit boards. It is preferred to form the printed circuit board 13 from a flexible material.
  • an adhesive layer 15 is applied. With the adhesive layer 15, the electromechanical film 3 is attached to the circuit board 13 and the transducer electrodes 1 1.
  • adhesive for the adhesive layer 15 any adhesive with which the electromechanical film 3 can be mounted on the circuit board 13 is suitable. It is important to ensure that an adhesive is used that does not damage the electromechanical film 3.
  • a protective layer 17 is for example a polymer layer with which the device 1 is protected for transmitting and / or receiving sound signals against mechanical effects.
  • the entire device 1 for sending and / or
  • the further protective layer 19 serves to protect the device 1 for transmitting and / or receiving sound signals against external influences, for example against weather influences or mechanical influences. In order to dissipate heat generated during operation of the device 1, which is
  • the heat-dissipating carrier 21 is preferably made of a metallic material that is good heat-conducting. In order to remove the heat from the heat-dissipating carrier 21, this is, for example, when using the device for transmitting and / or
  • the heat-dissipating carrier 21 is preferably thermally connected to the body. This can be done for example by a welded joint.
  • the heat-dissipating carrier 21 is preferably made of a metal, for example steel, aluminum, brass or copper.
  • the heat-dissipating carrier 21, on which the circuit board 13 is fixed to the sound transducers 9, may be, for example, a body component.
  • the further protective layer 19 may be, for example, a vehicle paint in this case, which also represents a protection against environmental influences.
  • the circuit board with the device 1 for transmitting and / or receiving sound signals When the circuit board is made of a flexible material, this has the advantage that the entire device for transmitting and / or receiving sound signals is flexible and can be adapted to the surface on which it is applied.
  • the attachment of the device for transmitting and / or receiving sound signals is effected, for example, by gluing the printed circuit board on the heat-dissipating carrier 21st In addition to sticking any other type of attachment can be selected.
  • Essential in the attachment is a heat-dissipating attachment. When the circuit board is bonded to the heat-dissipating carrier 21, it is particularly advantageous when a thermally conductive adhesive is used.
  • FIG. 2 shows a device for transmitting and / or receiving sound signals in a second embodiment.
  • the device for transmitting and / or receiving sound signals comprises an electromechanical film 3, a ground electrode 7 applied as metallic coating 5 on the electromechanical film 3, two transducer electrodes 1 1, each defining a sound transducer 9.
  • the transducer electrodes 1 1 are formed as conductor tracks on a printed circuit board 13.
  • the electromechanical foil with the applied on it Metallic coating 5 is fixed with an adhesive layer 15 on the circuit board 13 with the transducer electrodes 1 1 applied thereto.
  • the heat dissipating carrier 21 is designed to have a surface whose dimensions are the size of the device 1 for transmitting and / or receiving
  • transducer electrode 1 1 To operate the transducer, a voltage is applied between transducer electrode 1 1 and ground electrode 7. By applying the voltage, the electromechanical film 3 is excited to vibrate by applying electric charges impressed on pores 23 of the electromechanical film by applying the voltage to the electromechanical film
  • the electromechanical film 3 When a sound signal impinges on the sound transducer 9, the electromechanical film 3 begins to vibrate and due to the charges on the pores 23, a voltage is generated. This can be tapped via the conversion electrodes 1 1. Based on the sound propagation time between emitted signal and received echo, the distance to an object can be determined.
  • electromechanical film 3 which can be used for example as ultrasonic sensors as distance sensors on motor vehicles. It is also possible to provide only one transducer electrode 1 1. Furthermore, it is also possible, the heat-dissipating carrier 21 on the side of
  • ground electrode can also be connected in a heat-conducting manner to a carrier and dimensioned such that the ground electrode simultaneously serves as a heat-dissipating carrier.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfassend eine elektromechanische Folie (3), die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode (7) und mindestens einer Rückseitenelektrode (11) verbunden ist, wobei die elektromechanische Folie (3) wärmeleitend mit einem Träger verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Verwendung der Vorrichtung als Ultraschallsensor zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfelds eines Kraftfahrzeugs.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von
Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfassend eine elektromechanische Folie, die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode und mindestens einer Rückseitenelektrode verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Verwendung der Vorrichtung. Stand der Technik
Vorrichtungen zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere
Ultraschall, werden zum Beispiel als Ultraschallsensoren zur Umfelderfassung eingesetzt. Hierzu wird von einem Sender ein Signal gesendet, das von einem Objekt im
Erfassungsbereich des Sensors reflektiert wird. Das reflektierte Echo wird von einem
Empfänger empfangen und aus der Laufzeit der Abstand zu dem Objekt bestimmt. Hierbei ist es möglich, als Sender und Empfänger getrennte Bauteile einzusetzen oder einen Sensor, der zunächst einen Schallimpuls sendet und nach Ausschwingen das Echo empfängt. Derartige Sensoren werden auch als Transceiver bezeichnet.
Einsatz finden solche Ultraschallsensoren zum Beispiel zur Umfeldüberwachung eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise für automatische Einparksysteme oder auch für eine Tote- Winkel-Überwachung. Neben dem Einsatz in Kraftfahrzeugen können derartige Sensoren auch in Robotern, beispielsweise in fahrerlosen Transportsystemen, automatischen
Rasenmähern oder Staubsaugern oder ähnlichem eingesetzt werden.
Üblicherweise werden derzeit Ultraschallsensoren gebaut, die auf piezoelektrischer Basis arbeiten. Alternativ zu diesen ist es jedoch auch bekannt, zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen sogenannte elektromechanische Folien einzusetzen. Der Aufbau und die Herstellung solcher Folien sind zum Beispiel in US 4,654,546 beschrieben. Aufgrund der hohen Frequenz eines Ultraschallsignals und der damit verbundenen
Bewegung in der elektromechanischen Folie entsteht beim Senden und Empfangen der Signale Wärme. Dies führt zu einer unerwünschten Erwärmung des Sensors. Alternativ kann es auch von außen zu einer Wärmeeinwirkung auf das Sensorelement kommen.
Um Wärme aus einer Schaltungsanordnung zu entfernen, ist aus DE-A 10 2007 037 543 bekannt, zwischen einzelne Chips jeweils eine Wärmeabfuhreinheit vorzusehen und diese mit einer Wärmeabfuhreinrichtung zu koppeln. Eine solche Einheit kann jedoch in
Ultraschallsensoren nicht eingesetzt werden, da bei entsprechenden wärmeableitenden Schichten die Schwingungen des Sensors gedämpft werden. Ein entsprechender
Ultraschallsensor würde somit nicht mehr zuverlässig arbeiten.
Offenbarung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere Ultraschall, umfasst eine elektromechanische Folie, die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode und mindestens einer Rückseitenelektrode verbunden ist, wobei die elektromechanische Folie wärmeleitend mit einem Träger verbunden ist.
Durch die wärmeleitende Verbindung mit einem Träger wird Wärme aus der
elektromechanischen Folie abgeführt und so sichergestellt, dass die Folie bei im
Wesentlichen gleichbleibender Temperatur und damit zuverlässig arbeitet. Im Fall einer zeitlich begrenzten Wärmeeinwirkung von außen wird diese Wärme schneller abgeführt und die Temperatur des Sensorelementes schneller wieder auf Arbeitstemperatur abgesenkt.
Eine elektromechanische Folie im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Membran aus einem sogenannten Ferroelektret-Material. Als Ferroelektret-Materialien werden insbesondere geschlossenporige Polymerschäume bezeichnet, bei denen an der
Grenzfläche der einzelnen Poren positive und negative elektrostatische Ladungen dauerhaft lokalisiert sind. Durch die aufgeprägten elektrostatischen Ladungen, dehnen sich die einzelnen Poren beim Anlegen einer elektrischen Spannung aus oder ziehen sich bei umgekehrter Polarisation zusammen. Hierdurch ist es möglich, durch entsprechende Anregung eine Schwingung zu erzeugen, die als Schallimpuls gesendet werden kann. Entsprechend kann beim Auftreffen von Schallwellen durch die mechanische Veränderung der Größe der Poren eine Spannung erzeugt werden, die abgegriffen werden kann.
Als Polymermaterialien zur Herstellung der Schäume eignen sich insbesondere fluorbasierte Polymere, beispielsweise Polytetrafluorethylen, Polyfluorethylenpropylen und
Polyvinylidenfluorid. Weiterhin eignet sich zum Beispiel auch Polyethylenterephthalat. Neben den genannten Polymeren sind auch Copolymere dieser Polymere geeignet.
Um die elektromechanische Folie als Sender oder Empfänger für Schallsignale nutzen zu können, ist eine Seite der Folie im Allgemeinen vollflächig metallisiert. Diese Schicht dient als Masseelektrode. Auf der der vollflächig metallisierten Seite gegenüberliegenden Seite sind jeweils an den Positionen, an denen die jeweiligen Sender und/oder Empfänger lokalisiert sein sollen, Elektroden aufgebracht. Sowohl die vollflächige Masseelektrode als auch die Elektroden an den Positionen, die jeweils als Sender und/oder Empfänger dienen, werden zum Beispiel durch stromlose und/oder galvanische Abscheidung, chemische Abscheideverfahren oder physikalische Abscheideverfahren aufgebracht. Besonders geeignet zum Aufbringen der Metallisierung für die Elektroden sind Verfahren, bei denen das Metall auf die elektromechanische Folie aufgedampft wird, beispielsweise CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren oder PVD (Physical Vapour Deposition)-Verfahren.
Alternativ ist es auch möglich, keine der Elektroden vollflächig auszubilden, sondern sowohl Vorderseitenelektrode als auch Rückseitenelektrode jeweils gegenüberliegend zu gestalten. Bevorzugt ist jedoch, entweder die Vorderseitenelektrode oder die Rückseitenelektrode vollflächig zu gestalten. Wenn die Vorderseitenelektrode und/oder die Rückseitenelektrode eine vollflächige Metallschicht ist, kann diese erfindungsgemäß in einer ersten
Ausführungsform zur Wärmeableitung mit dem Träger verbunden werden. Hierzu ist zum Beispiel möglich, die vollflächig ausgebildete Elektrode an einem gut wärmeleitenden Abschnitt des Trägers aufzubringen. Alternativ ist es auch möglich, die vollflächige Elektrode in einer größeren Dicke zu gestalten, vorzugsweise in einer Dicke von mindestens 100 μηη, um die Wärme über seitlich angebrachte Wärmebrücken, mit denen die wärmeleitende Schicht mit dem Träger verbunden ist, abführen zu können. In einer alternativen Ausführungsform ist auf die elektromechanische Folie und die mindestens eine Vorderseitenelektrode oder die mindestens eine Rückseitenelektrode eine Isolierschicht aufgebracht und auf der Isolierschicht eine gut wärmeleitende Schicht zur Wärmeabfuhr. Die aufgebrachte Isolierschicht dient insbesondere als elektrische Isolierung. Als Material für die Isolierschicht eignen sich beliebige dielektrische Materialien,
insbesondere Polymere. Geeignete Polymere sind zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, oder Polyurethane.
Als„gut wärmeleitend" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit verstanden, die so groß ist, dass beim Betrieb eines auf der
elektromechanischen Folie ausgebildeten Sensorelements entstehende Wärme abgeführt werden kann, ohne dass sich das Sensorelement auf Temperaturen oberhalb der
Arbeitstemperatur erwärmt und das Sensorelement so bei im Wesentlichen gleichbleibender Temperatur betrieben werden kann.
Die auf die Isolierschicht aufgebrachte gut wärmeleitende Schicht ist vorzugsweise eine metallische Schicht. Die gut wärmeleitende Schicht kann dabei ebenso wie die Elektroden durch stromlose und/oder galvanische Abscheidung oder durch chemische oder
physikalische Abscheideverfahren, beispielsweise Aufdampfen, aufgebracht werden. Beim Betrieb des Sensors entstehende Wärme wird durch Wärmeleitung durch die Isolierschicht zur gut wärmeleitenden Schicht transportiert und von dieser an den Träger abgeführt. Hierzu ist die gut wärmeleitende Schicht wärmeleitend mit dem Träger verbunden.
Als Material für die gut wärmeleitende Schicht eignen sich zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Silber, Messing oder Stahl.
Als Material für die Elektroden, insbesondere wenn diese als wärmeleitende Schicht genutzt werden, eignen sich zum Beispiel Kupfer, Silber, Gold oder Aluminium. Um die Wärme von der elektromechanischen Folie an den Träger leiten zu können, ist es bevorzugt, wenn der Träger ein gut wärmeleitendes Material enthält. Die Wärme von der elektromechanischen Folie wird dann durch wärmeleitende Verbindung über die gut wärmeleitende Schicht an das gut wärmeleitende Material des Trägers geleitet. Hierbei ist es sowohl möglich, dass der gesamte Träger aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist oder nur Teile des Trägers aus einem gut wärmeleitenden Material und die Basis des Trägers aus einem schlecht wärmeleitenden Material. Die elektromechanische Folie ist dann mit dem gut wärmeleitenden Abschnitten des Trägers verbunden.
Unter„schlecht wärmeleitend" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
Wärmeleitfähigkeit verstanden, die so klein ist, dass die beim Betrieb eines Sensorelements entstehende Wärme nicht abgeleitet werden kann und sich das Sensorelement deshalb aufheizt.
Als Basis für den Träger eignen sich dann zum Beispiel Kunststoffe, wobei diese auch einen niedrigen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen dürfen. Als gut wärmeleitende Abschnitte können zum Beispiel metallische Abschnitte genutzt werden.
Alternativ ist es auch möglich, den Träger zum Beispiel aus einem Material mit einer guten Wärmespeicherfähigkeit zu gestalten. In diesem Fall wird bei Erwärmung der Sensoren Wärme von den Sensoren an das wärmespeichernde Material abgegeben und bei einer Abkühlung der Sensoren Wärme vom wärmespeichernde Material zurück an den Sensor. Dies erlaubt es, den Sensor bei im Wesentlichen konstanter Temperatur betreiben zu können Um zu vermeiden, dass beim Anlegen einer Spannung an die elektromechanische Folie Strom in den Träger fließt, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Träger und der Elektrode der elektromechanischen Folie eine Isolierschicht aufgenommen ist. Für die Isolierschicht eignet sich dabei jedes beliebige elektrisch isolierende Material, insbesondere eignen sich Kunststoffmaterialien.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen eignet sich zum Beispiel zur Umfelderfassung für Fahrassistenzsysteme in Kraftfahrzeugen. Weiterhin kann die Vorrichtung auch eingesetzt werden, um in sich autonom bewegenden Systemen die Umgebung zu erfassen. Derartige sich autonom bewegende Systeme sind zum Beispiel Roboter, beispielsweise führerlose Rasenmäher oder Staubsauger oder auch führerlose Transportsysteme, wie sie in der Industrie eingesetzt werden.
Wenn die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignal in einem
Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ist es besonders bevorzugt, wenn der Träger ein Stoßfänger des Kraftfahrzeugs ist. Die elektromechanische Folie wird in diesem Fall mit dem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs derart verbunden, dass jeweils an den Positionen, an denen sich
Ultraschallsensoren befinden sollen, eine Elektrode oder ein Array ausgebildet ist. Alternativ ist es auch möglich, jeweils Folienabschnitte an den Positionen aufzubringen, an denen Sensoren lokalisiert sein sollen. Diese Positionen haben eine gute Verbindung zum
Luftschallfeld, müssen sich aber nicht im Stoßfänger befinden.
Um die Wärme aus der elektromechanischen Folie abführen zu können, wird entweder eine vollflächige Elektrode der Vorrichtung wärmeleitend mit dem Träger verbunden oder aber die separate vorgesehene wärmeableitende Schicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen von
Schallsignalen in einer ersten Ausführungsform, Figur 2 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen von
Schallsignalen in einer zweiten Ausführungsform.
Ausführungsvarianten Eine Vorrichtung 1 zum Senden und / oder Empfangen von Schallsignalen umfasst eine elektromechanische Folie 3, die einseitig mit einer metallischen Beschichtung 5 versehen ist. Die metallische Beschichtung 5 wirkt dabei als Masseelektrode 7. Die metallische
Beschichtung 5 kann dabei, wie in Figur 1 dargestellt, vollflächig auf der
elektromechanischen Folie 3 aufgebracht sein oder jeweils an den Stellen, an denen einzelne Schallwandler 9 auf der elektromechanischen Folie 3 ausgebildet werden sollen. Jeder Schallwandler 9 umfasst weiterhin eine Wandlerelektrode 1 1 . Die Wandlerelektrode 1 1 gibt dabei die Form und Größe des Schallwandlers 9 wieder. Wenn nicht die gesamte Oberfläche der elektromechanischen Folie 3 mit einer metallischen Beschichtung 5 zur Bildung der Massenelektrode 7 beschichtet ist, sondern jeweils nur die den
Wandlerelektroden 1 1 gegenüberliegenden Stellen, ist es bevorzugt, wenn die Masseelektrode die gleiche Form aufweist wie die Wandlerelektrode 1 1 . Alternativ ist es auch möglich, die Masseelektrode etwas größer vorzusehen als die Wandlerelektrode 1 1 .
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind die Wandlerelektroden 1 1 auf einer Leiterplatte 13 ausgebildet. Die Leiterplatte 13 kann dabei aus jedem beliebigen, dem Fachmann bekannten Material für Leiterplatten gefertigt sein. Bevorzugt ist es dabei, die Leiterplatte 13 aus einem flexiblen Material zu formen.
Auf die Wandlerelektroden 1 1 , die auf der Leiterplatte 13 ausgebildet sind, wird eine Klebstoffschicht 15 aufgebracht. Mit der Klebstoffschicht 15 wird die elektromechanische Folie 3 an der Leiterplatte 13 und den Wandlerelektroden 1 1 befestigt. Als Klebstoff für die Klebstoffschicht 15 eignet sich jeder beliebige Klebstoff, mit dem die elektromechanische Folie 3 auf der Leiterplatte 13 befestigt werden kann. Hierbei ist darauf zu achten, dass ein Klebstoff verwendet wird, der die elektromechanische Folie 3 nicht schädigt.
Auf der Masseelektrode 7 können weitere Schutzschichten 17 aufgebracht sein. Als Schutzschicht 17 eignet sich zum Beispiel eine Polymerschicht, mit der die Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen gegen mechanische Einwirkungen geschützt wird. Zusätzlich kann die gesamte Vorrichtung 1 zum Senden und/oder
Empfangen von Schallsignalen von einer weiteren Schutzschicht 19 umschlossen sein. Die weitere Schutzschicht 19 dient ebenso wie die Schutzschicht 17 zum Schutz der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen gegen äußere Einflüsse, zum Beispiel gegen Witterungseinflüsse oder mechanische Einflüsse. Um beim Betrieb der Vorrichtung 1 entstehende Wärme abführen zu können, ist die
Vorrichtung 1 erfindungsgemäß mit einem wärmeableitenden Träger 21 verbunden. Der wärmeableitende Träger 21 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt, das gut wärmeleitend ist. Um die Wärme aus dem wärmeableitenden Träger 21 abführen zu können, ist dieser zum Beispiel bei Einsatz der Vorrichtung zum Senden und/oder
Empfangen von Schallsignalen als Abstandssensor in einem Kraftfahrzeug mit weiteren Karosserieteilen des Fahrzeugs verbunden. Hierbei ist der wärmeableitende Träger 21 vorzugsweise thermisch an die Karosserie angebunden. Dies kann zum Beispiel durch eine Schweißverbindung erfolgen. Der wärmeableitende Träger 21 ist vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise Stahl, Aluminium, Messing oder Kupfer gefertigt. Gleichzeitig kann der wärmeableitende Träger 21 , sofern dieser aus einem Metall geformt ist und damit ebenfalls gut einen elektrischen Strom leiten kann, als Masseelektrode für eine elektrische Schirmung der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen dienen.
Der wärmeableitende Träger 21 , auf dem die Leiterplatte 13 mit den Schallwandlern 9 befestigt ist, kann zum Beispiel ein Karosseriebauteil sein. Die weitere Schutzschicht 19 kann in diesem Fall beispielsweise eine Fahrzeuglackierung sein, die gleichzeitig auch einen Schutz vor Umwelteinflüssen darstellt. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel auf einem Karosseriebauteil aus einem Kunststoffmaterial eine Metallschicht aufzubringen, die als Wärmeleitschicht und damit als wärmeableitender Träger 21 dient. So ist es zum Beispiel möglich, auf einen Stoßfänger aus einem Kunststoffmaterial eine Metallschicht zur
Wärmeleitung aufzubringen und auf diese Metallschicht die Leiterplatte mit der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen. Wenn die Leiterplatte aus einem flexiblen Material gefertigt ist, hat dies den Vorteil, dass die gesamte Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen flexibel ist und so an die Oberfläche, auf der diese aufgebracht wird, angepasst werden kann. Die Befestigung der Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen erfolgt dabei zum Beispiel durch Aufkleben der Leiterplatte auf den wärmeableitenden Träger 21 . Neben Aufkleben kann auch jede beliebige andere Befestigungsart gewählt werden. Wesentlich bei der Befestigung ist eine wärmeableitende Befestigung. Wenn die Leiterplatte auf den wärmeableitenden Träger 21 geklebt wird, so ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein wärmeleitender Kleber eingesetzt wird.
In Figur 2 ist eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen in einer zweiten Ausführungsform dargestellt.
Der Aufbau der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in Figur 1 dargestellten. Auch in Figur 2 umfasst die Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen eine elektromechanische Folie 3, eine als metallische Beschichtung 5 auf der elektromechanischen Folie 3 aufgebrachte Masseelektrode 7, zwei Wandlerelektroden 1 1 , die jeweils einen Schallwandler 9 definieren. Auch in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wandlerelektroden 1 1 als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 13 ausgebildet. Die elektromechanische Folie mit der darauf aufgebrachten metallischen Beschichtung 5 wird mit einer Klebstoffschicht 15 auf der Leiterplatte 13 mit den darauf aufgebrachten Wandlerelektroden 1 1 befestigt. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der wärmeableitende Träger 21 so gestaltet, dass dieser eine Oberfläche aufweist, die in ihren Abmaßen der Größe der Vorrichtung 1 zum Senden und/oder Empfangen von
Schallsignalen entspricht. Teile der Leiterplatte 13, auf denen sich keine elektromechanische Folie 3 mehr befindet, werden um den wärmeableitenden Träger 21 gelegt und liegen so an diesem an. Auf diese Weise kann über die gesamte Leiterplatte 13 Wärme an den wärmeableitenden Träger 21 abgegeben werden.
Zum Betrieb des Schallwandlers wird zwischen Wandlerelektrode 1 1 und Masseelektrode 7 eine Spannung angelegt. Durch das Anlegen der Spannung wird die elektromechanische Folie 3 zu Schwingungen angeregt, indem elektrische Ladungen, die an Poren 23 der elektromechanischen Folie aufgeprägt sind, durch das Anlegen der Spannung zur
Abstoßung bzw. Anziehung der gegenüberliegenden Seiten führen. Die so aufgebrachten Schwingungen werden als Schallsignal vom Schallwandler 9 emittiert.
Beim Auftreffen eines Schallsignals auf den Schallwandler 9 beginnt die elektromechanische Folie 3 zu schwingen und aufgrund der Ladungen an den Poren 23 wird eine Spannung erzeugt. Diese kann über die Wandelelektroden 1 1 abgegriffen werden. Anhand der Schalllaufzeit zwischen ausgesendetem Signal und empfangenem Echo lässt sich der Abstand zu einem Objekt bestimmen.
Neben den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen mit nur zwei
Schallwandlern 9 ist es auch möglich, mehr als zwei Schallwandler an der
elektromechanischen Folie 3 vorzusehen, die zum Beispiel als Ultraschallsensoren als Abstandssensoren an Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Auch ist es möglich, nur eine Wandlerelektrode 1 1 vorzusehen. Des Weiteren ist es auch möglich, den wärmeableitenden Träger 21 auf der Seite der
Masseelektrode vorzusehen. Hierbei kann auch die Masseelektrode wärmeleitend an einem Träger angebunden sein und so dimensioniert werden, dass die Masseelektrode gleichzeitig als wärmeableitender Träger dient. Bevorzugt ist jedoch eine Anordnung des
wärmeableitenden Trägers 21 auf der Seite der Wandlerelektroden 1 1 , wie diese in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Schallsignalen, insbesondere
Ultraschall, umfassend eine elektromechanische Folie (3), die mit mindestens einer Vorderseitenelektrode (7) und mindestens einer Rückseitenelektrode (1 1 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Folie(3) wärmeleitend mit einem
Träger (21 ) verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorderseitenelektrode (7) und/oder die Rückseitenelektrode (1 1 ) eine vollflächige Metallschicht ist, die zur Wärmeableitung mit dem Träger (21 ) verbunden ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die
elektromechanische Folie (3) und die mindestens eine Vorderseitenelektrode (7) oder die mindestens eine Rückseitenelektrode (1 1 ) eine Isolierschicht aufgebracht ist und auf der Isolierschicht eine gut wärmeleitende Schicht zur Wärmeabfuhr.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Schicht aus einem Polymer umfasst.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gut
wärmeleitende Schicht eine Metallschicht ist, zum Beispiel Kupfer, Aluminium, Silber, Messing oder Stahl.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (21 ) ein gut wärmeleitendes Material enthält.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Basis aus einem schlecht wärmeleitenden Material und einen gut wärmeleitenden Abschnitt, mit dem die elektromechanische Folie wärmeleitend verbunden ist, aufweist.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger (21 ) und der elektromechanischen Folie (3) eine Isolierschicht aufgenommen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (21 ) ein Stoßfänger, ein Karosserieteil oder anderes an der Außenhülle angebrachtes Teil eines Kraftfahrzeugs oder eines sich autonom bewegenden Systems ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das sich autonom bewegende System ein Roboter ist.
1 1 . Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Ultraschallsensor zur Umfelderfassung, insbesondere zur Erfassung des Umfelds eines Kraftfahrzeugs oder eines sich autonom bewegenden Systems.
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