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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen, insbesondere ein Struktur- oder Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Gerade aus dem Bereich der Luftfahrt- und Automobiltechnik ist die anhaltende Tendenz bekannt, dass Kraftstoffeinsparungen durch Gewichtsersparnis eines Fahrzeuges durch Verwendung besonderer Struktur- oder Formteile erzielt wird. Hierbei werden fortschreitend Teile aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen eingesetzt. Gegenüber metallischen Werkstoffen zeichnen sich diese neuen Werkstoffe durch eindeutig geringeres Gesamtgewicht bei mechanisch gleichwertigen Eigenschaften und hoher Korrosionsbeständigkeit aus. Als derartige Formteile werden nun auch nichtmetallische Struktur- und/oder Karosserieteile, wie beispielsweise Dachmodule, Heckmodule, Stoßfänger, aber auch Verkleidungsteile, etc. eingesetzt.
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Diese Entwicklung hat bei der aktuell sehr modernen Anforderung einer jederzeitigen Erreichbarkeit und Zugreifbarkeit auf unterschiedlichste elektronische Nachrichten, Medien und Datennetze jedoch erhebliche Nachteile: Für eine auch nachträglich jederzeit zu ermöglichende Anordnung von entsprechenden Antennen an einem derartigen Kraftfahrzeug fehlt regelmäßig die zur Ausbildung eines vollwertigen elektromagnetischen Dipols erforderliche gut leitende Ebene. Ferner können außerhalb wie innerhalb einer Fahrgastkabine Störungen auftreten, die sich durch statische elektrische Felder als elektrostatische Aufladung, oder durch elektromagnetische Wechselfelder in Form überhöhter elektromagnetischer Belastung bemerkbar machen. Als Störungen können dadurch neben beeinträchtigtem Radi- und/oder Mobilfunkempfang auch in den regelmäßig vernetzten Elementen eines Fahrzeugs somit auch gefährliche Fehlfunktionen auftreten. Ferner könnte die Gesundheit von Insassen selber auch direkt beeinträchtigt werden.
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Elektromagnetische Immissionen werden versuchsweise an Kunststoff-Dachmodulen eines Kraftfahrzeuges zur Nachrüstung von GSM-Außenantennen dadurch begrenzt, dass speziell gefertigte metallische Bleche an der Fahrgastzelleninnenseite eines derartigen Dachmoduls positioniert und fixiert werden. Derartige Kunststoff-Formteile weisen jedoch regelmäßig sphärische Wölbungen auf, so dass auch die entsprechenden Abschirmbleche entsprechend geformt werden müssen. Die hiermit verbundenen Werkzeugkosten machen die vorstehend beschriebene Maßnahme neben zusätzlichen Maßnahmen zum Korrosionsschutz sowie zur Abdichtung gegen eindringendes Wasser sehr teuer.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Ansätze bekannt, die sich der mangelnden elektrischen Leitfähigkeit von Formteilen aus Kunststoff annehmen, um bei unterschiedlichen Aufgabenstellungen jeweils Abhilfe zu schaffen und/oder Antennen anordnen zu können. So ist aus der
DE 101 06 410 A1 eine thermoplastische Frontverkleidung für ein Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem zur Verhinderung einer Ansammlung elektrostatischer Ladung sowie eines Eindringens elektromagnetischer Wellen eine elektrisch leitende dünnschichtige Substanz zwischen den Oberflächen eines Formhohlraums eingebracht wird.
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US 5,483,247 A lehrt die Verwendung einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht zwischen zwei Glasscheiben einer Front- und/oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeuges zum Aufbau einer Schlitzantenne zum Empfang von FM-Signalen.
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US 2004/0028859 A1 offenbart eine Zusammensetzung für eine Beschichtung mit elektrischer und magnetischer Leitfähigkeit und einem Bindungsmittel, das sich aufgrund seiner absorptiven Eigenschaften zur Beschichtung von Kunststoff-Oberflächen, faserverstärkten Kunststoffen und flexiblen Kunststoffgegenständen eignet.
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EP 0 351 192 A2 zeigt hingegen nur eine Fixierungsvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Antenne mit einem inneren und einem äußeren Aufbau zur Sicherstellung einer stets zuverlässigen und guten Erdung an den Wänden eines Fahrzeugkörpers. Diese Wände müssen dann jedoch aus Metall bestehen.
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DE 103 11 320 A1 offenbart einen Tankdeckel mit Mitteln zum Ableiten elektrostatischer Aufladung, die bei Berührung durch die Hand eines Anwenders auf den Tankdeckel übertragen werden könnte. Hierzu ist an dem Tankdeckel ein elektrisch leitendes Halteband zur Ableitung derartiger Aufladungen vorgesehen.
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DE 197 30 173 A1 beschreibt zu einer Kraftfahrzeug-Karosserie, bei der zumindest äußere Blechflächen weitgehend durch Kunststoffformteile ersetzt sind, die Verwendung flächiger oder streifenförmiger, elektrisch gut leitender metallischer Beschichtungen zur Schaffung einer Struktur für Antennen- und Massebezugsflächen an den Kunststoffformteilen.
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DE 1 296 539 A lehrt die Schaffung einer Blitzschutzvorrichtung für Autokarosserien aus Kunststoff, die durch das Einbetten metallischer Leiter in dem Kunststoff oder durch galvanische Metallüberzüge von Kunststoffbauteilen geschaffen wird.
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DE 100 32 559 A1 offenbart das Vorsehen einer Armierung in einem Kunststoffformteil als Anbauteil an einer Kraftfahrzeugkarosserie, die auch als Hilfsmittel für eine elektrostatische Beschichtung des Anbauteils nutzbar ist.
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Schließlich offenbart
US 4,429,341 A eine Blitzschutzvorrichtung für eine Flugzeug-Außenhaut aus Kunststoff. Hierzu wird die Verwendung von durch die mehrschichtig aufgebaute Außenhaut hindurch verlaufenden metallischen Elementen nach Art von Bolzen oder Nieten im Zusammenspiel mit einer durch Metallpulver leitend gemachten äußeren Oberfläche vorgeschlagen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Formteil mit einem besonderen Aufbau zur Verbesserung der mechanischen sowie elektromagnetischen Eigenschaften bei flexibler und einfach durchführbarer Nachrüstung einer Antenne sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass ein Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen als Struktur- oder Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges, bei dem das Formteil mindestens eine metallisch leitende Schicht aufweist, die auf mindestens einer möglichst großflächigen Oberfläche des Formteils aufgetragen ist, wobei an dem Formteil ein Masseanschluss in Form eines Blechstücks mit zugehörigen Anschlussmitteln für Erdungsleiter oder Erdungskabel vorgesehen ist, der durch Überstreichen oder Überlackieren mit der metallisch leitenden Schicht elektrisch leitend mit dieser verbunden ist und der Masseanschluss an dem Formteil in Form eines Blechstücks auf dem Formteil durch Aufkleben an dem Formteil fixiert und durch Überstreichen oder Überlackieren mit der metallisch leitenden Schicht elektrisch leitend verbunden ist. Damit wird erfindungsgemäß vom Einsatz speziell geformter und separat anzuordnender, auszurichtender und fixierender Abschirmbleche zugunsten einer vollflächigen oder auch teilweisen Beschichtung des Formteils Abstand genommen. Ein jeweiliger Herstellungs- und Formgebungsprozess eines Formteils selber bleibt von dieser Maßnahme also im Wesentlichen unberührt. Der Gesamtaufbau weist durch den Wegfall eines separaten Schirmungsblechs mit zugehörigen Fixierungen und Dichtungen wesentliche Vereinfachungen in seiner Fertigung auf. Zudem ist ein erfindungsgemäßes Formteil auch mechanisch belastbarer, da eventuell reißende Verbindungen zwischen dem Kunststoffkörper und einem separaten Element entfallen. Besonders anwenderfreundlich ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch, dass ein Masseanschluss an dem Formteil als Blechstück mit zugehörigen Anschlussmitteln für Erdungsleiter oder Erdungskabel vorgesehen, der auf dem Formteil fixiert und in einem anschließenden Schritt mit der Abschirmfarbe überstrichen bzw. überlackiert wird. So wird in nur einem Arbeitsschritt gleich auch eine elektrisch leitende Verbindung mit der Beschichtung hergestellt. Daraus ergibt sich eine insgesamt flexible und einfach durchführbare Nachrüstung einer Antenne an einem Formteil aus mindestens einem Kunststoff oder Kunststoff-Verbundwerkstoffen als Struktur- oder Karosserieteil eines Kraftfahrzeuges.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung tritt an die Stelle aufgeklebter oder selbstklebender leitender Folien, beispielsweise aus Aluminium, eine Beschichtung aus einer elektromagnetischen Abschirmfarbe. Nach bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Abschirmfarbe in einem Dickschicht-Druckverfahren und/oder nach einem Lackier- bzw. Sprüh-Lackierverfahren nach Abschluss eines Formgebungsverfahrens an dem Formteil aufgebracht.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Abgrenzung gegen eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung zur Nennung weiterer Vorteile und Eigenheiten weiter beschrieben. Es zeigen:
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1: ein erfindungsgemäßes Formteil bei nachträglicher Anordnung einer Außenantenne und
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2: eine bekannte Anordnung eines Formteils mit nachträglich angeordneter Antennenvorrichtung.
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Nachfolgend werden über die zu beschreibenden Abbildungen hinweg für gleiche Elemente sowie Elemente gleicher Funktion auch einheitlich gleiche Bezeichnungen gewählt.
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2 zeigt eine Anordnung eines Formteils 1 nach dem Stand der Technik. Das Formteil 1 ist als Kunststoff-Dachmodul eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs ausgebildet. Auf der Fahrgastkabinenseite des Kunststoff-Dachmoduls 1 ist ein Abschirmblech 2 unter Formanpassung an die Kontur des Kunststoff-Dachmoduls 1 angeordnet. Das Abschirmblech 2 wird über mehrere Verklebungen 3 so an dem Kunststoff-Dachmodul 1 fixiert, dass Ausnehmungen 4 zum nachträglichen Anordnen eines Antennenfußes 5 einer Rundfunk- und/oder Mobilfunkantenne 6 zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Im Bereich dieser Ausnehmungen 4 sind jeweils im Bereich des Kunststoff-Dachmoduls 1 sowie des Abschirmbleches 2 separate Dichtungen 7, 8 vorgesehen, um ein Eindringen und/oder Ansammeln von Wasser dauerhaft zu verhindern. Selbstverständlich ist für das metallische Abschirmblech 2 zusätzlich ein dem Fachmann geläufiger Korrosionsschutz vorzusehen.
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Die durch das Abschirmblech 2 gebildete Massefläche wird über einen Anschluss 9 an die Fahrzeugmasse angebunden. Hier wird diese Verbindung durch ein flexibles Erdungskabel hergestellt, das zeichnerisch nicht weiter dargestellt ist.
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Der vorstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung von 2 beschriebene Aufbau eines Formteils 1 in Form eines Dachmoduls aus Kunststoff ist erforderlich, da anderenfalls eine Antenne 6 über einen Antennenfuß 5 zwar an dem Kunststoff-Dachmodul 1 befestigt werden könnte, es stünde jedoch zum Rundfunkempfang innerhalb des Kraftfahrzeugs nur ein ungenügender Ausgangssignalpegel zur Verfügung. Durch das Abschirmblech 2 wird die für den Betrieb der Antenne 6 notwendige und näherungsweise ideal elektrisch leitende metallische Ebene als separates Bauteil zur Verfügung gestellt. Hierdurch wird der Empfangspegel eines Rundfunksignals wesentlich erhöht. Ferner wird durch das Abschirmblech 2 ohne merkliche räumliche Beeinträchtigung des Fahrzeuginnenraumes auch ein Faraday‘scher Käfig um die Fahrgastzelle herum wieder soweit geschlossen, dass eine EMV-Belastung im Fahrgastinnenraum den europäischen Richtlinien entsprechend gesenkt werden kann.
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Die vorstehend beschriebene Nachrüstung eines Kunststoff-Dachmoduls 1 wird jedoch mit sehr hohen Werkzeug- und Fertigungskosten erkauft. Das Abschirmblech 2 weist Wölbungen und eine insgesamt sphärische Oberflächenkontur auf, für die ein spezielles Tiefziehwerkzeug hergestellt werden muss. Zudem ist das Abschirmblech 2 selber gegen Korrosion zu schützen und mit einer eigenen und dauerhaft korrosionsbeständigen elektrischen Kontaktierung zu versehen. Ein soweit vorbereitetes Abschirmblech 2 ist an dem Kunststoff-Dachmodul 1 sehr genau zu positionieren, um das Fluchten der Ausnehmungen 4 sicherzustellen. Hierzu kann es erforderlich sein, dass das Abschirmblech 2 auf dem Dachmodul 1 vormontiert werden muss, um schließlich eine Fixierung über eine Verschraubung oder Verklebung durchführen zu können. In jedem Fall müssen mehrere Dichtungen 7, 8 zur Abdichtung des Abschirmblechs 2 gegenüber dem Kunststoff-Dachmodul 1 gegen eindringendes Wasser oder die Ansammlung von Schwitzwasser vorgesehen werden.
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Die vorstehend aufgeführten fertigungstechnischen Merkmale und zusätzlichen Kosten werden in dem Ausführungsbeispiel von 1 dadurch im Wesentlichen beseitigt, dass an die Stelle eines Abschirmblechs 2 eine Beschichtung 2a tritt. Das Kunststoff-Dachmodul 1 wird als Formteil in der vorliegenden Ausführungsform an der zu der Kabineninnenseite hin orientierten Oberfläche 11 statt mit einem separaten Bauteil mit einer metallisch leitenden Schicht 2a versehen, die als Abschirmfarbe 12 in einem Dickschicht-Druck-Verfahren, oder nach einem Lackier- bzw. Sprühlackier-Verfahren aufgebracht wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Abschirmblech 2 durch das vollflächige Lackieren der Oberfläche 11 des Kunststoff-Dachmoduls 1 auf der Fahrgastinnenseite mit Abschirmfarbe 12 ersetzt. Als Vorbereitungsschritt dieses Lackiervorgangs wird bereits der Masseanschluss 9 als Blechstück mit zugehörigen Anschlussmitteln für bekannte Erdungsleiter oder Erdungskabel durch Aufkleben an dem Kunststoff-Dachmodul 1 fixiert. Der Masseanschluss 9 wird beim Lackieren mit Abschirmfarbe 12 einfach überlackiert, so dass nun zwischen der metallisch leitenden Schicht 2a aus Abschirmfarbe 12 und dem Erdungsanschluss 9 eine dauerhaft leitende Verbindung hergestellt wird.
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Abschirmfarben 12 bzw. Leitlacke bestehen grundsätzlich aus Harzen, Lösungsmitteln und leitenden Pigmenten. Dabei hat sich eine Verwendung von silberplattiertem Kupfer als leitende Pigmente aufgrund der Kombination der guten Abschirmeigenschaften von Silber und dem vergleichsweise günstigen Preis von Kupfer bewährt. Dabei kann zugleich auf einen arbeitsschutzrechtlich bedenklichen Einsatz des toxischen Elements Nickel verzichtet werden. Untersuchungen in Klimakammern haben gezeigt, dass eine derart hergestellte metallisch leitende Schicht an einem Kunststoff-Formteil 1 auch unter wechselndem Wärme- und Feuchtigkeitseinfluss eine ausgezeichnete Oberflächenhaftung aufweist und insgesamt auch gegenüber Feuchtigkeit beständiger ist, als dies bei vergleichbaren Beschichtungen von stromlos aufgetragenen Metallen oder aufgedampftem Aluminium festgestellt werden konnte. So können vorteilhafterweise metallisch leitende Schichten 2a mit ausreichend hoher Lebensdauer als elektromagnetisch ausreichend dichte und abriebfeste Schichten auch bei Applizierung der Abschirmfarbe 12 aus einer Spraydose oder einem Sprayroboter hergestellt werden. Es sind hierbei die üblichen Überdeckungen von Spritzbahnen von ca. 50 % bei einem Auftrag aus einer Distanz von 20 bis 30 cm anzuwenden, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
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Neben dem unter Bezug auf die Abbildung von 1 vorgestellten Anwendungsfeld zur Verbesserung von Radio- und Mobilfunkempfang bei Anordnung einer Antenne 6 auf einem Kunststoff-Dachmodul 1 können in Fahrzeugen auch folgende Formteile zur Reduktion einer Strahlungsbelastung für die Fahrzeuginsassen erfindungsgemäß beschichtet werden: Fahrzeughimmel, Instrumententafel, Mittelkonsole sowie Verblendungs- und/oder Verkleidungselemente aus Kunststoff. Bei flächigem Einsatz von Abschirmfarbe wird der Faradaysche Käfig der Fahrgastzelle, der im vorliegenden Beispielfall durch den Einsatz eines Kunststoff-Dachmoduls 1 gestört wird, wieder hergestellt. Weitere Elemente können zur Senkung der Strahlenbelastung im Fahrzeuginnenraum wahlweise hinzugenommen werden. Vorteilhafterweise entfallen hierbei die zum Stand der Technik genannten Nachteile hoher Werkzeug- und Fertigungskosten zu ganz wesentlichen Teilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Formteil
- 2
- Abschirmblech
- 2a
- metallisch leitende Schicht
- 3
- Verklebung
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Antennenfuß
- 6
- Radio- oder Mobilfunk-Antenne/Stabantenne
- 7
- Dichtung
- 8
- Dichtung
- 9
- Anschluss für Masse
- 10
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- 11
- Zu der Kabineninnenseite hin orientierte Oberfläche
- 12
- Abschirmfarbe
- 13
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