DE102020102545A1

DE102020102545A1 - Covering device for an environment sensor

Info

Publication number: DE102020102545A1
Application number: DE102020102545.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Glassl; Rachid Khlifi; Stefan Stadik; Christian Gert Voigt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2021-08-05

Abstract

Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor, mit einer bestimmungsgemäß von dem Umfeldsensor abgewandten Außenfläche sowie Sensoranordnung, Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen einer Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor.Covering device for an environment sensor, with an outer surface as intended, facing away from the environment sensor, as well as sensor arrangement, vehicle and method for producing a cover device for an environment sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor, mit einer bestimmungsgemäß von dem Umfeldsensor abgewandten Außenfläche. Ferner betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor.The invention relates to a covering device for an environment sensor, with an outer surface that is intended to face away from the environment sensor. The invention also relates to a sensor arrangement, a vehicle and a method for producing a covering device for an environment sensor.

Umfeldsensoren im Sinne der Erfindung verwenden zum Erfassen eines Umfelds elektromagnetische Wellen (Nutzsignal), welche in das Umfeld gesendet, von in dem Umfeld angeordneten Objekten reflektiert und von den Umfeldsensoren empfangen werden. Ein Umfeldsensor im Sinne der Erfindung umfasst daher stets eine Antenne zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen. Abhängig von einer Wellenlänge bzw. einem Wellenlängenbereich eines Nutzsignals, d. h. der gesendeten und empfangenen elektromagnetischen Wellen, unterscheidet man beispielsweise zwischen RADAR-Sensoren (Funksignale) und LIDAR-Sensoren (Lichtsignale).Environment sensors within the meaning of the invention use electromagnetic waves (useful signal) to detect an environment, which waves are sent into the environment, reflected by objects arranged in the environment and received by the environment sensors. An environment sensor within the meaning of the invention therefore always comprises an antenna for transmitting and receiving electromagnetic waves. Depending on a wavelength or a wavelength range of a useful signal, i. H. of the transmitted and received electromagnetic waves, a distinction is made, for example, between RADAR sensors (radio signals) and LIDAR sensors (light signals).

Ein Funktionieren der Antenne und damit des Umfeldsensors kann durch Stoffe gestört werden, welche an einer Oberfläche der Antenne haften. Zu den störenden Anhaftungen zählen jede Art von Schmutz sowie flüssiges Wasser, Schnee und gefrorenes Wasser, d. h. Eis.The functioning of the antenna and thus the environment sensor can be disrupted by substances that adhere to a surface of the antenna. The annoying buildup includes all types of dirt as well as liquid water, snow and frozen water, i. H. Ice cream.

Ein Umfeldsensor, welcher im Freien verwendet wird, beispielsweise ein RADAR-Sensor eines Fahrzeugs, ist naturgemäß einer besonderes großen Gefahr von Anhaftungen ausgesetzt. Deshalb wird er zum Schutz vor Anhaftungen gewöhnlich hinter einer Abdeckvorrichtung angeordnet und bildet mit der Abdeckvorrichtung eine Sensoranordnung. Die Abdeckvorrichtung ist für die gesendeten und empfangenen elektromagnetischen Wellen transparent und hält Schmutz, Wasser oder Schnee von der Antenne des Umfeldsensors fern. Abdeckvorrichtungen für RADAR-Sensoren werden auch als Radome bezeichnet. Eine gebräuchliche Bezeichnung für eine Abdeckvorrichtung für LIDAR-Sensoren lautet Lidom.An environment sensor that is used outdoors, for example a RADAR sensor of a vehicle, is naturally exposed to a particularly high risk of buildup. It is therefore usually arranged behind a covering device to protect against buildup and forms a sensor arrangement with the covering device. The covering device is transparent for the transmitted and received electromagnetic waves and keeps dirt, water or snow away from the antenna of the environment sensor. Covering devices for RADAR sensors are also known as radomes. A common name for a cover device for LIDAR sensors is Lidom.

Allerdings können Schmutz, Wasser oder Schnee an einer von dem Umfeldsensor abgewandten Außenfläche der Abdeckvorrichtung haften und eine Transparenz der Abdeckvorrichtung für die Nutzsignale verringern, wodurch das Funktionieren des Umfeldsensors ebenfalls gestört wird.However, dirt, water or snow can adhere to an outer surface of the cover device facing away from the environment sensor and reduce the transparency of the cover device for the useful signals, whereby the functioning of the environment sensor is also disrupted.

Eine Möglichkeit, einer Störung oder Fehlfunktion des Umfeldsensors entgegenzuwirken, besteht darin, für die Abdeckvorrichtung eine Reinigungseinrichtung vorzusehen. Jedoch ist eine dedizierte Reinigungseinrichtung kostspielig und wartungsintensiv und zudem selbst fehleranfällig. Entsprechend gehen Bestrebungen dahin, ein Anhaften von Schmutz, Wasser oder Schnee an der Außenfläche möglichst durch die Ausgestaltung der Abdeckvorrichtung selbst zu verhindern.One possibility of counteracting a disruption or malfunction of the environment sensor is to provide a cleaning device for the covering device. However, a dedicated cleaning device is costly and maintenance-intensive and, moreover, itself prone to errors. Accordingly, efforts are made to prevent dirt, water or snow from adhering to the outer surface as far as possible through the design of the cover device itself.

DE 10 2007 059 758 A1 offenbart eine solche Abdeckvorrichtung für ein Abstands-Warn-Radar. Die Abdeckvorrichtung umfasst eine Grundstruktur und eine auf die Grundstruktur aufgebrachte Deckschicht mit einer Mikrostruktur bzw. Nanostruktur. Die Deckschicht umfasst eine siliziumorganische Matrix sowie nanodispersives Titandioxid und ist schmutz-, wasser, schnee- und/oder eisabweisend. DE 10 2007 059 758 A1 discloses such a cover device for a proximity warning radar. The covering device comprises a basic structure and a cover layer with a microstructure or nanostructure, which is applied to the basic structure. The top layer comprises an organosilicon matrix as well as nanodispersive titanium dioxide and is dirt, water, snow and / or ice repellent.

Eine Mikrostruktur umfasst Strukturelemente mit einer Größe im Mikrometerbereich, während eine Nanostruktur Strukturelemente mit einer Größe im Nanometerbereich umfasst. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Größen der jeweiligen Strukturelemente etwa um den Faktor 1000, d. h. um drei Größenordnungen.A microstructure comprises structural elements with a size in the micrometer range, while a nanostructure comprises structural elements with a size in the nanometer range. In other words, the sizes of the respective structural elements differ approximately by a factor of 1000, i.e. H. by three orders of magnitude.

Die selbstreinigende Wirkung dieser bekannten Abdeckvorrichtung imitiert die Natur und ist als Lotus-Effekt bekannt. Zwar ist das Herstellen der Abdeckvorrichtung dank einer Vielzahl bekannter Beschichtungsverfahren einfach. Jedoch kann sich die Deckschicht unter Witterungseinfluss oder mechanischer Belastung von der Grundstruktur lösen, wodurch die selbstreinigende Wirkung verringert wird bzw. verloren geht.The self-cleaning effect of this well-known covering device imitates nature and is known as the lotus effect. It is true that the production of the covering device is simple thanks to a large number of known coating processes. However, the top layer can become detached from the basic structure under the influence of weather or mechanical stress, whereby the self-cleaning effect is reduced or lost.

Ein alternatives Herstellungsverfahren für ein stark wasserabweisendes Kunststoffformteil ist in DE 10 2009 051 598 A1 beschrieben. Bei dem Verfahren wird das Kunststoffformteil aus einem hydrophoben Kunststoff mittels einer Spritzgießform hergestellt. Die durch Laserstrukturierung ausgebildete Spritzgießform weist eine negative Mikrostruktur mit einer Mehrzahl kegelförmiger Vertiefungen auf, auf deren Mantelinnenflächen jeweils eine Feinstruktur ausgebildet ist. Dank eines bestimmten Temperaturverlaufs während des Spritzgießens wird die Mikrostruktur mit der überlagerten Feinstruktur vollständig auf das Kunststoffformteil abgeformt.An alternative manufacturing process for a highly water-repellent plastic molded part is in DE 10 2009 051 598 A1 described. In the process, the plastic molded part is produced from a hydrophobic plastic by means of an injection mold. The injection mold formed by laser structuring has a negative microstructure with a plurality of conical depressions, on the inner surface of each of which a fine structure is formed. Thanks to a certain temperature profile during injection molding, the microstructure with the superimposed fine structure is completely molded onto the plastic molded part.

Das beschriebene Herstellungsverfahren ist wegen des erforderlichen Temperaturverlaufs komplex und zeitaufwändig. Zudem können an den beim Spritzgießen ausgebildeten feinstrukturierten kegelförmigen Vorsprüngen feste Partikel wie Schmutz oder Schneeflocken haften.The manufacturing process described is complex and time-consuming because of the temperature profile required. In addition, solid particles such as dirt or snowflakes can adhere to the finely structured conical projections formed during injection molding.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor zur Verfügung zu stellen, welche ein Anhaften von Schmutz, Wasser oder Schnee zuverlässig verhindert. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung, ein Fahrzeug und ein einfaches Verfahren zum Herstellen einer Abdeckvorrichtung anzugeben.The invention is therefore based on the object of providing an improved covering device for an environment sensor which reliably prevents dirt, water or snow from adhering. A further object of the invention is a sensor arrangement, a vehicle and to specify a simple method for producing a covering device.

Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor, mit einer bestimmungsgemäß von dem Umfeldsensor abgewandten Außenfläche. Die Abdeckvorrichtung ist transparent für von dem Umfeldsensor gesendete oder empfangene elektromagnetische Wellen, welche eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisen oder in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich liegen. Entsprechend ist ein Funktionieren des Umfeldsensors durch die Abdeckvorrichtung an sich nicht oder zumindest kaum beeinträchtigt. Die Abdeckvorrichtung verhindert ein Anhaften von Schmutz, Wasser oder Schnee auf einer Antenne des Umfeldsensors, wodurch eine Gefahr einer Störung oder Fehlfunktion des Umfeldsensors verringert ist.One subject matter of the invention is a cover device for an environment sensor, with an outer surface that is intended to face away from the environment sensor. The covering device is transparent to electromagnetic waves transmitted or received by the environment sensor, which waves have a predetermined wavelength or are in a predetermined wavelength range. Correspondingly, functioning of the environment sensor is not or at least barely impaired by the covering device per se. The covering device prevents dirt, water or snow from adhering to an antenna of the environment sensor, which reduces the risk of interference or malfunction of the environment sensor.

Erfindungsgemäß weist die Außenfläche eine wellenförmige Mikrostruktur mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rillen auf. Die Rillen sind dreidimensionale Strukturelemente der Mikrostruktur und stellen einen Lotuseffekt bereit, welcher einem Haften von Schmutz, Wasser oder Schnee entgegenwirkt. Eine Längsrichtung der Rillen definiert eine Vorzugsrichtung für die Ausrichtung der Abdeckvorrichtung, d. h. die Rillen beseitigen eine Isotropie der Abdeckvorrichtung und stellen eine Anisotropie der Abdeckvorrichtung her. Eine sich senkrecht zu der Außenfläche und der Längsrichtung der Rillen erstreckende Querschnittsfläche weist folglich eine wellenförmige Randlinie auf, welche einer Linie in der Außenfläche entspricht. Bezogen auf eine Außenseite der Abdeckvorrichtung umfasst die Mikrostruktur eine Mehrzahl alternierend angeordneter länglicher Vorsprünge und Vertiefungen.According to the invention, the outer surface has a wave-shaped microstructure with a plurality of grooves arranged next to one another. The grooves are three-dimensional structural elements of the microstructure and provide a lotus effect, which counteracts the adhesion of dirt, water or snow. A longitudinal direction of the grooves defines a preferred direction for the alignment of the covering device, i. H. the grooves remove isotropy of the covering device and make anisotropy of the covering device. A cross-sectional area extending perpendicular to the outer surface and the longitudinal direction of the grooves consequently has an undulating edge line which corresponds to a line in the outer surface. In relation to an outside of the covering device, the microstructure comprises a plurality of alternately arranged elongate projections and depressions.

In einer Ausführungsform weisen zwei benachbarte Rillen dieselbe Rillenbreite auf und/oder weisen zwei benachbarte Rillen eine verschiedene Rillenbreite auf. Die Mikrostruktur besteht aus Rillen mit einer identischen Rillenbreite, aus Rillen mit einer jeweils einzigartigen Rillenbreite oder ist eine Mischung der beiden genannten Varianten, welche sowohl Rillen mit einer identischen Rillenbreite als auch Rillen mit verschiedenen Rillenbreiten umfasst. Die Rillenbreiten sind hinsichtlich einer Transparenz der Abdeckvorrichtung für die von dem Umfeldsensor gesendeten oder empfangenen elektromagnetischen Wellen optimal gewählt.In one embodiment, two adjacent grooves have the same groove width and / or two adjacent grooves have a different groove width. The microstructure consists of grooves with an identical groove width, grooves with a unique groove width in each case, or a mixture of the two variants mentioned, which includes grooves with an identical groove width as well as grooves with different groove widths. The groove widths are optimally selected with regard to a transparency of the cover device for the electromagnetic waves transmitted or received by the environment sensor.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Rillenbreite einer Rille zumindest in einem Längsabschnitt der Rille konstant und/oder variiert eine Rillenbreite einer Rille zumindest in einem Längsabschnitt der Rille. Die Mikrostruktur besteht also aus Rillen mit einer in der Längsrichtung gleichbleibenden Rillenbreite, aus Rillen mit einer in der Längsrichtung variierenden Rillenbreite oder ist eine Mischung der beiden genannten Varianten, bei der die Rillen jeweils abschnittsweise eine gleichbleibende und eine variierende Rillenbreite aufweisen. Die Rillenbreiten sind hinsichtlich einer Transparenz der Abdeckvorrichtung für die von dem Umfeldsensor gesendeten oder empfangenen elektromagnetischen Wellen optimal gewählt.In a further embodiment, a groove width of a groove is constant at least in a longitudinal section of the groove and / or a groove width of a groove varies at least in a longitudinal section of the groove. The microstructure thus consists of grooves with a groove width that is constant in the longitudinal direction, of grooves with a groove width that varies in the longitudinal direction, or is a mixture of the two variants mentioned, in which the grooves each have a constant and a varying groove width in sections. The groove widths are optimally selected with regard to a transparency of the cover device for the electromagnetic waves transmitted or received by the environment sensor.

Bevorzugt liegt eine Rillenbreite jeder Rille in einem Bereich von 0,1 µm bis 400 µm und/oder liegt eine Rillentiefe jeder Rille in einem Bereich von 0,1 µm bis 20 µm. Allgemein weisen die Rillen als Strukturelemente der Mikrostruktur Abmessungen im Mikrometerbereich auf. Die bevorzugten Rillenbreiten liegen in der unteren Hälfte des Mikrometerbereichs. Die bevorzugten Rillentiefen liegen an der Untergrenze des Mikrometerbereichs.Preferably, a groove width of each groove is in a range from 0.1 μm to 400 μm and / or a groove depth of each groove is in a range from 0.1 μm to 20 μm. In general, the grooves as structural elements of the microstructure have dimensions in the micrometer range. The preferred groove widths are in the lower half of the micrometer range. The preferred groove depths are at the lower limit of the micrometer range.

In vorteilhaften Ausführungsformen umfasst die Abdeckvorrichtung eine bestimmungsgemäß dem Umfeldsensor zugewandte Innenfläche, welche eine zu der Mikrostruktur der Außenfläche komplementäre Mikrostruktur aufweist. Die komplementäre Mikrostruktur an der Innenfläche verbessert die Transparenz der Abdeckvorrichtung. Unter einer komplementären Mikrostruktur an der Innenfläche ist eine innenseitige Mikrostruktur zu verstehen, welche dadurch definiert ist, dass eine senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Abdeckvorrichtung gemessene Dicke der Abdeckvorrichtung über die gesamte Abdeckvorrichtung konstant ist, d.h. Vertiefungen an der Außenfläche liegen korrespondierenden Vorsprüngen an der Innenfläche gegenüber und umgekehrt.In advantageous embodiments, the covering device comprises an inner surface which is intended to face the environment sensor and which has a microstructure which is complementary to the microstructure of the outer surface. The complementary microstructure on the inner surface improves the transparency of the covering device. A complementary microstructure on the inner surface is to be understood as an inner microstructure which is defined by the fact that a thickness of the covering device measured perpendicular to a main plane of extent of the covering device is constant over the entire covering device, i.e. depressions on the outer surface are opposite corresponding projections on the inner surface and vice versa.

Idealerweise umfasst die Abdeckvorrichtung einen hydrophoben Kunststoff oder besteht aus einem hydrophoben Kunststoff. Beispielsweise ist Polypropylen (PP) ein geeigneter hydrophober Kunststoff mit einer niedrigen Oberflächenenergie. Die Abdeckvorrichtung kann aber auch einen hydrophilen Kunststoff wie Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephtalat (PET) oder eine Mischung der genannten Stoffe und einen hydrophoben Kunststoff umfassen, welcher die Außenfläche der Abdeckvorrichtung bildet. Auch Glas kommt als Material für die Abdeckvorrichtung in Betracht.Ideally, the covering device comprises a hydrophobic plastic or consists of a hydrophobic plastic. For example, polypropylene (PP) is a suitable hydrophobic plastic with a low surface energy. The cover device can also be a hydrophilic plastic such as polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), acrylonitrile styrene acrylic ester (ASA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET) or a mixture of mentioned substances and a hydrophobic plastic, which forms the outer surface of the cover device. Glass can also be used as a material for the covering device.

Die Außenfläche weist günstigerweise eine Nanostruktur auf, welche der Mikrostruktur überlagert ist. Die dreidimensionalen Strukturelemente der überlagerten Nanostruktur weisen Abmessungen im Nanometerbereich auf und verstärken den Lotuseffekt und wirken einem Anhaften von Schmutz, Wasser oder Schnee besser entgegen. Beispielsweise können die Strukturelemente nanodispersives Titandioxid umfassen. Die in Vertiefungen der Mikrostruktur angeordnete Nanostruktur wird von der Mikrostruktur mechanisch geschützt.The outer surface advantageously has a nanostructure which is superimposed on the microstructure. The three-dimensional structural elements of the superimposed nanostructure have dimensions in the nanometer range and strengthen the lotus effect and better counteract the adhesion of dirt, water or snow. For example, the structural elements can include nanodispersive titanium dioxide. The recesses in the The microstructure arranged nanostructure is mechanically protected by the microstructure.

Auch ein Gegenstand der Erfindung ist eine Sensoranordnung mit einem Umfeldsensor und einer Abdeckvorrichtung. Die Sensoranordnung kann als Komponente eines Fahrassistenzsystems in einem Fahrzeug verbaut sein, wodurch sich viele Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben.Another object of the invention is a sensor arrangement with an environment sensor and a cover device. The sensor arrangement can be installed in a vehicle as a component of a driver assistance system, which results in many possible applications of the invention.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist eine Rillenbreite einer erfindungsgemäßen Abdeckvorrichtung abhängig von einem Wellenlängenbereich des Umfeldsensors derart ausgebildet, dass die Abdeckvorrichtung für von dem Umfeldsensor gesendete und empfangene elektromagnetische Wellen transparent ist. Durch geschicktes Wählen von Rillenbreiten und/oder von Rillentiefen ggf. variierend bezogen sowohl auf die Mehrzahl von Rillen als auch die Längsrichtung der Rillen lässt sich die Abdeckvorrichtung auf den Umfeldssensor abstimmen, d. h. eine Transparenz der Abdeckvorrichtung für eine vorbestimmte Wellenlänge oder einen vorbestimmten Wellenlängenbereich des Umfeldsensors erhöhen. Im Allgemeinen wird mit einer Rillenbreite von höchstens einem Zehntel der Wellenlänge oder der kleinsten Wellenlänge eines Wellenlängenbereichs des Umfeldsensors eine ideale Transparenz erreicht.In the sensor arrangement according to the invention, a groove width of a cover device according to the invention is designed as a function of a wavelength range of the environment sensor in such a way that the cover device is transparent to electromagnetic waves transmitted and received by the environment sensor. By skillfully selecting groove widths and / or groove depths, possibly varying in relation to both the plurality of grooves and the longitudinal direction of the grooves, the covering device can be adapted to the environment sensor, i. E. H. increase a transparency of the cover device for a predetermined wavelength or a predetermined wavelength range of the environment sensor. In general, ideal transparency is achieved with a groove width of at most one tenth of the wavelength or the smallest wavelength of a wavelength range of the environment sensor.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Sensoranordnung. Das Fahrzeug umfasst die Sensoranordnung beispielsweise als Komponente eines Fahrassistenzsystems, welches Abstände von Objekten in einem Umfeld des Fahrzeugs zu dem Fahrzeug erfasst.Another object of the invention is a vehicle with a sensor arrangement. The vehicle includes the sensor arrangement, for example, as a component of a driver assistance system which detects distances between objects in an area surrounding the vehicle and the vehicle.

Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug eine erfindungsgemäße Sensoranordnung und erstreckt sich eine Rille der Abdeckvorrichtung oder jede Rille der Abdeckvorrichtung in einer während einer Fahrt des Fahrzeugs vorherrschenden Strömungsrichtung der Luft. Während der Fahrt wird das Fahrzeug mit einer Windlast (Fahrtwind) beaufschlagt. Infolgedessen strömt während der Fahrt des Fahrzeugs Luft oder - bei feuchter oder nasser Witterung zudem Wasser bzw. Schnee - durch die Rillen. Die strömende Luft wirkt einem Anhaften von Schmutz, Wasser oder Schnee an der Außenfläche der Abdeckvorrichtung entgegen und stellt eine zusätzliche Reinigungswirkung bereit.According to the invention, the vehicle comprises a sensor arrangement according to the invention and a groove of the cover device or each groove of the cover device extends in a flow direction of the air that prevails while the vehicle is in motion. While driving, the vehicle is subjected to a wind load (head wind). As a result, air or - in damp or wet weather, water or snow - flows through the grooves while the vehicle is in motion. The flowing air counteracts dirt, water or snow from adhering to the outer surface of the covering device and provides an additional cleaning effect.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Abdeckvorrichtung für einen Umfeldsensor. Das Verfahren umfasst die Schritte: Spritzgießen der Abdeckvorrichtung mittels einer Spritzgießform und Lösen der spritzgegossenen Abdeckvorrichtung aus der Spritzgießform. Derartige Herstellungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt und eignen sich zum kostengünstigen Herstellen von Abdeckvorrichtungen für Umfeldsensoren.The invention also relates to a method for producing a covering device for an environment sensor. The method comprises the steps of: injection molding the cover device by means of an injection mold and releasing the injection molded cover device from the injection mold. Such production methods are known in the prior art and are suitable for the cost-effective production of cover devices for environment sensors.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Spritzgießform mit einer eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rillen aufweisenden negativen Mikrostruktur bereitgestellt und die Abdeckvorrichtung mittels der bereitgestellten Spritzgießform spritzgegossen. Die negative Mikrostruktur wird bei dem Spritzgießen auf die spritzgegossene Abdeckvorrichtung abgeformt. Auf diese Weise erhält die Abdeckvorrichtung eine Mikrostruktur mit einer Vorzugsrichtung. Dank der Vorzugsrichtung ist eine Selbstreinigungswirkung bei entsprechender Ausrichtung der Mikrostruktur relativ zu einer Fluidströmung, beispielsweise einer Luftströmung oder einer Wasserströmung, erhöht.In the method according to the invention, an injection mold with a negative microstructure having a plurality of grooves arranged next to one another is provided and the covering device is injection molded by means of the injection mold provided. The negative microstructure is molded onto the injection-molded cover device during injection molding. In this way, the covering device is given a microstructure with a preferred direction. Thanks to the preferred direction, a self-cleaning effect is increased with a corresponding alignment of the microstructure relative to a fluid flow, for example an air flow or a water flow.

Vorteilhaft wird vor dem Spritzgießen eine Nanostruktur in Form einer Solgelschicht auf die negative Mikrostruktur der Spritzgießform aufgebracht, welche beim Spritzgießen auf die Abdeckvorrichtung abgeformt wird. Die Nanostruktur verstärkt den Lotuseffekt und somit die Selbstreinigungswirkung der Abdeckvorrichtung. Die Nanostruktur wird zusammen mit der Mikrostruktur in demselben Verfahrensschritt erzeugt, wodurch eine Komplexität der Herstellung verringert ist. Beispielsweise kann die Solgelschicht nanodispersives Titandioxid umfassen.Before injection molding, a nanostructure in the form of a sol gel layer is advantageously applied to the negative microstructure of the injection mold, which is molded onto the cover device during injection molding. The nanostructure strengthens the lotus effect and thus the self-cleaning effect of the covering device. The nanostructure is produced together with the microstructure in the same process step, which reduces the complexity of production. For example, the sol gel layer can comprise nanodispersive titanium dioxide.

Alternativ kann nach dem Spritzgießen eine Nanostruktur mittels physikalischen Gasphasenabscheidens oder mittels chemischen Gasphasenabscheidens auf die spritzgegossene Abdeckvorrichtung aufgebracht werden. Die Nanostruktur wird in einem separaten nachgelagerten Verfahrensschritt erzeugt, wodurch für deren Herstellung eine Mehrzahl unterschiedlicher Verfahren in Betracht kommt. Zudem ist das Herstellen der Spritzgießform sowie der Verfahrensschritt des Spritzgießens vereinfacht.Alternatively, after the injection molding, a nanostructure can be applied to the injection-molded cover device by means of physical vapor deposition or chemical vapor deposition. The nanostructure is produced in a separate downstream process step, which means that a number of different processes can be used for its production. In addition, the production of the injection mold and the injection molding process step are simplified.

Alternativ kann die Mikrostruktur auch in einem dem Spritzgießen nachgelagerten separaten Verfahrensschritt mittels eines Lasers oder mittels Prägens an der Außenfläche der spritzgegossenen Abdeckvorrichtung ausgebildet werden.Alternatively, the microstructure can also be formed in a separate process step following the injection molding by means of a laser or by means of embossing on the outer surface of the injection molded cover device.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Rillen der wellenförmigen Mikrostruktur im Zusammenwirken mit einer durch die Rillen strömenden Luft- oder Wasserströmung eine verbesserte Selbstreinigungswirkung entfalten. Beispielsweise kann dank einer Abdeckvorrichtung mit einer Rillen umfassenden Mikrostruktur eine Funktionssicherheit eines Fahrassistenzsystems eines Fahrzeugs erhöht sein.An essential advantage of the invention is that the grooves of the wave-shaped microstructure develop an improved self-cleaning effect in cooperation with an air or water flow flowing through the grooves. For example, thanks to a cover device with a microstructure comprising grooves, the functional reliability of a driver assistance system of a vehicle can be increased.

Die Erfindung ist anhand von drei Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:

1 in einer Vorderansicht ein Fahrzeug nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 in einer vergrößerten Detailansicht die in 1 gezeigte Abdeckvorrichtung;
3 in einer Querschnittansicht die wellenförmige Mikrostruktur der in 2 gezeigten Abdeckvorrichtung;
4 in einer vergrößerten Detailansicht einen Abschnitt der in 3 gezeigten Mikrostruktur;
5 in einer Querschnittansicht eine wellenförmige Mikrostruktur einer Abdeckvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 in einer Querschnittansicht eine wellenförmige Mikrostruktur einer Abdeckvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

The invention is schematic based on three embodiments in the drawings and will be further described with reference to the drawings. It shows:

1 in a front view a vehicle according to a first embodiment of the invention;
2 in an enlarged detailed view the in 1 Covering device shown;
3 in a cross-sectional view the wavy microstructure of the in 2 cover device shown;
4th in an enlarged detailed view a section of the in 3 microstructure shown;
5 in a cross-sectional view a wave-shaped microstructure of a cover device according to a second embodiment of the invention;
6th in a cross-sectional view a wave-shaped microstructure of a cover device according to a third embodiment of the invention.

1 zeigt in einer Vorderansicht ein Fahrzeug 10 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Sensoranordnung mit einem Umfeldsensor in Form eines RADAR-Sensors oder eines LIDAR-Sensors, welcher zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs konfiguriert ist, und einer Abdeckvorrichtung 20. Der Umfeldsensor ist hinter der Abdeckvorrichtung 20 angeordnet und folglich durch die Abdeckvorrichtung 20 verdeckt, d. h. in der Figur nicht sichtbar. 1 shows a vehicle in a front view 10 according to a first embodiment of the invention. The vehicle 10 comprises a sensor arrangement with an environment sensor in the form of a RADAR sensor or a LIDAR sensor, which is configured to transmit and receive electromagnetic waves of a wavelength or a wavelength range, and a cover device 20th . The environment sensor is behind the cover device 20th arranged and consequently by the covering device 20th hidden, ie not visible in the figure.

Die Abdeckvorrichtung 20 ist an einem Vorderteil des Fahrzeugs 10 im Bereich eines Kühlergrills angeordnet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Position beschränkt. Vielmehr kann die Sensoranordnung an jedem Karosserieteil des Fahrzeugs 10 positioniert sein.The covering device 20th is on a front part of the vehicle 10 arranged in the area of a radiator grille. However, the invention is not limited to this position. Rather, the sensor arrangement can be on each body part of the vehicle 10 be positioned.

Während der Fahrt des Fahrzeugs 10 bildet sich an dem Vorderteil des Fahrzeugs 10 eine im Wesentlichen stationäre Luftströmung aus, d. h. Luft strömt in einer nahezu konstanten Strömungsrichtung 11 an dem Vorderteil des Fahrzeugs 10 entlang.While the vehicle is in motion 10 forms on the front of the vehicle 10 an essentially stationary air flow, ie air flows in an almost constant flow direction 11 on the front of the vehicle 10 along.

2 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht die in 1 gezeigte Abdeckvorrichtung 20. Die Abdeckvorrichtung 20 ist hier als eine rechteckige Platte ausgebildet, welche einen hydrophoben Kunststoff mit niedriger Oberflächenenergie wie Polypropylen (PP) umfasst. 2 shows in an enlarged detailed view the in 1 Covering device shown 20th . The covering device 20th is designed here as a rectangular plate, which comprises a hydrophobic plastic with low surface energy such as polypropylene (PP).

Die Abdeckvorrichtung 20 weist eine bestimmungsgemäß von dem Umfeldsensor abgewandte Außenfläche 21 mit einer wellenförmigen Mikrostruktur 30 mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rillen 40 auf. Jede Rille 40 der Abdeckvorrichtung 20 erstreckt sich in der Strömungsrichtung 11 der Luft.The covering device 20th has an outer surface that is intended to face away from the environment sensor 21 with a wavy microstructure 30th with a plurality of juxtaposed grooves 40 on. Every groove 40 the covering device 20th extends in the direction of flow 11 the air.

Selbstverständlich kann die Abdeckvorrichtung 20 passend zu einer abweichenden Einbausituation auch eine andere Gestalt aufweisen. Wenn die Abdeckvorrichtung 20 einen hydrophilen Kunststoff wie Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephtalat (PET) oder eine Mischung der genannten Stoffe umfasst, bildet der hydrophobe Kunststoff die Außenfläche 21 der Abdeckvorrichtung 20. Alternativ kann die Abdeckvorrichtung 20 aus dem hydrophoben Kunststoff bestehen.Of course, the covering device 20th also have a different shape to match a different installation situation. When the covering device 20th comprises a hydrophilic plastic such as polycarbonate (PC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), acrylonitrile styrene acrylic ester (ASA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET) or a mixture of the substances mentioned the hydrophobic plastic is the outer surface 21 the covering device 20th . Alternatively, the covering device 20th consist of the hydrophobic plastic.

Die Außenfläche 21 weist ferner eine nicht dargestellte Nanostruktur auf, welche der Mikrostruktur 30 überlagert ist. Strukturelemente der Nanostruktur sind drei Größenordnungen, also etwa um den Faktor 1000, kleiner als die rillenförmigen Strukturelemente der Mikrostruktur 30 und daher hier nicht gezeigt.The outside surface 21 furthermore has a nanostructure, not shown, which is the microstructure 30th is superimposed. Structural elements of the nanostructure are three orders of magnitude, i.e. about a factor of 1000, smaller than the groove-shaped structural elements of the microstructure 30th and therefore not shown here.

Weiterhin weist die Abdeckvorrichtung 20 eine bestimmungsgemäß dem Umfeldsensor zugewandte Innenfläche 22 auf, welche eine zu der Mikrostruktur 30 der Außenfläche 21 komplementäre Mikrostruktur aufweist. Alternativ kann die Innenfläche 22 einfach flach ausgebildet sein.Furthermore, the covering device 20th an inner surface that is intended to face the environment sensor 22nd on which one to the microstructure 30th the outer surface 21 Has complementary microstructure. Alternatively, the inner surface 22nd simply be flat.

3 zeigt in einer Querschnittansicht die wellenförmige Mikrostruktur der in 2 gezeigten Abdeckvorrichtung 20. Die Wellenform der Mikrostruktur 30 ist sinusförmig mit periodisch variierender Wellenlänge. Selbstverständlich kann die Wellenform auch eine andere Gestalt wie beispielsweise eine Dreiecksform haben. 3 shows in a cross-sectional view the wavy microstructure of the in 2 cover device shown 20th . The waveform of the microstructure 30th is sinusoidal with periodically varying wavelength. Of course, the wave shape can also have a different shape, such as a triangular shape, for example.

4 zeigt in einer vergrößerten Detailansicht einen Abschnitt der in 3 gezeigten Mikrostruktur 30. Aus der periodisch variierenden Wellenlänge der Mikrostruktur 30 folgt eine entsprechend variierende Rillenbreite 41, welche in einem Bereich von 0,1 µm bis 400 µm liegt. Zwei benachbarte Rillen 40 weisen daher eine verschiedene Rillenbreite 41 auf. Die Rillenbreite 41 jeder Rille 40 ist in einer Längsrichtung der Rille 40 über die gesamte Länge der Rille 40 konstant. 4th shows in an enlarged detailed view a portion of the in 3 shown microstructure 30th . From the periodically varying wavelength of the microstructure 30th a correspondingly varying groove width follows 41 , which is in a range from 0.1 µm to 400 µm. Two adjacent grooves 40 therefore have a different groove width 41 on. The width of the groove 41 every groove 40 is in a longitudinal direction of the groove 40 along the entire length of the groove 40 constant.

In anderen Ausführungsformen kann die Rillenbreite 41 nur in einem Längsabschnitt der Rille 40 konstant sein und in zumindest in einem weiteren Längsabschnitt der Rille 40 variieren.In other embodiments, the groove width can be 41 only in a longitudinal section of the groove 40 be constant and in at least one further longitudinal section of the groove 40 vary.

Eine Rillentiefe 42 der Rillen 40 ist dagegen konstant und kann in einem Bereich von 0,1 µm bis 20 µm liegt. In anderen Ausführungsformen kann die Rillentiefe 42 in der Längsrichtung einer Rille 40 variieren. In noch anderen Ausführungsformen können zwei benachbarte Rillen 40 verschiedene Rillentiefen 42 aufweisen.A groove depth 42 the grooves 40 is, however, constant and can be in a range from 0.1 µm to 20 µm. In other embodiments, the groove depth 42 in the longitudinal direction of a groove 40 vary. In still other embodiments, two adjacent grooves 40 different groove depths 42 exhibit.

5 zeigt in einer Querschnittansicht eine wellenförmige Mikrostruktur 50 einer Abdeckvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Mikrostruktur 50 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Mikrostruktur 30 dadurch, dass die Wellenlänge der Mikrostruktur 50 zufällig variiert. 5 shows a cross-sectional view of an undulating microstructure 50 a covering device according to a second embodiment of the invention. The microstructure 50 differs from the in 3 shown microstructure 30th by having the wavelength of the microstructure 50 randomly varied.

6 zeigt in einer Querschnittansicht eine wellenförmige Mikrostruktur 60 einer Abdeckvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Mikrostruktur 60 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Mikrostruktur 30 und der in 5 gezeigten Mikrostruktur 50 dadurch, dass die Wellenlänge der Mikrostruktur 60 konstant ist. Entsprechend weisen zwei benachbarte Rillen 40 dieselbe Rillenbreite 41 auf. 6th shows a cross-sectional view of an undulating microstructure 60 a covering device according to a third embodiment of the invention. The microstructure 60 differs from the in 3 shown microstructure 30th and the in 5 shown microstructure 50 by having the wavelength of the microstructure 60 is constant. Correspondingly, there are two adjacent grooves 40 same groove width 41 on.

Die Rillenbreiten 41 sämtlicher Ausführungsformen der Abdeckvorrichtung 20 sind abhängig von einem Wellenlängenbereich des Umfeldsensors derart ausgebildet, dass die Abdeckvorrichtung 20 für von dem Umfeldsensor gesendete und empfangene elektromagnetische Wellen transparent ist. Die Rillenbreiten 41 betragen für eine ideale Transparenz höchstens ein Zehntel der Wellenlänge oder der kleinsten Wellenlänge eines Wellenlängenbereichs des Umfeldsensors.The groove widths 41 all embodiments of the cover device 20th are designed depending on a wavelength range of the environment sensor in such a way that the cover device 20th is transparent to electromagnetic waves transmitted and received by the environmental sensor. The groove widths 41 for ideal transparency are at most a tenth of the wavelength or the smallest wavelength of a wavelength range of the environment sensor.

Während einer Fahrt des Fahrzeugs 10 strömt Luft durch die Rillen 40 der Abdeckvorrichtung 20 und reinigt die bereits schmutz-, wasser- und schneeabweisende Außenfläche 21 der Abdeckvorrichtung 20 zusätzlich.While driving the vehicle 10 air flows through the grooves 40 the covering device 20th and cleans the already dirt, water and snow repellent outer surface 21 the covering device 20th Additionally.

Zum Herstellen der Abdeckvorrichtung 20 wird zunächst eine Spritzgießform mit einer eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rillen 40 aufweisenden negativen Mikrostruktur bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird die Abdeckvorrichtung 20 mittels der bereitgestellten Spritzgießform spritzgegossen. Abschließend wird die spritzgegossene Abdeckvorrichtung 20 aus der Spritzgießform gelöst.For producing the covering device 20th is first an injection mold with a plurality of juxtaposed grooves 40 having negative microstructure provided. In a further step, the covering device 20th injection molded using the injection mold provided. Finally, the injection molded cover device 20th released from the injection mold.

Zum Ausbilden der Nanostruktur wird vor dem Spritzgießen eine Nanostruktur in Form einer Solgelschicht auf die negative Mikrostruktur der Spritzgießform aufgebracht, welche beim Spritzgießen auf die Abdeckvorrichtung 20 abgeformt wird. Alternativ kann nach dem Spritzgießen die Nanostruktur mittels physikalischen Gasphasenabscheidens oder mittels chemischen Gasphasenabscheidens auf die spritzgegossene Abdeckvorrichtung 20 aufgebracht werden.To form the nanostructure, a nanostructure in the form of a sol gel layer is applied to the negative microstructure of the injection mold prior to injection molding, which is applied to the cover device during injection molding 20th is molded. Alternatively, after the injection molding, the nanostructure can be applied to the injection-molded cover device by means of physical vapor deposition or by means of chemical vapor deposition 20th be applied.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Fahrzeugvehicle
1111: StrömungsrichtungDirection of flow
2020th: AbdeckvorrichtungCovering device
2121: AußenflächeExterior surface
2222nd: InnenflächeInner surface
3030th: MikrostrukturMicrostructure
4040: Rillegroove
4141: RillenbreiteGroove width
4242: RillentiefeGroove depth
5050: MikrostrukturMicrostructure
6060: MikrostrukturMicrostructure

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102007059758 A1 [0007]
DE 102009051598 A1 [0010]

Claims

Covering device (20) for an environment sensor, with an outer surface (21) which is directed away from the environment sensor and which has a wave-shaped microstructure (30, 50, 60) with a plurality of grooves (40) arranged next to one another.

Covering device according to Claim 1 , in which two adjacent grooves (40) have the same groove width (41) and / or two adjacent grooves (40) have a different groove width (41).

Covering device according to one of the Claims 1 or 2 , in which a groove width (41) of a groove (40) is constant at least in a longitudinal section of the groove (40) and / or a groove width (41) of a groove (40) varies at least in a longitudinal section of the groove (40).

Covering device according to one of the Claims 1 until 3 wherein a groove width (41) of each groove (40) is in a range from 0.1 µm to 400 µm and / or a groove depth (42) of each groove (40) is in a range from 0.1 µm to 20 µm .

Covering device according to one of the Claims 1 until 4th , with an inner surface (22) which is intended to face the environment sensor and which has a microstructure which is complementary to the microstructure (30, 50, 60) of the outer surface (21).

Covering device according to one of the Claims 1 until 5 , which comprises a hydrophobic plastic or consists of a hydrophobic plastic.

Covering device according to one of the Claims 1 until 6th , in which the outer surface (21) has a nanostructure which is superimposed on the microstructure (30, 50, 60).

Sensor arrangement with an environment sensor and a cover device (20) according to one of the Claims 1 until 7th , in which a groove width of the cover device (20) is designed as a function of a wavelength range of the environment sensor in such a way that the cover device (20) is transparent to electromagnetic waves transmitted and received by the environment sensor.

Vehicle (10) with a sensor arrangement according to Claim 8 in which a groove (40) of the covering device (20) or each groove (40) of the covering device (20) extends in a flow direction (11) of the air prevailing during travel of the vehicle (10).

A method for producing a covering device (20) for an environment sensor, comprising the steps: - Providing an injection mold with a negative microstructure having a plurality of grooves (40) arranged next to one another; - Injection molding of the covering device (20) by means of the injection mold provided; and - Detaching the injection-molded cover device (20) from the injection mold.