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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeugantenne mit den im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Fahrzeugantenne
ist aus der
DE
20 2005 020 107 U1 bekannt.
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Aus
der
WO 2006/087225
A1 und der
DE
20 2004 015 503 U1 sind Fahrzeugantennen bekannt, bei denen
koaxiale Stecker einstückig
an eine metallische Grundplatte des Fußteils der Antenne angeformt
sind.
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Moderne
Fahrzeugantennen werden beispielsweise zum Empfang von GPS-Signalen zur Fahrzeugnavigation,
dem Empfangen und/oder Senden von Mikrowellen zur Telekommunikation
sowie zum Rundfunkempfang genutzt und sind deshalb häufig mit
mehreren Steckverbindern ausgerüstet. Insbesondere
für die üblicherweise
verwendeten FAKRA-Steckverbinder gelten sehr strenge Toleranzanforderungen,
um eine einwandfreie Signalübertragung
zu gewährleisten.
Die vorgeschriebene Position des Innenleiters relativ zum Außenleiter
des Steckverbinders muss präzise
eingehalten werden. Insbesondere darf der Innenleiter nicht gegenüber dem Außenleiter
verkippen.
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Um
die strengen Toleranzanforderungen zu erfüllen, ist es bekannt, bei Fahrzeugantennen
separat gefertigte Steckverbinder über Kabel an die Leiterplatte
an zu schließen,
die üblicherweise
einen oder mehrere Strahler zum Empfangen und/oder Senden sowie
elektrische Schaltungselemente trägt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, Fahrzeugantennen kompakter
zu gestalten und kostengünstiger
zu fertigen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Fahrzeugantenne mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
einer Fahrzeugantenne gemäß Anspruch
1 ist der Innenleiter des Steckverbinders nicht über ein Kabel an die Leiterplatte
angeschlossen, sondern mit einer Kontaktstelle der Leiterplatte
verlötet.
Auf diese Weise lässt
sich eine vorteilhaft kompakte und flache Fahrzeugantenne schaffen.
Zudem lassen sich Bauteile und deshalb auch Fertigungskosten einsparen.
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Trotz
der hohen Temperaturbelastung eines den Innenleiter umgebenden Dielektrikums
aus Kunststoff, lässt
sich der Innenleiter ohne Beeinträchtigung an die Leiterplatte
anlöten,
indem temperaturbeständige
Kunststoffe, beispielsweise PTFE, verwendet werden.
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Bevorzug
ist die Kontaktstelle auf einer dem Antennenflansch zugeordneten
Unterseite der Leiterplatte angeordnet. Obwohl hierdurch das Positionieren
des Steckverbinders relativ zur Leiterplatte und der Lötvorgang
erschwert werden, ist diese Maßnahme
vorteilhaft, da zum Anschluss der Steckverbinder an die Leiterplatte
kein knapper Platz auf der Oberseite der Leiterplatte benötigt wird.
Auf diese Weise kann also der gesamte Platz auf der Oberseite der Leiterplatte
für Antennenschaltungselemente,
Strahler und ähnliches
verwendet werden. Besonders bevorzugt ist, dass der Innenleiter
in einem Sackloch der Leiterplatte steckt. Diese Maßnahme hat
den Vorteil, die Zuverlässigkeit
der Lötverbindung
zwischen Innenleiter und der Kontaktstelle der Leiterplatte zu erhöhen.
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Eine
erfindungsgemäße Fahrzeugantenne kann
prinzipiell mit einen einzigen Steckverbinder verwirklicht werden.
Bevorzugt sind aber mehrere, beispielsweise drei oder vier Steckverbinder
vorhanden.
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Bevorzugt
ist bei mindestens einem der Steckverbinder eine Mantelfläche des
Außenleiters stoffschlüssig mit
dem Antennenflansch verbunden. Beispielsweise können die Außenleiter an den Antennenflansch
angegossen sein, bevorzugt indem der Antennenflansch einschließlich Außenleiter
einstückig
gegossen, beispielsweise als Druckgussteil. Auf diese Weise lässt sich
eine Fahrzeugantenne aus vorteilhaft wenigen Einzelteilen zusammenbauen.
Eine galvanische Trennung eines Außenleiters von dem Antennenflansch
kann ggf. nach dem Einsetzen der Innenleiter in die Außenleiter
erfolgen, beispielsweise, indem dem Außenleiter mit dem Antennenflansch
verbindende Stege durchtrennt werden.
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Sind,
was bevorzugt ist, zumindest einige der Außenleiter stoffschlüssig mit
dem Antennenflansch verbunden, ist die Position der Innenleiter
zueinander streng vorgegeben. Die Innenleiter der verschiedenen
Steckverbinder müssen
deshalb relativ zueinander mit einer hohen Präzision an entsprechende Stellen
der Leiterplatte gelötet
werden. Dies kann beispielsweise mit einem Positionierwerkzeug,
etwa einer Lötlehre,
erreicht werden, das die Innenleiter umgebende Kunststoffzylinder
in relativ zueinander fest vorgegebenen Positionen hält, so dass
diese in der benötigen
Anordnung an Kontaktstellen der Leiterplatte gelötet werden können. Nach
dem Lötvorgang kann
die Leiterplatte auf den Antennenflansch aufgesetzt werden, so dass
die Kunststoffzylinder und die von ihnen umgebenen Innenleiter in
die Außenleiter eingeführt werden.
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Um
das Einsetzen der Kunststoffzylinder mit den von ihnen umgebenen
Innenleitern in ein solches Positionierwerkzeug möglichst
einfach zu gestalten, werden die Kunststoffzylinder als über Positionierstege
verbundene Kunststoffteile gefertigt. Bevorzugt bestehen die Kunststoffzylinder
aus einem bis mindestens 240°C,
insbesondere bis mindestens 270°C, temperaturbeständigen Kunststoff.
Derartige Kunststoffe können
den beim Festlöten
der Innenleiter ab der Leiterplatte auftretenden Temperaturbelastungen vorteilhaft
standhalten. Geeignet sind beispielsweise PI (Polyimide), PPS (Polyphenylensulfid)
und PTFE (Polytetraflourethylen), insbesondere PFA (Perfluo ralkoxy
Polymere) und FEP (Perfluorethylenpropylen Polymere). Bevorzugt
sind Thermoplaste. Es können beispielsweise
aber auch Duroplaste verwendet werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Fertigung der Kunststoffzylinder und die sie verbindenden
Positionierstege als einstückiges
Spritzgussteil. Ein spritzgussfähiger
Kunststoff, der für
die Verlötung
des von ihm umgebenden Innenleiters mit einer Kontaktstelle der
Leiterplatte hinreichend temperaturbeständig ist, ist Teflon PFA.
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Die
Außenleiter
haben an ihrem in Steckrichtung hinteren Ende eine Ringfläche, die
durch mindestens eine Aussparung unterbrochen ist. Diese Aussparung
kann einen Positioniersteg aufnehmen, so dass sich dieser zwischen
den Außenleitern
erstrecken kann. Die Positionierstege haben nach dem Anlöten der
Innenleiter an die Leiterplatte keine Funktion mehr und könnten an
sich entfernt werden. Dies würde
jedoch einen zusätzlichen
Arbeitsschritt bedeuten.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein
Verfahren mit den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Mit
einem derartigen Verfahren kann eine erfindungsgemäße Fahrzeugantenne
besonders kostengünstig hergestellt
werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
erläutert. Die
dabei beschriebenen Merkmale können
einzeln und in Kombination zum Gegenstand von Ansprüchen gemacht
werden. Gleiche und einander entsprechende Teile sind in den Figuren
mit übereinstimmenden
Bezugszahlen gekennzeichnet. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne
in einer Schnittansicht;
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2:
eine Ansicht gemäß 1 ohne
Gehäuse
der Steckverbinder;
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3:
ein Ausführungsbeispiel
von mittels Positionierstegen verbundenen Kunststoffzylindern als
Dielektrikum der Steckverbinder einer Fahrzeugantenne;
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4:
eine Schnittansicht zu 3;
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5:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
von mittels Positionierstegen verbundenen Kunststoffzylindern;
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6:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
von mittels Positionierstegen verbundenen Kunststoffzylindern.
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1 zeigt
schematisch eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugantenne, die
einen metallischen Antennenflansch 1 zum Aufsetzen auf
ein Karosserieteil eines Fahrzeugs, mehrere, bevorzugt drei oder
vier, Steckverbinder 2 zum Anschließen an eine elektrische Leitung
eines Fahrzeugs und eine Leiterplatte 7 mit einem oder
mehreren nicht dargestellten Strahlern zum Empfangen und oder Senden
von Funksignalen des Mikrowellen, Radiowellen oder eines anderen
Frequenzbereichs. Die Leiterplatte 7 trägt Schaltungselemente, die
der Einfachheit halber ebenfalls nicht dargestellt sind.
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Für das Verständnis der
nachstehend erläuterten
Erfindung weniger beutende Bauteile, beispielsweise eine die Leiterplatte
7 bedeckende
Haube und Dichtungselemente, sind in
1 nicht
dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Befestigungseinrichtung
zum Befestigen der Fahrzeugantenne an einem Karosserieteil eines
Fahrzeugs. Eine geeignete Befestigungseinrichtung ist beispielsweise aus
der
DE 196 40 110
A1 bekannt.
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Die
Steckverbinder 2 haben jeweils ein Steckverbindergehäuse 3,
das einen metallischen Außenleiter 4 umgibt,
und einen Innenleiter 5, der von einem elektrisch isolierenden
Kunststoffzylinder 6 umgeben ist. Bei den Steckverbindern 2 handelt
es sich bevorzugt um FAKRA-Steckverbinder.
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Die
Außenleiter 4 der
Steckverbinder 2 ragen durch den Antennenflansch 1 hindurch.
Bei dem in der Zeichnung linken Steckverbinder 2 ist eine
Mantelfläche
des Außenleiters 4 stoffschlüssig mit
dem Antennenflansch 1 verbunden. Dies kann beispielsweise
dadurch erreicht werden, dass der Außenleiter 4 an den
Antennenflansch 1 angegossen wird. Bevorzugt ist es, Antennenflansch 1 und
Außenleiter 4 einstückig als
Druckgussteil herzustellen. Der in 1 rechte
Steckverbinder 2 ist galvanisch von dem Antennenflansch 1 getrennt.
Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass auch der Außenleiter 4 des
galvanisch getrennten Steckverbinders 2 zunächst stoffschlüssig mit
dem Antennenflansch 1 verbunden ist, um die Montage zu
erleichtern und erst in einem späteren
Produktionsschritt der Außenleiter 4 von
dem Antennenflansch 1 getrennt wird. Beispielsweise kann
der Außenleiter 4 des
galvanisch getrennten Steckverbinders 2 zunächst über nicht
gezeigte Stege mit dem Antennenflansch 1 verbunden sein.
Zum Ausbilden der galvanischen Trennung werden diese Stege dann
entfernt.
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Die
Innenleiter 5 der Steckverbinder 2 sind mit der
Leiterplatte 7 verlötet.
Eine besonders zuverlässige
Lötverbindung
und Kontaktierung wird erreicht, indem die Innenleiter 5 der
Steckverbinder 2 in Sacklöchern 9 der Leiterplatte 7 stecken,
die auf dem in Steckrichtung hinteren Ende der Steckverbinder 2 sitzt.
Die Außenleiter 4 der
Steckverbinder 2 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Federkontakte 10 an
die Leiterplatte 7 angeschlossen. Für den Außenleiterkontakt können beispielsweise
auch Nieten, Schrauben und/oder Lötverbindungen verwendet werden.
Möglich
ist es auch, den Außenleiter 4 kapazitiv
oder induktiv für
eine HF-Verbindung an die Leiterplatte 7 zu koppeln.
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Die
Federkontakte 10 können
mit den Kunststoffzylindern 6 vormontiert werden. Mehrere
Federkontakte 10 können
als ein einstückiges
Bauteil gefertigt werden, so dass mit einem Handgriff mehrere Federkontakte
gleichzeitig montiert werden können.
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Zur
Herstellung der vorstehend beschriebenen Fahrzeugantenne werden
die Innenleiter 5 an die Leiterplatte 7 gelötet, bevor
die Innenleiter 5 in die Außenleiter 4 eingesetzt
werden. Diese Maßnahme hat
fertigungstechnische Vorteile, da sich die Leiterplatte 7 auch
mit angelöteten
Innenleitern 5 noch relativ gut handhaben und auf Funktionsfähigkeit überprüfen lässt. Nach
dem Aufsetzen der Leiterplatte 7 auf den Antennenflansch 1 ist
dies wesentlich schwieriger.
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Durch
die mit dem Antennenflansch 1 verbundenen Außenleiter 4 ist
die erforderliche Positionierung der Innenleiter 5 an der
Leiterplatte 7 sehr genau vorgegeben. Die Innenleiter 7 werden
deshalb in einem ersten Fertigungsschritt in bevorzugt als Bohrungen
ausgeführte
Kanäle 11 der
Kunststoffzylinder 6 eingesetzt, die zusammen mit sie verbindenden
Positionierstegen 8 als Spritzgussteil, vorzugsweise aus
Teflon PFA, hergestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten
Spritzgussteils, das ein rasches Einsetzen von mehreren, nämlich vier
Kunststoffzylindern 6 auf einmal in ein Positionierwerkzeug
ermöglicht,
ist in 3 in einer Draufsicht und in 4 in
einer Schnittansicht dargstellt. Die 5 und 6 zeigen
weitere Ausführungsbeispiele
für ein
entsprechendes Spritzgussteil. Teflon PTFA hat den Vorteil, spritzgussfähig zu sein
und dennoch den beim Lötvorgang
auftretenden Temperaturen standhalten zu können.
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Das
in den 3, 5 oder 6 dargestellte
Spritzgussteil wird nach Einpressen der Innenleiter 5 in
die Kunststoffzylinder 6 in ein Positionierwerkzeug eingesetzt,
das die Innenleiter 5 mit hoher Präzision relativ zueinander gemäß den Anforderungen
der mit dem Antennenflansch 1 verbundenen Außenleiter 4 positioniert.
Anschließend
werden die Innenleiter 5 in Sacklöcher der Leiterplatte 7 gesteckt und
dort verlötet.
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Die
Positionierstege 8 haben nach dem Anlöten der Innenleiter 5 an
sich keine Funktion mehr und könnten
entfernt werden. Da dies einen zusätzlichen Arbeitsschritt bedeuten
würde,
werden die Positionierstege bevorzugt an den Kunststoffzylindern belassen.
Die Außenleiter 4 haben
deshalb bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
an ihrem in Steckrichtung hinteren Ende eine Ringfläche, die
durch mindestens eine Aussparung unterbrochen ist, durch welche
die Positionierstege 8 hindurchragen. Diese in den Figuren
nicht dargestellte Aussparung ermöglicht es, die Kunststoffzylinder 6 in
die Außenleiter 4 einzupressen,
wobei sich die bevorzugt schlitzförmigen Aussparungen über die
Positionierstege 8 schieben.
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In
einem späteren
Fertigungsschritt wird die Leiterplatte 7 auf den Antennenflansch 1 aufgesetzt. Dabei
werden die Innenleiter 5 in die Außenleiter 4 eingesetzt.
In einem weiteren Fertigungsschritt können Steckergehäuse 3 um
die Außenleiter 4 gespritzt werden.
Möglich
ist es auch, Steckergehäuse 3 separat
herzustellen und auf die Außenleiter 4 aufzusetzen.
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Eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eine Fahrzeugantenne
ohne Steckverbindergehäuse 3 ist
in 2 gezeigt. Darin ist zu erkennen, dass die Außenleiter 4 in
ihrer Mantelfläche Öffnungen 12 aufweisen
können,
um die Kunststoffzylinder 6 nicht nur kraftschlüssig sondern auch
formschlüssig
in den Außenleitern 4 festzulegen.
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- 1
- Antennenflansch
- 2
- Steckverbinder
- 3
- Steckverbindergehäuse
- 4
- Außenleiter
- 5
- Innenleiter
- 6
- Kunststoffzylinder
- 7
- Leiterplatte
- 8
- Positionierstege
- 9
- Sackloch
- 10
- Federkontakt
- 11
- Kanal
für Innenleiter
- 12
- Öffnung