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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer passiven Kühleinrichtung zum Ableiten von Wärme einer Antenneneinrichtung.
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DE 10 2010 039 709 A1 betrifft ein Antennenmodul für ein Fahrzeug, das ein Antennenelement AE und ein Elektronikmodul sowie zusätzlich eine wärmeableitende Einrichtung zur Kühlung bzw. Wärmeabfuhr vom Elektronikmodul an eine Wärmesenke aufweist. Die Schrift beschreibt ein Antennenmodul, das im oberen Abschnitt hinter einer Frontscheibe angeordnet ist und nach innen durch einen Dachhimmel abgedeckt ist. Sie beschreibt als wärmeableitende Einrichtung eine wärmeleitende Anbindung,z.B. ein Blechteil, das mittels eines (End-)Abschnitts an eine Wärmeschnittstelle des Antennenmoduls gekoppelt ist und mittels eines anderen (End-)Abschnitts mit der Karosserie bzw. der A/B/C-Säule gekoppelt ist.
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DE 10 2010 064 343 A1 betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Moduls für ein Fahrzeug, bei dem die Abwärme des Moduls mittels eines passiven Wärmeleiters zu einer Wärmesenke im Dachbereich des Fahrzeugs transportiert wird. Sie beschreibt dazu ein Elektronikmodul z.B. eine Sendeelektronik, die im Dachbereich nahe einer Antennenfinne unterhalb eines Dachblechs angeordnet. Das Elektronikmodul steht mit einem daran angebrachten Ende des Wärmerohrs in Kontakt, wobei das andere Ende des Wärmerohrs mit einem Folienkühlkörper, der auf der Oberseite eines Dachhimmels angebracht ist, verbunden ist, um die Abwärme aufzunehmen bzw. abzugeben. Das Wärmerohr ist damit zwischen Dachblech und Dachhimmel angeordnet.
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Antenneneinrichtungen von Fahrzeugen sind bevorzugt in Antennengehäusen angeordnet, welche auf einem Fahrzeugdach eines Fahrzeugs angeordnet sind. Diese Antenneneinrichtungen auf dem Fahrzeugdach werden auch als Haifischflossenantennen oder Sharkantennen bezeichnet. In letzter Zeit ist es üblich, die Haifischflossenantennen durch sogenannte versteckte Antennen zu ersetzen. Dabei ist die Antenneneinrichtung in dem Dach angeordnet. Konkret kann die Antenneneinrichtung auf oder in einer Metallkavität, insbesondere einem Querträger angeordnet sein. Die Antenneneinrichtung ist dabei unter einer Kunststoff- oder Glasabdeckung angeordnet. Durch diese Kunststoff- oder Glasabdeckung können elektromagnetische Wellen versandt und/oder empfangen werden, sodass eine Haifischflossenantenne auf einem Blechdach nicht mehr erforderlich ist. Aufgrund der Anordnung des Antennengehäuses auf oder in dem Fahrzeugdach ist dieses einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Aufgrund dieser Sonneneinstrahlung können in dem Antennengehäuse Temperaturwerte von über 100 °C erreicht werden. Bei diesen Temperaturen kann es zu Funktionsstörungen oder Funktionsausfällen der in dem Antennengehäuse angeordneten Antenneneinrichtung kommen. Eine direkte Wärmeableitung der Wärme aus dem Antennengehäuse an das Fahrzeugdach ist aufgrund der ebenfalls hohen Temperatur des Fahrzeugdachs nicht möglich. Eine Anbringung von Lüftungssystemen an dem Gehäuse ist aufgrund des erforderlichen Witterungsschutzes nicht möglich. Aus diesen Gründen haben sich noch keine Kühlvorrichtungen für diese Antenneneinrichtungen etabliert, welche eine Ableitung der Wärme ermöglichen.
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit der Wärmeableitung aus einer Antenneneinrichtungen in oder auf einem Fahrzeugdach eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren.
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Die Erfindung umfasst ein Fahrzeug, das eine auf oder in einem Dach des Fahrzeugs angeordnete Antenneneinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Signale mittels zumindest einer Antenne der Antenneneinrichtung zusenden und/oder zu empfangen. Mit anderen Worten ist das Fahrzeug dazu eingerichtet, elektromagnetische Signale mittels der Antenneneinrichtung auf oder in dem Dach zu versenden und/oder zu empfangen. Die Antenneneinrichtung mit der Antenne kann beispielsweise in einem Antennengehäuse auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Antenneneinrichtung kann auch in oder auf einer Metallkavität eines Querträgers unter einer Kunststoff- oder Glasabdeckung des Dachs angeordnet sein. Das Fahrzeug weist eine passive Kühleinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, Wärme der Antenneneinrichtung abzuleiten. Die passive Kühleinrichtung weist ein Kühlelement auf, das auf einem Fahrzeughimmel oder in einem durch das Dach des Fahrzeugs und dem Fahrzeughimmel des Fahrzeugs gebildeten Zwischenraum angeordnet ist. Das Kühlelement ist durch ein erstes Wärmekoppelelement der passiven Kühleinrichtung mit der Antenneneinrichtung verbunden. Über zumindest ein Karosseriekoppelelement der passiven Kühleinrichtung ist das Kühlelement mit einer Innenseite eines Karosserieelements des Fahrzeugs verbunden. Mit anderen Worten ist es zu Ableitung von Wärme aus der Antenneneinrichtung vorgesehen, die Antenneneinrichtung wärmeleitend mit einer Innenseite des Karosserieelements des Fahrzeugs zu verbinden, wobei die Verbindung über das Kühlelemente der passiven Kühleinrichtung bereitgestellt wird. Um eine thermische Verbindung zwischen der Antenneneinrichtung und dem Kühlelement herzustellen, weist die passive Kühleinrichtung das erste Wärmekoppelelement auf. Das erste Wärmekoppelelement verbindet, die an oder in dem Dach angeordnete Antenneneinrichtung mit dem Kühlelement. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Körper aus Kupfer handeln, welcher ein zu kühlendes elektronisches Bauteil der Antenneneinrichtungen berührt und mit dem Kühlelement verbunden ist. Eine thermische Verbindung des Kühlelements zu der Innenseite des Karosserieelements des Fahrzeugs wird durch das Karosseriekoppelelement bereitgestellt. Dabei kann es sich ebenfalls um einen Körper aus Kupfer handeln, der mit dem Kühlelement verbunden ist und das Karosserieelements berührt.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine passive Kühlung der Antenneneinrichtung durch ein Abführen der Wärme von der Antenneneinrichtung zu einer als Wärmesenke wirkenden Innenseite des Karosserieelements ermöglicht wird.
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Die Erfindung umfasst optionale Weiterbildungen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement ein Metall aufweist. Mit anderen Worten besteht das Kühlelement ganz oder teilweise aus einem Metall. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlelement eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kühlelement Kupfer und/oder Aluminium aufweist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement auf einer dem Zwischenraum zugewandten Seite des Fahrzeughimmels angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Kühlelement auf dem Fahrzeughimmel befestigt, wobei das Kühlelement auf der Seite des Fahrzeughimmels angeordnet ist, welches, welche den Zwischenraum zum Fahrzeugdach begrenzt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlelement an dem Fahrzeughimmel angeordnet ist und somit mechanisch in dem Fahrzeug fixiert ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement eine auf dem Fahrzeughimmel angeordnete Metallfolie umfasst. Mit anderen Worten weist der Fahrzeughimmel eine Metallfolie auf, die ein Teil des Kühlelements der passiven Kühleinrichtung ist. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlelement eine große Oberfläche im Verhältnis zu seiner Masse aufweist und somit Wärme in den Zwischenraum abgeleitet werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement eine auf oder in dem Fahrzeughimmel angeordnete Metalleinlage umfasst. Mit anderen Worten umfasst das Kühlelement eine Metalleinlage, die in oder auf dem Fahrzeughimmel angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlelement während einer Fertigung in einem ersten Schritt geformt werden kann und in einem zweiten Schritt auf oder in dem Fahrzeughimmel eingearbeitet werden kann.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement einen auf oder in dem Fahrzeughimmel angeordneten Metallsiebdruck umfasst. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Kühlelements mittels eines Metallsiebdruckverfahrens auf oder in dem Fahrzeughimmel angeordnet ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement Kühlrippen aufweist. Mit anderen Worten weist das Kühlelement herausstehende konvexe Flächen auf, um eine Oberfläche des Kühlelements zu vergrößern. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass die Oberfläche des Kühlelements vergrößert wird, um Wärme in den Zwischenraum abgeben zu können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die herausstehenden Flächen oder Balken aus einer Grundfläche des Kühlelements in den Zwischenraum hineinragen, um eine Oberfläche des Kühlelements in den Zwischenraum zu vergrößern.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement zumindest bereichsweise durch eine thermische Isolierschicht umschlossen ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass zumindest Bereiche der Oberfläche des Kühlelements eine thermische Isolierschicht aufweisen, welche eine relativ geringe thermische Leitfähigkeit aufweist, um eine Wärmeabgabe des Kühlelements zumindest in bestimmten Bereichen der Oberfläche des Kühlelements zu reduzieren. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Wärmeabgabe des Kühlelements auf vorbestimmte Bereiche begrenzt werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Bereiche außerhalb der Kontaktstellen zum kontaktieren des Wärmekoppelelements oder des Karosseriekoppelelements mit der thermischen Isolierschicht beschichtet sind, damit ein minimaler Anteil der Wärme in den Zwischenraum abgegeben wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die Wärme hauptsächlich der Innenseite des Karosserieelements des Fahrzeugs zugeführt wird und keine signifikante Erwärmung des Fahrzeuginnenraums erfolgt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement durch das zumindest eine Karosseriekoppelelement der passiven Kühleinrichtung mit einer Innenseite einer A-, B- oder C-Säule des Fahrzeugs verbunden ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, die Antenneneinrichtung zur Wärmeabfuhr über die passive Kühleinrichtung mit der Innenseite der A-, B- oder C-Säule des Fahrzeugs zu verbinden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Kühleinrichtung mit einem Element der Karosserie verbunden wird, welches durch Sonneneinstrahlung nur in einem geringen Umfang erwärmt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine relativ hohe Temperaturdifferenz zwischen der Antenneneinrichtung und dem Karosserieelement besteht und somit ein größerer Wärmeabtrag aus der Antenneneinrichtung erfolgen kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlelement eine Innenraumantenne der Antenneneinrichtung ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das Kühlelement eine Innenraumantenne zum Abstrahlen und/oder Empfangen von elektromagnetischen Signalen des Fahrzeuginnenraums ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass in dem Fahrzeuginnenraum keine zusätzliche Antenne zum Empfangen von elektromagnetischen Signalen aus dem Fahrzeuginnenraum erforderlich ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass elektromagnetische Signale eines Mobiltelefons durch das als Antenne wirkende Kühlelement empfangen werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind.
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Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein Kraftfahrzeug; und
- 2 das Kühlelement.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Dach 2 auf, wobei auf und/oder in dem Dach 2 des Fahrzeugs 1 eine in einem Antennengehäuse 3 angeordnete Antenneneinrichtung 4 angeordnet sein kann. Die Antenneneinrichtung 4 kann zumindest eine Antenne 5 aufweisen, um einen Empfang und/oder einen Versandt von elektromagnetischen Signalen zu ermöglichen. Aufgrund der Anordnung des Antennengehäuses 3 auf oder in dem Dach 2 des Fahrzeugs 1 kann es unter Sonneneinstrahlung zu einem Temperaturanstieg in dem Antennengehäuse 3 kommen, wodurch eine Funktionsfähigkeit der Antenneneinrichtung 4 beeinträchtigt werden kann. Die Antenneneinrichtung 4 kann beispielsweise auch in einem Antennengehäuse 3 angeordnet sein, welches als Glas- oder Kunststoffabdeckung ein Dachbestandteil sein kann. Die Abdeckung kann ein für bestimmte elektromagnetische Wellen durchlässiger Teil des Daches 2 sein, sodass die Antenneneinrichtung 4 in dem Dach 2 angeordnet sein kann. Um eine Wärme von der Antenneneinrichtung 4 ableiten zu können und somit die Temperatur der Antenneneinrichtung 4 senken zu können, kann es vorgesehen sein, dass das Fahrzeug 1 eine passive Kühleinrichtung 6 aufweist. Die passive Kühleinrichtung 6 kann ein erstes Wärmekoppelelement 7 aufweisen, dass die Antenneneinrichtung 4 an einer Antennenkontaktstelle 8 der Antenneneinrichtung 4 kontaktieren kann. Die Antennenkontaktstelle 8 kann beispielsweise eine vorbestimmte Fläche des Antennengehäuses 3 oder der Antenneneinrichtung 4 sein. Die Antennenkontaktstelle 8 kann beispielsweise ein Bauteil der Antenneneinrichtung 4 sein. Das Wärmekoppelelement 7 kann beispielsweise aus Kupfer und/oder Aluminium bestehen und die Antenneneinrichtung 4 mit einem Kühlelement 9 verbinden, welches in einem durch einen Fahrzeughimmel 10 und dem Dach 2 gebildeten Zwischenraum 11 oder auf dem Fahrzeughimmel 10 angeordnet sein kann. Das Wärmekoppelelement 7 kann eine erste Kontaktstelle 12 des Kühlelements 9 berühren. Das Kühlelement 9 kann beispielsweise auf dem Fahrzeughimmel 10 zumindest teilweise angeordnet sein. Das Kühlelement 9 kann beispielsweise eine auf dem Fahrzeughimmel 10 aufgetragene Folie und/oder einen auf dem Fahrzeughimmel 10 aufgetragenen Siebdruck aufweisen. Das Kühlelement 9 kann beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Es kann vorgesehen sein, dass das Kühlelement 9 Kühlrippen 13 aufweist, um eine Oberfläche des Kühlelements 9 zu vergrößern und somit eine Wärmeabgabe in den Zwischenraum 11 zu erhöhen. Das Kühlelement 9 kann auch eine auf oder in dem Fahrzeughimmel 10 angeordnete Metalleinlage umfassen. Ist es gewünscht, eine Wärmeabgabe in den Zwischenraum 11 zu minimieren, kann es vorgesehen sein, dass die passive Kühleinrichtung 6 eine thermische Isolierschicht 14 aufweist, welche das Kühlelement 9 zumindest teilweise umschließt. Dabei kann es sich beispielsweise um Polymere oder Keramiken handeln, welche eine im Vergleich zu einem Material des Kühlelements 9 geringere thermische Leitfähigkeiten aufweisen. Das Kühlelement 9 kann an zumindest einer zweiten Kontaktstelle 15 des Kühlelements 9 über zumindest ein Karosseriekoppelungselement 16 mit einer Innenseite 17 zumindest eines Karosserieelements 18 verbunden sein. Bei dem Karosserieelement 18 kann es sich beispielsweise um eine A-, B- oder C-Säule des Fahrzeugs 1 handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Karosserieelement 18 um ein Bauteil, dessen Innenseite 17, womit die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Seite des Karosserieelements 18 gemeint sein kann, einer geringeren Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, als das Dach 2 des Fahrzeugs 1. Dadurch kann unter Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug 1 eine Temperaturdifferenz zwischen der Antenneneinrichtung 4 und dem Karosserieelement 18 auftreten, wodurch die Wärme von der Antenneneinrichtung 4 an das Karosserieelement 18 abgeleitet werden kann. Hierdurch kann die Antenneneinrichtung 4 gekühlt werden.
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2 zeigt das Kühlelement. Das Kühlelement 9 kann beispielsweise auf, über oder in dem Fahrzeughimmel 10 angeordnet sein. Das Kühlelement 9 kann die erste Kontaktstelle 12 aufweisen, an welcher das Kühlelement 9 mit einer Antennenkontaktstelle 8 der Antenneneinrichtung 4 über das Wärmekoppelelement 7 verbunden sein kann. Das Kühlelement 9 kann zumindest eine zweite Kontaktstelle 15 aufweisen an welcher das Kühlelement 9 mit der Innenseite 17 des zumindest einen Karosserieelements 18 verbunden werden kann.
Eine Entwärmung von Shark-Fin Antennen und intelligenten
Antenneneinrichtungen erfolgt nach dem derzeitigen Stand der Technik über eine direkte Anbindung der Antenneneinrichtungen an ein Blech des Daches oder eines Querträgers des Fahrzeugs. Alternativ dazu erfolgt eine aktive Kühlung durch Lüfter, Piezoelemente, Peltierelemente oder Heatpipes.
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Bei einer ungenügenden Wärmeabfuhr kann es zu einer Überhitzung oder sogar einem Defekt einiger elektrischer Bauteile der Schaltungen und Verstärker auf Leiterplatten der intelligenten Antenneneinrichtung kommen. Die Überhitzung kann beispielsweise bedingt durch Sonneneinstrahlung auftreten, wobei Temperaturen im Dachbereich von über 85°C, erreicht werden können. Ein Absetzen eines Notrufes oder weitere Funktionen der Antenneneinrichtung können dann unter Umständen nicht mehr möglich sein.
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In Antenneneinrichtungen kann eine stark erhöhte Temperaturentwicklung, bedingt durch die hohe Verarbeitung der ein- und ausgehenden Datenmengen der einzelnen Dienste und die sehr stark geschachtelten/integrierten Funktionen der Intelligenten Antenneneinrichtung auf engstem Raum entstehen. Antenneneinrichtungen benötigen somit entsprechende aktive und/oder passive Entwärm ungskonzepte.
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Die Idee der Erfindung besteht in einer Anbindung der Shark-Fin Antenne und/oder der Antenneneinrichtung über passende Koppelflächen an die speziell definierte Metallstruktur auf der Oberseite des Fahrzeughimmels.
Die Ableitung der in der Antenneneinrichtung erzeugten Wärme erfolgt über die Metallstruktur des Dachhimmels hin zur Fahrzeugstruktur. Eine Anbindung kann über passende Koppelflächen, beispielsweise an die Innenseite der C-Säule (Karosserie) vorgesehen sein. Metalleinleger, eine Metallfolie bzw. ein Metallsiebdruck auf einer Oberseite des Fahrzeughimmels leiten die Wärme der Antenneneinrichtung zu einem kühleren Bereich im Fahrzeug an die Innenseite der Fahrzeugkarosserie.
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Durch Sonneneinstrahlung entstehen am Dachblech Temperaturen von über 100°C, die eine Entwärmung der Antenneneinrichtung unmöglich machen. Die Innenseite der Karosserie im Bereich der A-/B-/C- Säule dient dabei als Temperatursenke, weil keine direkte Solarstrahlung zur Erwärmung dieses Karosserieelements führt.
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Der Fahrzeughimmel kann das Kühlelement mit besonderen Blecheinlegern, Metallfolien oder Metalldruck aufweisen, welche als Wärmeleiter dienen können. Es werden somit keine zusätzlichen separaten Bauteile zur Entwärmung benötigt.
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Eine Verwendung kann auch bei Trucks, Zügen und Nutzfahrzeugen vorgesehen sein, die mit intelligenten Antenneneinrichtungen ausgerüstet sind.
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Intelligente, hochintegrierte Antenneneinrichtungen können Dienste wie AM, FM, GPS-GNSS, SDARS, Telefon, C2X, RKE, TPS, WLAN, DRM oder Werkstattdiagnosefunktionen anbieten. Eine Anbindung kann über entsprechende Koppelflächen auf einer Modulunterseite an die entsprechenden Koppelflächen des Kühlelements am Fahrzeughimmel erfolgen. Der
Fahrzeughimmel kann einen Abstand zum Fahrzeugdach aufweisen und durch eine isolierende Luftschicht in dem Zwischenraum von diesem beabstandet sein. Somit kann ein Ableiten und Spreizen des Wärmeeintrages der Antenneneinrichtungen (Abwärme sämtlicher Verstärker und Antennenverbraucher) über die Metallstruktur des Fahrzeughimmels erfolgen. Ein Anbinden der Metallstruktur kann über die entsprechenden Koppelflächen zur Ableitung der Wärme an die kühlere C-Säule der inneren Fahrzeugkarosserie erfolgen, welche nicht Teil der Fahrzeugaußenhaut ist. Die Metallstruktur auf der Oberseite des Fahrzeughimmels kann als Metalleinleger, Metallfolie bzw. Metallsiebdruck gestaltet sein und zusätzlich auch als Antennenstruktur ausgebildet sein, um die Signale des ATM der Antenneneinrichtungen zur Innenraumüberwachung (z.B. der Schlüsselortung) nutzen zu können.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ei Entwärmen einer Antenneneinrichtung über einen Fahrzeughimmel mit Metallstruktur bereitgestellt werden kann.
