Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors sowie Ultraschallsensor

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors (2), mit einer Membrane (10) und mit einem an der Membrane (10) anzuordnenden Entkopplungselement (12), wobei im montierten Zustand von Membrane (10) und Entkopplungsmedium (12) deren Oberflächen (20, 22, 24, 26) zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung (36) versehen werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors, mit einer Membrane und mit einem an der Membrane anzuordnenden Entkopplungselement. Derartige Ultraschallsensoren finden beispielsweise bei Nahbereichserkennungssystemen von Kraftfahrzeugen Verwendung.

[0002] Ein eingangs genannter Ultraschallsensor ist beispielsweise aus der DE 101 25 272 A1 bekannt. Das dort genannte Entkopplungsmedium dient dazu, die Membrane von umliegenden Bauteilen schwingungstechnisch zu entkoppeln. So kann mit dem Entkopplungselement eine Entkopplung der Membrane von einem Gehäuse des Ultraschallsensors erfolgen und/oder von einem Stoßfänger, in dem der Ultraschallsensor angeordnet ist.

[0003] Der Einsatz von Ultraschallsensoren in Nahbereichserkennungssystemen von Kraftfahrzeugen hat viele technische Vorteile. Es ist jedoch aus optischen Gründen erwünscht, dass die Ultraschallsensoren sich so unauffällig wie möglich in das Gesamtbild eines Kraftfahrzeuges einpassen.

[0004] Hiervon ausgehend wurde vorgeschlagen, die in Einbausituation sichtbaren Oberflächen der Membrane galvanisch zu verchromen. Anschließend wird die solchermaßen verchromte Membrane in das Gehäuse eines Ultraschallsensors eingesetzt. Mit einem solchen Ultraschallsensor kann die optische Integration im Bereich einer verchromten Stoßstange eines Kraftfahrzeugs verbessert werden. Jedoch ist mit dem bekannten Ultraschallsensor eine perfekte optische Integration in die Einbauumgebung noch nicht ermöglicht.

[0005] Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors bereitzustellen, das es ermöglicht, einen Ultraschallsensor möglichst unauffällig in seine Einbauumgebung integrieren zu können.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im montierten Zustand von Membrane und Entkopplungsmedium deren Oberflächen zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung versehen werden. Dies hat einerseits den Vorteil, dass nicht nur die Membrane selbst, sondern auch die für einen Betrachter sichtbaren Oberflächen des Entkopplungselements optisch an die Einbauumgebung des Ultraschallsensors angepasst wird. Somit verbleibt nicht, wie bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Sensor, ein sich farblich von der Membrane abhebender Oberflächenabschnitt des Entkopplungsmediums.

[0007] Dadurch, dass das Aufbringen der metallischen Beschichtung im montierten Zustand von Membrane und Entkopplungsmedium erfolgt, kann eine durchgängige metallische Beschichtung erzeugt werden, so dass für einen Betrachter der Eindruck entsteht, dass Membrane und Entkopplungsmedium miteinander einstückig ausgebildet sind.

[0008] Darüber hinaus kann die Anzahl von Fertigungsschritten reduziert werden, wenn der Auftrag der metallischen Beschichtung im montierten Zustand von Membrane und Entkopplungsmedium erfolgt.

[0009] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Auftrag der metallischen Beschichtung erfolgt, wenn die Membrane und das Entkopplungselement in einem Gehäuse des Ultraschallsensors montiert sind, so dass das Entkopplungselement zwischen Gehäuse und Membrane angeordnet ist. Dies erlaubt es, einen Ultraschallsensor zunächst fertig zu montieren, um ihn dann entweder einer Anwendung zuzuführen, in der eine metallische Beschichtung nicht gewünscht oder nicht erforderlich ist oder um ihn dann mit einer metallischen Beschichtung zu versehen. Dabei können auch Oberflächenabschnitte des Gehäuses zumindest abschnittsweise mit dieser metallischen Beschichtung versehen werden. Hierdurch ist einerseits gewährleistet, dass auch bei größeren Spaltmaßen zwischen dem Ultraschallsensor und der Einbauumgebung des Ultraschallsensors alle sichtbaren Oberflächenabschnitte gleichförmig mit der metallischen Beschichtung versehen sind. Dies hat auch den Vorteil, dass der Auftrag der metallischen Beschichtung nicht mit engen Toleranzen behaftet lokal nur auf die Membrane und das Entkopplungsmedium beziehungsweise deren sichtbare Oberflächen erfolgen muss. Vielmehr können auch angrenzende Gehäuseabschnitte des Ultraschallsensors ebenfalls mit der metallischen Beschichtung versehen werden, wodurch das Auftragen der metallischen Beschichtung mit großzügigen Toleranzen behaftet sein kann.

[0010] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die metallische Beschichtung mit Hilfe des PVD-Verfahrens aufgetragen wird. PVD steht für Physical Vapour Deposition. Bei diesem Verfahren wird Beschichtungsmaterial in fester Form in eine unter Vakuum stehende Beschichtungskammer eingebracht. Das Beschichtungsmaterial wird lokal verdampft, so dass sich dieses verdampfte Material auf einem zu beschichtenden Substrat absetzen kann.

[0011] Auf diese Weise kann ein Ultraschallsensor hergestellt werden, der eine optisch perfekte metallische Beschichtung aufweist. Das PVD-Verfahren hat gegenüber dem bisher für die Verchromung der Membrane verwendeten galvanischen Verfahren den Vorteil, dass auch ein bereits vollständig montierter Ultraschallsensor beschichtet werden kann, da das PVD-Verfahren ein "trockenes" Verfahren ist, das es ermöglicht, auf den Einsatz von galvanischen Bädern verzichten zu können.

[0012] Weiterhin kann gezielt auf die Farbe der metallischen Beschichtung Einfluss genommen werden, indem das Beschichtungsmaterial entsprechend ausgewählt wird. Dabei ist es auch möglich, Mischungen von Metallen zu verwenden. Ferner ist das PVD-Verfahren aufgrund des bereits erwähnten Verzichts auf galvanische Bäder umweltfreundlich.

[0013] Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz des Sputter-Verfahrens erwiesen. Bei diesem Verfahren erfolgt das Verdampfen des Beschichtungsmaterials in der Vakuumkammer dadurch, dass das Beschichtungsmaterial mit Ionen beschossen wird. Um Oxidationseffekte zu vermeiden, werden hierfür in vorteilhafter Weise Edelgasionen, beispielsweise Argonionen, eingesetzt. Beim Auftreffen der Ionen auf das Beschichtungsmaterial können Atome, die in den Oberflächenschichten des Beschichtungsmaterials angeordnet sind, herausgelöst werden, so dass diese sich auf der Membrane und dem Entkopplungsmedium absetzen können.

[0014] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vor Auftrag der metallischen Beschichtung eine erste Lackschicht auf Oberflächenabschnitte der Membrane und/oder des Entkopplungsmediums und/oder des Gehäuses aufgetragen. Mit einer solchen ersten Lackschicht kann eine Oberfläche geschaffen werden, auf der die anschließend aufzutragende metallische Beschichtung gut haftet. Durch eine geeignete Zusammensetzung des Materials der ersten Lackschicht kann auch ein Hochglanzeffekt erreicht werden.

[0015] In vorteilhafter Weise ist die Lackschicht so dick, dass Unebenheiten in den Oberflächenabschnitten der Membrane und/oder des Entkopplungsmediums und/oder des Gehäuses ausgeglichen werden können. Hierdurch kann für den nachfolgenden Auftrag der metallischen Beschichtung eine ebene Trägerfläche vorgesehen sein.

[0016] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf die metallische Beschichtung eine äußere Lackschicht aufgetragen wird. Mit einer solchen äußeren Lackschicht kann die metallische Beschichtung geschützt werden, insbesondere im Hinblick auf Korrosion und Verschleiß. Der Korrosionsschutz ist insbesondere im Hinblick auf aggressive Medien wie Streusalz von Bedeutung. Ein Verschleißschutz ist vor allem bei einem frontseitigen Einbau eines Ultraschallsensors in ein Kraftfahrzeug wünschenswert, um Schäden durch Steinschlag zu vermeiden.

[0017] Die äußere Lackschicht kann zumindest anteilig Klarlack enthalten, durch den gleichzeitig eine hoch glänzende Oberfläche erzeugt wird und die metallische Beschichtung vor mechanischen Einflüssen geschützt wird.

[0018] Die Erfindung betrifft auch einen Ultraschallsensor.

[0019] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.

[0020] Es zeigen:

Figur 1

eine perspektivische Ansicht eines in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Ultraschallsensors; und

Figur 2

eine schematische Ansicht des bei dem Ultraschallsensor gemäß Figur 1 verwendeten Schichtaufbaus.

[0021] In Figur 1 ist ein Ultraschallsensor insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Dieser weist ein Gehäuse 4 auf, das einen seitlichen elektrischen Anschlussbereich 6 sowie einen topfförmigen Aufnahmebereich 8 aufweist. Im Aufnahmebereich 8 ist eine kreisrunde Membrane 10 angeordnet. Zwischen dem Aufnahmebereich 8 des Gehäuses 4 und der Membrane 10 ist ein insgesamt ringförmiges Entkopplungselement 12 vorgesehen. Das Entkopplungselement 12 besteht aus einem elastischen Material. Das Entkopplungselement 12 weist, benachbart zur Membrane 10, einen stirnseitigen Ringkörper 14 auf, an den sich in Richtung auf den Aufnahmebereich 8 eine in etwa zylindrische Wandung 16 anschließt. An diese Wandung 16 wiederum schließt sich ein Sockelbereich 18 an, der in dem Aufnahmebereich 8 des Gehäuses 4 aufgenommen ist.

[0022] Die beschriebenen Bauteile bilden Oberflächen aus, die für einen Betrachter in Einbausituation des Ultraschallsensors 2 sichtbar sind. Dies ist zum Beispiel eine kreisförmige Oberfläche 20 der Membrane 10. Dies ist außerdem eine ringförmig Oberfläche 22, die dem stirnseitigen Ringkörper 14 des Entkopplungselements 12 zugeordnet ist. Bei einem großzügigen Spaltmaß zwischen dem Ultraschallsensor und der Einbauumgebung ist auch ein Teil der zylindrischen Wandung 16 beziehungsweise dessen zugeordnete Oberfläche 24 sichtbar.

[0023] Ferner weist der Sockelbereich 18 des Entkopplungselements 12 eine Oberfläche 26 auf, die parallel zur kreisförmigen Oberfläche 20 der Membrane 10 angeordnet ist. Schließlich weist das Gehäuse 4 insgesamt mit 28 bezeichnete Oberflächenabschnitte auf. Die Oberflächenabschnitte 28 sind auf Höhe des Anschlussbereichs 6 durch ungleichmäßige Begrenzungen 30 und 32 begrenzt.

[0024] Die Oberflächen 20, 22, 24, 26 und 28 weisen einen Schichtaufbau auf, der in Figur 2 dargestellt ist. Dort ist als Träger beispielhaft die Membrane 10 dargestellt. Der Schichtaufbau des Entkopplungselements 12 beziehungsweise von Abschnitten des Gehäuses 4 ist jedoch identisch. Gemäß Figur 2 ist auf der Membrane eine erste Lackschicht 34 aufgetragen. Diese dient zum Ausgleich von Unebenheiten des Trägermaterials, also beispielsweise der Membrane 10, des Entkopplungselements 12 oder des Gehäuses 4. Auf diese erste Lackschicht 34 ist eine metallische Beschichtung 36 aufgebracht. Diese ist in vorteilhafter Weise mit Hilfe des Sputter-Verfahrens aufgetragen.

[0025] Schließlich ist auf der metallischen Beschichtung 36 eine äußere Lackschicht 38 angeordnet, die Klarlackbestandteile enthält und die metallische Beschichtung 36 vor korrosiven und mechanischen Einflüssen schützt.

[0026] Es versteht sich, dass der in Figur 2 dargestellte Schichtaufbau nicht maßstäblich dargestellt ist. Der in Figur 1 dargestellte Ultraschallsensor 2, der das Gehäuse 4, die Membrane 10 sowie das Entkopplungselement 12 aufweist, kann in einem fertig montierten Zustand sowohl mit der ersten Lackschicht 34, als auch mit der metallischen Beschichtung 36, als auch mit der äußeren Lackschicht 38 versehen werden. Dieser Auftrag kann mit großzügigen Toleranzen behaftet sein. Hieraus kann sich ergeben, dass die metallische Beschichtung 36 im Bereich des Anschlussbereichs 6 des Gehäuses 4 ungleichmäßig begrenzt ist (vergleiche Begrenzungen 30 und 32). Da dieser Bereich in Einbausituation des Ultraschallsensors 2 jedoch für einen Betrachter unsichtbar bleibt, ist es nicht erforderlich, diesen Bereich durchgängig mit dem Schichtaufbau gemäß Figur 2 zu versehen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Ultraschallsensors (2), mit einer Membrane (10) und mit einem an der Membrane (10) anzuordnenden Entkopplungselement (12), dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand von Membrane (10) und Entkopplungsmedium (12) deren Oberflächen (20, 22, 24, 26) zumindest abschnittsweise mit einer metallischen Beschichtung (36) versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag der metallischen Beschichtung (36) erfolgt, wenn die Membrane (10) und das Entkopplungselement (12) in einem Gehäuse (4) des Ultraschallsensors (2) montiert sind, so dass das Entkopplungselement (12) zwischen Gehäuse (4) und Membrane (10) angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenabschnitte (28) des Gehäuses (4) zumindest abschnittsweise mit der metallischen Beschichtung (36) versehen werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (36) mit Hilfe des PVD- (Physical Vapour Deposition) Verfahrens aufgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Beschichtung (36) mit Hilfe des Spütter-Verfahrens aufgetragen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Auftrag der metallischen Beschichtung (36) eine erste Lackschicht (34) auf Oberflächenabschnitte (20 - 28) der Membrane (10) und/oder des Entkopplungsmediums (12) und/oder des Gehäuses (4) aufgetragen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht (34) so dick ist, dass Unebenheiten in den Oberflächenabschnitten (20 - 28) der Membrane (10) und/oder des Entkopplungsmediums (12) und/oder des Gehäuses (4) ausgeglichen werden können.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die metallische Beschichtung (36) eine äußere Lackschicht (38) aufgetragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Lackschicht (38) zumindest anteilig Klarlack enthält.

10. Ultraschallsensor (2), mit einem Gehäuse (4), einer Membrane (10) und einem zwischen dem Gehäuse (4) und der Membrane (10) angeordneten Entkopplungselement (12), hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Zeichnung