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Die Erfindung betrifft eine Radarsensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Radarsensoreinrichtung einen Radarsensor und ein in wenigstens einem Durchstrahlungsabschnitt von Radarsignalen des Radarsensors durchstrahltes Radom aufweist, wobei der Durchstrahlungsabschnitt eine Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet oder einer durch ein Trägerelement des Kraftfahrzeugs gebildeten Außenfläche benachbart ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Der Einsatz von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen ist im Stand der Technik bereits weithin bekannt. Häufig werden dabei die von den Radarsensoren aufgenommenen Radardaten für den Betrieb wenigstens eines Fahrerassistenzsystems genutzt. Ein Beispiel für einen solchen Radarsensor ist ein sogenannter langreichweitiger Radarsensor (LRR - Long Range Radar), dessen Radardaten unter anderem beispielhaft für ein ACC-System (Adaptive Cruise Control) eingesetzt werden können. Solche Radarsensoren sind insbesondere auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs ausgerichtet und können beispielsweise bis zu 200 Meter oder mehr vorausschauen. In ihren Radardaten können vorausfahrende Verkehrsteilnehmer detektiert werden, um entsprechend den Betrieb des Fahrerassistenzsystems, beispielsweise des ACC-Systems, anzupassen.
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Von Radarsignalen des Radarsensors durchstrahlte Bauteile weisen grundsätzlich eine gewisse Dämpfung für die Radarsignale auf, was gerade bei langreichweitigen Radarsensoren möglichst vermieden werden soll. Daher wurde insbesondere bei langreichweitigen Radarsensoren vorgeschlagen, aufgrund der gewünschten hohen Reichweite keine zusätzlichen Anbauteile/Trägerelemente des Kraftfahrzeugs vorzusehen, so dass mithin das Radom des Radarsensors unmittelbar der Witterung und/oder sonstigen Umfeldeffekten ausgesetzt ist. Beispiele für Trägerelemente sind hierbei Stoßfänger sowie beheizte Plastikplatten, die als zusätzliches Radom wirken.
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Gerade bei einem solchen quasi-offenen Verbau des Radarsensors stellen Witterungseinflüsse wie Schneefall und Vereisung ein Problem dar, da hierdurch eine weitere Dämpfung/Veränderung der Detektionseigenschaften auftreten kann. Hat eine anfängliche Eiskristallbildung eingesetzt, begünstigen der Winddruck und das Abkühlen im Fahrtwind (sogenannter Chill-Faktor) die schnellere Anhaftung von Schneeflocken. So kann es dazu kommen, dass sich eine Schnee-Eisschicht am Radarsensor aufbaut, die mit andauernder Fahrt immer dicker und undurchdringlicher wird.
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Obwohl Radarsensoren in ihrer Funktion durch trockenes Eis nur wenig beeinträchtigt werden, ist insbesondere die Eisbildung beim Aggregatzustandswechsel von flüssig (Wasser) zu fest (Eis) äußerst problematisch und hochgradig dämpfend.
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Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen, ein beheizbares Zusatz-Radom vor dem Radarsensor anzuordnen, so dass eine Heizfläche gebildet wird, welche derartige Ablagerungen vermeiden soll. Dabei wird bewusst eine Zusatzdämpfung und Reichweiten-/Genauigkeitsreduktion in Kauf genommen, nachdem die Heizleitungen im Zusatzradom einen negativen Einfluss auf die Antennencharakteristik und die Wirkungsweise des Radarsensors haben. Für derartige beheizbare Zusatz-Radoms wird ein hoher Stromverbrauch benötigt, beispielsweise eine Leistung von 24 - 36 W.
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Ein weiteres Problem von Heizeinrichtungen in einem solchen Zusatzradom ist, dass der Aggregatzustand zusätzlich umkippt. Die dünne Wasserfilmschicht zwischen der Heizfläche und der Eisbildung wirkt wie ein Kurzschluss auf die elektromagnetischen Wellen der Radarsignale, so dass die Radarleistung nicht bis zum Zielobjekt vordringen kann. Das bedeutet, es ist eine besonders hohe Dämpfung der elektromagnetischen Leistung gegeben. Zudem drängen bei einsetzendem oder stärker werdendem Schneefall stetig mehr Schneeflocken an die beginnende oder bestehende Anlagerung nach. Die verbaute Heizung im Zusatzradom schafft es dann nicht mehr, diese Eisschicht vollständig abzutauen. Ab einer bestimmten Dämpfung und Reichweitenreduktion schaltet der Radarsensor aus, so dass ein sogenanntes „Blockage“ entsteht. Dies wiederum führt dazu, dass entsprechende Funktionen von Fahrerassistenzsystemen, die die Radardaten benötigen, nicht mehr zur Verfügung stehen.
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DE 100 26 454 C1 betrifft ein Radom für ein Abstands-Warn-Radar (AWR), auf dem die Bildung von Schnee- oder Eisschichten verhindert sein soll. Dafür wird vorgeschlagen, dekorative, dünne Metallschichten zu verwenden und mittels einer elektrischen Stromquelle zur Heizung des Radomes zu bestromen.
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DE 10 2004 049 148 A1 betrifft ein Heizungselement auf einer polymeren Innenoberfläche eines Frontmoduls/Stoßfängers eines Kraftfahrzeuges in Wirkverbindung mit einer Radarsende- und -empfangseinheit. Dabei wird konkret eine Heizfolie als Heizungselement vorgeschlagen.
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DE 10 2013 200 364 A1 betrifft ein Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere in Form eines Stoßfängers oder einer Stoßleiste, welches auf seiner Rückseite eine Fläche für einen rückseitig anbringbaren Radarsensor aufweist und dieser Fläche eine Heizeinrichtung in Form einer elektrisch leitfähigen Schicht zugeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Möglichkeit zur Reduzierung der Bildung von störenden Ablagerungen auf einem Radom anzugeben, die eine möglichst geringe Störungswirkung auf die Radarsignale ausübt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Radarsensoreinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Radom wärmeleitend über ein den Radarsensor wenigstens seitlich umgebendes Gehäuse mit dem Abwärme erzeugenden Radarsensor verbunden ist, wobei das Radom und das Gehäuse jeweils aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff-Compound mit wenigstens einem Matrixmaterial und wenigstens einem die Wärmeleitfähigkeit herstellenden Füllstoff oder einem amorphen Kunststoff bestehen.
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Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, das Radargehäuse zu modifizieren, indem auf modernste Kunststoffe zurückgegriffen wird, um hieraus das Radargehäuse zu gestalten. Moderne Kunststoffe mit langkettigen gekoppelten Molekülen begünstigen eine Wärmeableitung, wobei zudem Additive (Füllstoffe) bekannt wurden, die in ein Kunststoff-Compound eingebracht werden können, um eine Wärmeleitung zu begünstigen. Die Wärmequellen der Elektronik des Radarsensors werden über das Gehäuse mittels des wärmeleitfähigen Kunststoffs bzw. Kunststoff-Compounds zum Radom geführt, wo die Wärme, insbesondere durch Fahrtwindkühlung, abgegeben werden kann und insbesondere eine Ablagerung von Eis/Schnee und dergleichen möglichst nachhaltig verhindert. Das bedeutet, aufgrund des wärmeleitenden Gehäuses und des wärmeleitenden Radoms kann die Abwärme des Radarsensors selbst eingesetzt werden, um die Bildung von störenden Ablagerungen bei ungünstigen Witterungsbedingungen, insbesondere bei Eis und Schnee, möglichst weitgehend zu vermeiden.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich denkbar ist, ein Zusatz-Radom, insbesondere gebildet durch ein Triggerelement des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einen Stoßfänger, weiterhin vorzusehen, die Erfindung ihre Vorteile jedoch insbesondere dann entfaltet, wenn das Radom eine Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet, mithin direkt den Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Dann wirkt die Kombination von wärmeleitendem Gehäuse und wärmeleitendem Radom nicht nur zum Abtauen von störenden Ablagerungen, insbesondere ohne weitere nötige Energieverbräuche, sondern auch allgemein als Kühleinrichtung für den Radarsensor, nachdem der Fahrtwind für einen Abtransport der Wärme über das Radom sorgt. Ferner werden dämpfende Einflüsse durch ein Zusatz-Radom, gebildet durch das Trägerelement, ebenso vermieden.
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Während Kunststoffe bislang eher als Wärme-Isolatoren galten und lediglich den Metallen bessere Wärmeleitfähigkeiten zugesprochen wurden, wurden inzwischen wärmeleitfähige Kunststoffmaterialien, insbesondere als wärmeleitfähige Kunststoff-Compounds, vorgeschlagen, die in Anwendungen mit natürlicher Konvektion nachweislich vergleichbare Entwärmungsleistungen wie Metalle mit sich bringen. Insbesondere ist ein weiterer Vorteil der Verwendung solcher wärmeleitfähiger thermoplastischer Compounds, dass durch die Verarbeitbarkeit, beispielsweise in Spritzgießverfahren, mehr Freiheiten bei der Formgebung bestehen. Wärmeleitfähige Kunststoff-Compounds erlauben eine gezielte Einstellung der Materialeigenschaften durch die Variation der Füllstoffe und des Füllstoffanteils. Dabei werden, trotz grundsätzlich anderer Mechanismen, auch für wärmeleitfähige Kunststoffmaterialien Wärmeleitfähigkeiten angegeben. Dabei sei angemerkt, dass Mechanismen der Wärmeverarbeitung in Kunststoffmaterialien beispielsweise umfassen können, dass das Kunststoffmaterial zunächst als Wärmesenke wirkt, mithin eine gewisse Wärmemenge aufnimmt, und diese durch die Oberflächenkonvektion wieder abführt, so dass indirekt ein Wärmestrom von der Quelle - hier dem Radarsensor - zur Senke, hier insbesondere dem Radom, besteht. Das bedeutet, das Kunststoffmaterial wirkt grundsätzlich eher als Wärmesenke denn als Wärmeleiter, nimmt also eine gewisse Wärmemenge auf und speichert diese im Material, von wo aus sie genutzt werden kann, um auch zur Abtauung zu dienen.
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Das Hinzufügen von Füllstoffen in ein Matrixmaterial dient letztlich dazu, die Kopplung im Matrixgitter zu verbessern, nachdem lose Kunststoff-OH-Ketten sich deutlich weniger zur Wärmeübertragung eignen. Mittels der Füllstoffe werden Hilfsstellen hinzugefügt, die eine bessere Ankopplung von Molekülen untereinander erlauben oder gar selbst als Schwingkörper wirken können. Derartige aus einem Matrixmaterial und einem Füllstoff gebildete Kunststoff-Compounds sind erfindungsgemäß bevorzugt, wobei alternativ und/oder zusätzlich auch eine Nutzung von amorphen Kunststoffen denkbar ist, nachdem in amorphen Strukturen die Molekülketten unregelmäßig aufeinanderliegen und somit auch verkoppeln. Ein Beispiel hierfür sind Polycarbonate.
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Eine erfindungsgemäße Grundidee besteht darin, den Radarsensor mit seinen elektronischen Bauelementen, die bereits Abwärme erzeugen, als Wärmequelle zu nutzen und die Abwärme mit Hilfe der neuartigen wärmeleitfähigen Kunststoffmaterialien auf das Radom zu leiten. Das Radom selbst wird mit der Temperaturdifferenz zur Außentemperatur und seiner großen Oberfläche gekühlt. Bei der bevorzugten Nutzung der Radomfläche als Außenfläche wird die Wärme des Radarsensor-Inneren auf die gesamte Radomfläche verteilt und vom Fahrtwind gekühlt. Hiermit ergibt sich eine gute Kühlung für die Bauelemente des Radarsensors. Insbesondere kann dann ein Kühlkörper bzw. ein Gehäuse mit Kühlrippen oder eine sonstige Kühleinrichtung neben der hier dargestellten Wärmeableitung entfallen.
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Die Abwärme eines langreichweitigen Radarsensors, auf welchen die Erfindung bevorzugt angewendet wird, kann beispielsweise im Bereich von 6 - 12 W liegen, in einer Temperaturdifferenz ausgedrückt 50 °C bei 20 °C Umgebungstemperatur. Dies entspricht einer Temperaturdifferenz von 30 °C. Die Abwärme liegt daher von ihrer Leistung ähnlich wie eine notwendige Zusatzheizung, wie sie im Stand der Technik eingesetzt wurde, um den Radarsensor eisfrei zu halten bzw. zu bekommen.
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Aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit wird das Radom selbst flächig erwärmt. Selbst bei Umgebungstemperaturen von -20 °C wird im Beispiel noch immer eine Wärmequelle von +10 °C am Radom sichtbar, was ausreichend ist, um die Anhaftung von Schneeflocken und/oder Eis am Radom zu vermeiden. Dabei regelt sich das in der Radaranordnung gebildete Gesamtsystem selbst, denn je mehr der Radarsensor arbeitet, desto wärmer wird er, was hauptsächlich geschieht, je schneller das Kraftfahrzeug fährt. Die höhere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erhöht jedoch auch den Winddruck auf die Fahrzeugfront, so dass eine bessere Kühlung einsetzt.
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Mit besonderem Vorteil werden durch die Konvektion in der Radarsensoreinrichtung auch Zusatznutzen erzielt, nämlich zum einen, wie bereits dargelegt, dass der Radarsensor mit seinen elektronischen Bauelementen ausreichend gekühlt wird. Die Außenluft kann stets genügend Abwärme vom Radom aufnehmen, so dass eine Temperaturdifferenz entsteht. Infolgedessen können weniger komplexe und kleinere Gehäuse ohne Außen-Kühlfläche eingesetzt werden, was in einer Gewichtsreduktion und einer Materialreduktion resultiert. Ferner bedarf es für den Radarsensor nur noch eines Kunststoff-Gehäuses und keines Metallgehäuses, welches beispielsweise durch Metalldruckguss hergestellt werden müsste. So reduziert sich die Anzahl und Komplexität der Spritzgussformen.
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Der bislang bei Radarsensoren vorhandene, große Kühlkörper auf der Gehäuserückseite des Radarsensors kann mithin insbesondere entfernt werden und die Wärme kann konstruktiv mittels wärmeleitfähigem Kunststoff zum Radom geleitet werden. Dieses Radom wiederum verteilt aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften die Wärme auf die gesamte Oberfläche, welche idealerweise im Fahrtwind gekühlt wird. Die Sensorabwärme ist im Betrieb stets groß genug, um Eisanhaftung auch bei -20 °C Außentemperatur schnell und wirkungsvoll zu vermeiden bzw. abzutauen. Der Schnee bzw. das Eis kann schmelzen bzw. kann nicht mehr anhaften. Das Radom des Radarsensors bleibt schnee- und eisfrei und die Sensorverfügbarkeit steigt. Zudem kann, insbesondere, wenn das Radom eine Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet, eine hinreichende Kühlung des Radarsensors durch diesen Mechanismus erzielt werden, so dass das Gehäuse und das Radom die einzige Kühleinrichtung für die Abwärme des Radarsensors bilden können. Als Zusatznutzen wird eine Gewichts-, Material- und Kostenreduktion erzielt.
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Wie bereits erwähnt, ist das Radom vorzugsweise zur Abgabe zumindest eines Teils der von dem Radarsensor aufgenommenen Abwärme in dem Durchstrahlungsbereich ausgebildet. Hierbei kann bereits die gute Verteilung der Wärme durch die wärmeleitfähige Ausgestaltung des Radoms insgesamt ausreichend sein, wobei dann besonders bevorzugt der Fahrtwind die Abwärme entgegennimmt und abtransportiert, falls gerade keine Ablagerung abzutauen ist. Zur Verbesserung der Wärmeabgabe des Radoms kann vorgesehen sein, dass eine Oberflächenbeschichtung und/oder eine zur Oberfläche, insbesondere der Außenfläche, hin mehr Füllstoff zeigende Füllstoffverteilung in dem Durchstrahlungsbereich vorgesehen ist. Auch eine Strukturierung der Oberfläche, solange diese keine negativen Auswirkungen auf den Radarsensorbetrieb hat, ist denkbar. Insbesondere wurde bei vielen Kunststoff-Compounds bereits festgestellt, dass sich Füllstoffe teilweise eher zu den Oberflächen des Kunststoffmaterials ansammeln, so dass die Wärmeabgabe über diese Oberflächen begünstigt ist. Dieser Effekt kann zur Verbesserung der Wärmeabgabe forciert werden.
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Mit besonderem Vorteil ist das Radom zumindest in dem Durchstrahlungsbereich nicht elektrisch leitend ausgebildet und/oder enthält einen Keramik-Füllstoff. Ein elektrisch leitfähiger Füllstoff im Radom kann die Durchlasseigenschaften für die Radarsignale stark negativ beeinflussen, mithin dämpfend und/oder verfälschend wirken, so dass Derartiges vorteilhafterweise vermieden werden kann. Allerdings hat sich gezeigt, dass auch nicht alle Füllstoffe geeignet sind, gute Dämpfungseigenschaften für den Radarsensor zu bieten. Beispielsweise zeigt das häufig eingesetzte Bornitrid eine eher starke Dämpfung und wird daher bevorzugt nicht eingesetzt. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass nur wärmeleitende, aber nicht elektrisch leitende Kunststoffe mit bestimmten Füllstoffen, insbesondere keramischen Füllstoffen, vergleichbar gut elektromagnetische Wellen im Radarfrequenzbereich durchlassen wie herkömmliches Polyamid (PA) oder Polypropylen (PP). Die notwendige Radartransparenz und die geringe Dämpfung, insbesondere für einen langreichweitigen Radar, ist somit gegeben. Dabei sei darauf hingewiesen, dass auf bekannte Arten die Antennenanordnung des Radarsensors auf das Radommaterial abgestimmt und angepasst werden kann, so dass es zu keiner effektiven Dämpfung kommt.
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Als Füllstoff können dabei insbesondere Keramik-Kuben und/oder Keramik-Plättchen verwendet werden, die als eigene Schwingkörper in das Matrixmaterial eingebettet werden können. Als geeignete Materialien für das Radom im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben sich insbesondere Tecacomp® PA66 TC white 4040 und Tecacomp® PA66 TC white 3923 der Firma Ensinger GmbH, 71154 Nufringen, Deutschland, und Thermoforce EI PA6 M1000 der Firma Brenntag GmbH, 45131 Essen, Deutschland, erwiesen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse und/oder das Radom außerhalb des Durchstrahlungsbereichs zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet ist, insbesondere durch Verwendung eines neben der Wärmeleitfähigkeit auch die elektrische Leitfähigkeit herstellenden Füllstoffs. Ein geeigneter Füllstoff, um dies zu erreichen, ist beispielsweise Graphit oder Graphen. Das Gehäuse kann dabei insbesondere aus einem anderen Kunststoffmaterial als das Radom bestehen. Füllstoffe erlauben es mithin, neben der Wärmeleitfähigkeit auch die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffmaterials zu modifizieren, insbesondere herzustellen, so dass ein entsprechend ausgestaltetes Gehäuse auch einer EMV-Schirmung, ähnlich bislang genutzter Metallstrukturen, dienen kann. Auch Nebenaussendungen des Radarsensors können gedämpft werden und stören somit nicht andere umliegende elektronische Einrichtungen, beispielsweise Steuergeräte. Insgesamt erlaubt die Nutzung eines elektrisch und wärmeleitfähigen Kunststoffmaterials, insbesondere Kunststoff-Compounds, insbesondere für das Gehäuse auch eine Störreduktion. Die Kombination aus Gehäuse und Radom wirkt somit nicht nur als Ablagerungsschutz gegen Schnee und Eis sowie bevorzugt Kühleinrichtung, sondern ersetzt auch bislang gehäuseartig vorgesehene metallische Schirmkomponenten.
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Zweckmäßig können hierbei das Gehäuse und das Radom den Radarsensor komplett aufnehmen, das bedeutet, das thermisch leitfähige Kunststoffmaterial des Gehäuses ersetzt auch eine „Rückplatte“, welche bislang beispielsweise aus Aluminium zu Kühlungszwecken vorgesehen war, so dass die Kombination aus Radom und Gehäuse auch eine vollständige Schutzfunktion für den eigentlichen Radarsensor bereitstellt. Insbesondere kann dann die Abwärme der elektronischen Bauelemente des Radarsensors weiterhin, wie grundsätzlich bekannt, nach hinten, also dem Radom gegenüberliegend, abgeführt werden, nur in diesem Fall in das wärmeleitende Gehäuse und somit zu dem Radom, wo sie entsprechend abgegeben wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Radarsensoreinrichtung ferner eine zur Erwärmung des Durchstrahlungsbereichs von dessen Rand her ausgebildete, ansteuerbare Heizeinrichtung aufweist. Eine derartige Heizeinrichtung kann beispielsweise in einem Randbereich angekoppelt oder angeordnet sein, der an den Durchstrahlungsbereich angrenzt. Nachdem das Radom gut wärmeleitend ausgestaltet ist, verteilt sich die vom Rand zusätzlich durch die Heizeinrichtung eingekoppelte Wärme und trägt zusätzlich zum Abtaueffekt bei, wenn benötigt. Das bedeutet, immer dann, wenn die Abwärme des Radarsensors als Eigenheizleistung nicht ausreichend ist, beispielsweise wenn bei Temperaturen bis -40 °C eine Abtauung des Radoms im Fahrtwind zu bewerkstelligen ist, kann mithin eine Zusatzheizung in Form der Heizeinrichtung zugeschaltet werden, um weitere Wärme bereitzustellen. Aufgrund der guten Wärmeleitung des Radoms können auch in diesem Fall Heizleiter, die über den Durchstrahlungsbereich geführt werden, entfallen.
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Konkret kann hierbei vorgesehen sein, dass eine Steuereinrichtung zum Betrieb der Heizeinrichtung bei einer einen Schwellwert unterschreitenden Außentemperatur und/oder einer, insbesondere durch Auswertung der Radardaten ermittelten, Belagbildung auf dem Durchstrahlungsbereich vorgesehen ist. Eine derartige Steuereinrichtung kann die Heizeinrichtung mithin temperaturgesteuert, insbesondere in Abhängigkeit der Außentemperatur, betreiben, so dass beispielsweise bei Temperaturen unterhalb von -20 °C zugeheizt werden kann. Denkbar ist es jedoch auch, beispielsweise bei hochmodernen, hochauflösenden Radarsensoren, insbesondere basierend auf Halbleitertechnologie, auch Reflexionen aus dem Nahbereich oder Rauscheffekte auszuwerten, die einen Hinweis auf eine solche Bildung einer Ablagerung bieten. In Abhängigkeit des entsprechenden Auswertungsergebnisses kann in den entsprechenden Bedarfs-Ausnahmefällen die Heizeinrichtung zugeschaltet werden.
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Konkret kann die Heizeinrichtung einen Heizleiter und/oder eine Infrarot-Lichtquelle, insbesondere eine Infrarot-LED, aufweisen. Als Heizprinzipien können mithin grundsätzlich bekannte Methoden angewendet werden, beispielsweise der Einsatz eines elektrischen stromdurchflossenen Leiters, der sich erwärmt, je mehr Strom ihn durchfließt und/oder Infrarot-Wärmestrahlung, insbesondere als LED, oder auch als Heizlampe.
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Das Radom und das Gehäuse können miteinander verklebt oder verschweißt sein. Das Gehäuse kann dabei als eine Art Unterschale angesehen werden und, wie dargelegt, bevorzugt sowohl elektrisch als auch thermisch leitend ausgebildet sein. Als Oberschale kann das Radom, welches bevorzugt nur thermisch leitend ist, angeklebt und/oder angeschweißt werden, so dass der Wärmetransport gegeben ist.
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Neben der Radarsensoreinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens eine Radarsensoreinrichtung der erfindungsgemäßen Art. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Dabei handelt es sich bei dem Radarsensor der Radarsensoreinrichtung insbesondere um einen langreichweitigen und/oder auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs gerichteten Radarsensor. Dieser kann beispielsweise in einen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs derart eingesetzt sein, dass das Radom, insbesondere bündig an die Stoßfängeraußenfläche anschließend, einen Teil der Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet. Selbstverständlich ist auch ein anderweitiger Verbau möglich.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung, und
- 2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt in Form einer prinziphaften Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 1. Diese weist einen Radarsensor 2 in einem Gehäuse 3 auf, welches durch ein Radom 4 abgedeckt ist. Das Gehäuse 3 und das Radom 4 können verklebt oder verschweißt sein.
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Der Radarsensor 2 weist vorliegend eine Leiterplatte 5 mit verschiedenen elektronischen Bauelementen auf, von denen vorliegend beispielhaft ein Package 6 gezeigt ist, welches sowohl einen wenigstens einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, 7 sowie eine Antennenanordnung 8 des Radarsensors 2 enthält.
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Elektronische Bauelemente wie das Package 6 erzeugen bei ihrem Betrieb Abwärme, zu deren Abführung der Radarsensor 2 direkt an ein Wärmeabführungselement 9 des Gehäuses 3 angekoppelt ist. Das Wärmeabführungselement 9 ersetzt die Verbindung zu einem Kühlkörper, der in der hier gezeigten Ausgestaltung nicht länger erforderlich ist.
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Denn sowohl das Gehäuse 3 als auch das Radom 4 sind aus einem wärmeleitenden Kunststoffmaterial angefertigt, vorliegend jeweils einem Kunststoff-Compound aus einem Matrixmaterial und einem Füllstoff. Dabei ist das Gehäuse 3 zumindest in den Seitenabschnitten 10, bevorzugt aber auch im Bodenabschnitt 11, auch elektrisch leitfähig ausgebildet, wobei die elektrische Leitfähigkeit ebenso durch den Füllstoff des Compounds gegeben ist. Als Füllstoff für das Gehäuse 3 kann hierfür beispielsweise Graphit und/oder Graphen eingesetzt werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass im Fall von Graphen auch eine Beschichtung einer Kunststoffoberfläche denkbar ist.
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In dem Radom, welches gerade nicht elektrisch leitfähig sein soll, wird als Füllstoff ein keramischer Füllstoff eingesetzt, wobei bevorzugt kubische und/oder plättchenartige Schwingteilchen in das Matrixmaterial eingebracht sind. Es hat sich gezeigt, dass derartige Kunststoffmaterialien im Hinblick auf die Radartransparenz ähnliche Eigenschaften wie üblicherweise beispielsweise für Stoßfänger verwendetes Polyamid haben, so dass keine störenden Dämpfungseigenschaften und/oder sonstigen Störeffekte durch das Radom 4 auftreten, zumindest was den von den Antennen der Antennenanordnung 8 genutzten Durchstrahlungsbereich 12 angeht.
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Im konkreten Betrieb wirkt das Gehäuse 3 aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit als EMV-Schirm und ersetzt somit auch entsprechend hierfür vorgesehene Metallteile. Insgesamt wirken das Gehäuse 3 und das Radom 4 jedoch auch als (einzige) Kühleinrichtung für den Radarsensor 2, das bedeutet, Kühlplatten und/oder beispielsweise gerippt ausgeführte Kühlgehäuse können entfallen. Die Abwärme der elektronischen Bauelemente des Radarsensors 2 wird über das Gehäuse 3 zu dem Radom 4 geleitet und verteilt sich dort aufgrund der wärmeleitfähigen Ausbildung flächig, so dass sie entsprechend an die Außenluft abgegeben werden kann, insbesondere bei Fahrtwind. Dieser ist relevant, nachdem die Radarsensoreinrichtung 1 so verbaut ist, dass das Radom 4 Teil einer Außenfläche des Kraftfahrzeugs bildet, insbesondere durch versenkten Einbau in einen Stoßfänger. Das System ist selbstregulierend, nachdem der Radarsensor 2, hier ein langreichweitiger Radarsensor 2, hauptsächlich bei höheren Geschwindigkeiten eingesetzt wird.
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Insbesondere sorgt der hier beschriebene Wärmetransport jedoch für einen verlässlichen Schutz vor Ablagerungen von Schnee und Eis auf dem Radom 4 bzw. zu deren schnellem Abtauen. Denn die in dem Radarsensor 2 anfallende Abwärme reicht aus, um auch große Temperaturunterschiede auszugleichen, so dass beispielsweise bis hin zu -20 °C eine verlässliche Abtauung ermöglicht wird.
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Optional kann dabei vorgesehen sein, wie in 1 ebenso gezeigt, in einem außerhalb des Durchstrahlungsbereichs 12 liegenden Randbereich 13 eine zusätzliche Heizeinrichtung 14 anzukoppeln oder zu integrieren, die bei äußerst widrigen Temperaturen bzw. äußerst widrigen Witterungsverhältnissen zusätzliche Wärmeleistung in das Radom 4 einleiten kann, wo sich die Wärme aufgrund der wärmeleitenden Ausgestaltung schnell verteilt und ebenso zur Abtauung beiträgt. Hierzu kann die Heizeinrichtung 14 von einer ebenso nur schematisch angedeuteten Steuereinrichtung 15 angesteuert werden, welche auch als Teil des Radarsensors 2 selbst realisiert werden kann. In der Steuereinrichtung 15 kann ein Wert für die Außentemperatur verarbeitet werden, um zu überprüfen, ob diese einen Schwellwert unterschreitet, oder aber es können die Radardaten des Radarsensors 2 selbst ausgewertet werden, um festzustellen, ob diese das Vorhandensein einer Ablagerung anzeigen, insbesondere bei hochgenauen, modernen, auf Halbleitertechnologie basierenden Radarsensoren 2, wie im Beispiel in 1 angedeutet ist. Die Heizeinrichtung 14 kann beispielsweise als außerhalb des Durchstrahlungsbereichs 12 verlaufende elektrische Leiter im Radom 4 ausgebildet sein und/oder eine Infrarot-LED zur Einkopplung von Wärme in das Radom 4 aufweisen.
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Es sei noch angemerkt, dass die Wärmeabgabe durch das Radom 4 im Durchstrahlungsbereich 12 auch gefördert werden kann, beispielsweise durch eine entsprechende Ausgestaltung von dessen Oberfläche und/oder eine entsprechend geeignete Verteilung der Füllstoffe im Matrixmaterial.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 16. Dabei sind in einem vorderen Stoßfänger 17 zwei Radarsensoreinrichtungen 1 der in 1 dargestellten Art mit einem langreichweitigen Radarsensor 2 eingesetzt.
