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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Der bekannte Stand der Technik (
DE 10 2016 200 912 A1 ), von dem die Erfindung ausgeht, betrifft eine Radaranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Anwendung finden die in Rede stehenden Radaranordnungen in der Sensorik von Kraftfahrzeugen. Hierbei kann es sich um Sensorik für den Fahrzeugaußenbereich handeln, beispielsweise für Fahrerassistenzsysteme von teilautonomen und autonomen Kraftfahrzeugen, die Radarvorrichtungen zur Geschwindigkeitsregelung und Kollisionserkennung nutzen. Zudem können die in Rede stehenden Radaranordnungen für die Überwachung des Fahrzeuginnenraums eingesetzt werden, unter anderem für eine Erkennung von Objekten und Personen sowie zum Einklemm- und Kollisionsschutz bei der motorischen Verstellung von Kraftfahrzeugtüren.
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Die bekannte Radaranordnung (
DE 10 2019 200 912 A1 ) weist eine Antennenanordnung und eine Steuereinheit auf einer Leiterplatte auf. Zur Unterdrückung von Störsignalen ist ein Absorber vorgesehen, der die Leiterplatte abschnittsweise abdeckt und Störstrahlung im Bereich der Leiterplatte absorbiert. Für eine hohe Wirksamkeit des Absorbers ist ein definierter Abstand zwischen Leiterplatte und Absorber notwendig, wobei gleichzeitig eine möglichst einfache Montage der Radaranordnung im Vordergrund steht.
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Eine Herausforderung besteht darin, bei weiterhin einfacher Montage der Radaranordnung und angesichts der fertigungsbedingten Toleranzen der Komponenten eine möglichst zuverlässige Positionierung des Absorbers zu gewährleisten. Die bekannte Radaranordnung (
DE 10 2019 200 912 A1 ) ist mit einem Radom ausgestattet, wobei der Absorber über ein elastisches Kunststoffelement am Radom befestigt ist. Über das Kunststoffelement wird der Absorber auf die Leiterplatte vorgespannt und insbesondere zur Anlage auf der Leiterplatte gebracht. Hiermit ist jedoch erforderlich, dass das Radom einen bestimmten Aufbau und eine vergleichsweise hohe mechanische Stabilität aufweist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Radaranordnung für ein Kraftfahrzeug derart auszugestalten und weiterzubilden, dass hinsichtlich der genannten Herausforderung eine weitere Optimierung erreicht wird.
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Das obige Problem wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass eine Wechselwirkung des für die Radaranordnung vorgesehenen Gehäuses mit dem Absorber genutzt werden kann, den Absorber in einer vordefinierten Position relativ zur Leiterplatte zu lagern. Es wurde erkannt, dass unter Einsatz einer federnden Vorspannung ein Toleranzausgleich bewirkt wird, sodass der Absorber mit hoher Zuverlässigkeit auf einen für die Wirksamkeit des Absorbers vorteilhaften Mindestabstand zur Leiterplatte gebracht werden kann. Die Ausgestaltung des Radoms kann hiermit weitgehend unabhängig von der Anordnung des Absorbers erfolgen.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass der Absorber über einen Formschluss zwischen Absorber und Gehäusegrundkörper federnd gegen die Leiterplatte vorgespannt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine schematische Ansicht einer Radaranordnung in einer Schnittdarstellung und einem Detail einer Draufsicht und
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Absorbers.
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Die Zeichnung zeigt eine vorschlagsgemäße Radaranordnung 1 für ein Kraftfahrzeug. Grundsätzlich kann die Radaranordnung 1 für verschiedene Anwendungen im Kraftfahrzeug herangezogen werden, wobei auf die einleitenden Ausführungen verwiesen wird.
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Eine Leiterplatte 2 der Radaranordnung 1 weist eine Antennenanordnung 3 auf, die in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellt ist. Die Antennenanordnung 3 weist hier und vorzugsweise mehrere Antennenelemente 4 auf, welche zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen eingerichtet sind. Für die Ausgestaltung der Antennenelemente 4 sind je nach Anwendung unterschiedliche Varianten denkbar, wobei die Antennenelemente 4 bevorzugt in einem oder mehreren Antennenarrays angeordnet sind.
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Die Leiterplatte 2, hier und vorzugsweise eine Hochfrequenz-Leiterplatte, weist zudem eine nicht näher dargestellte Steuereinheit auf, welche die Antennenanordnung zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen betreibt. Die Steuereinheit ist vorzugsweise als integrierte Schaltung, insbesondere als Mikrocontroller, ausgestaltet und auf der Leiterplatte 2 aufgebracht. Die Steuereinheit nimmt in Bezug auf das Senden und den Empfang von Radarstrahlen über die Antennenanordnung 3 steuerungstechnische Aufgaben wahr und ist insbesondere auch zur Auswertung von Radarsignalen eingerichtet. Die Steuereinheit realisiert vorzugsweise einen kontinuierlichen, weiter vorzugsweise frequenzmodulierten Betrieb der Radaranordnung 1, etwa als FMCW-Radaranordnung. Steuereinheit und Antennenanordnung 3 sind beispielsweise zum Betrieb mit Radarstrahlung im Frequenzband um 24 GHz und/oder 77 GHz eingerichtet.
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Die Leiterplatte 2 kann zusätzliche elektronische Komponenten wie eine Schnittstelle, etwa eine CAN-Schnittstelle, eine Energieversorgung oder dergleichen aufweisen. Zudem können weitere, hier ebenfalls nicht dargestellte Komponenten in dem noch zu erläuternden Gehäuse 5 der Radaranordnung 1 untergebracht sein.
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Das in den Figuren dargestellte und insoweit bevorzugte Ausführungsbeispiel betrifft eine Radaranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Leiterplatte 2 aufweisend eine Antennenanordnung 3 und eine Steuereinheit, welche die Antennenanordnung 3 zum Senden und Empfangen von Radarstrahlen betreibt, mit einem Gehäuse 5 aufweisend einen Gehäusegrundkörper 6 und eine durch Gehäuseseitenwände 7 des Gehäusegrundkörpers 6 gebildete Gehäuseöffnung 8, wobei die Leiterplatte 2 im Gehäusegrundkörper 6 gehalten ist, mit einem Absorber 9, der die zur Gehäuseöffnung 8 zugewandte Oberfläche der Leiterplatte 2 teilweise und unter Freilassung der Antennenanordnung 3 abdeckt, und mit einem auf der Gehäuseöffnung 8 angeordneten Radom 10.
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Das Gehäuse 5 ist dafür eingerichtet, die elektronischen Komponenten der Radaranordnung 1, hier die Leiterplatte 2, gegen Umwelteinflüsse zu schützen und kann grundsätzlich aus verschiedenen Materialien wie Kunststoff, Metall und Keramik aufgebaut sein. Das Gehäuse 5 kann hierzu im Zusammenwirken mit dem Radom 10 die Leiterplatte 2 vollständig umhüllen. Das Radom 10 erstreckt sich zumindest über einen Abschnitt der Gehäuseöffnung 8, hier und vorzugsweise über die gesamte Gehäuseöffnung 8.
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Die Leiterplatte 2 ist im Gehäusegrundkörper 6 gehalten, wobei vorzugsweise die Leiterplatte 2 auch im Gehäusegrundkörper 6 fixiert ist. In der Zeichnung sind hierzu Halteelemente 11 des Gehäusegrundkörpers 6 vorgesehen. Die Halteelemente 11 fixieren die Leiterplatte 2 beispielsweise über eine Verschweißung, über eine Verklebung, über Schraubenelemente oder dergleichen. Ebenfalls kann die Leiterplatte 2 auch über den Absorber 9 im Gehäuse 5 gehalten sein.
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Mit einer teilweisen Abdeckung der Leiterplatte 2 ist gemeint, dass sich zwischen der zur Gehäuseöffnung 8 zugewandten Oberfläche der Leiterplatte 2 und der Gehäuseöffnung 8, hier zwischen der Leiterplatte 2 und dem Radom 10, der Absorber 9 nur teilweise erstreckt. Die Abdeckung erfolgt zumindest unter Freilassung der Antennenanordnung 3, womit sich der Absorber 9 nicht in den Bereich erstreckt, der zwischen der Antennenelementen 4 und der Gehäuseöffnung 8 liegt. Der Absorber 9 weist hier und vorzugsweise eine Ausnehmung 12 auf, welche den Antennenelementen 4 zugeordnet ist und welche im montierten Zustand im Bereich der Antennenelemente 4 angeordnet ist. Weiter können auch mehrere Ausnehmungen 12 vorgesehen sein, wobei vorzugsweise jedem Antennenarray eine Ausnehmung 12 zugeordnet ist. Vorzugsweise erfolgt jedoch zumindest eine Abdeckung der weiteren elektronischen Komponenten der Leiterplatte 2, hier der Steuereinheit.
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Der Absorber 9 bewirkt allgemein eine Absorption von Radar- und Mikrowellenstrahlung im Bereich der Gehäuseöffnung 8, insbesondere von sich auf der Leiterplatte 2 ausbreitender Strahlung. Der Absorber ist ferner vorzugsweise dafür eingerichtet, von den Gehäuseseitenwänden 7 und/oder von der den Gehäuseseitenwänden 7 Seiten der Leiterplatte 2 reflektierte Strahlung zu absorbieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Absorber 9 als Spritzgussbauteil, insbesondere Kunststoffbauteil, ausgestaltet, welches eine für die Absorption geeignete Dicke aufweist.
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Wesentlich ist nun, dass der Absorber 9 über einen Formschluss zwischen Absorber 9 und Gehäusegrundkörper 6 federnd gegen die Leiterplatte 2 vorgespannt ist.
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Mit einem Formschluss ist hier gemeint, dass der Absorber durch ein Ineinandergreifen der Konturen von Absorber 9 und Gehäusegrundkörper 6, hier den Gehäuseseitenwänden 7, auf der Leiterplatte 2 gehalten wird. Der Absorber 9 wird weiter unter mechanischer Spannung auf der Leiterplatte 2 gehalten. Über die federnde Wirkung wird erreicht, dass die mechanische Spannung auch bei einer Maßabweichung von Leiterplatte 2, Gehäuse 5 und Absorber 9, etwa aufgrund von Fertigungstoleranzen, gewährleistet ist. Die Wirkungsrichtung der mechanischen Spannung ist hier und vorzugsweise näherungsweise senkrecht zur der Gehäuseöffnung zugewandten Oberfläche der Leiterplatte 2 gerichtet. Die Vorspannung des Absorbers 9 erfolgt hier und vorzugsweise ohne Beteiligung des Radoms 10 und vorteilhafterweise über das Gehäuse 5, welches vergleichsweise stabil ausgestaltet sein kann.
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Bei dem in den Figuren dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass der Absorber Federelemente 13 aufweist, welche formschlüssig mit dem Gehäusegrundkörper 6, vorzugsweise mit an den Gehäuseseitenwänden 7 angeordneten Rastelementen 14, verrastet sind und den Absorber 9 federnd vorspannen, vorzugsweise, dass die Federelemente 13 integral mit dem Absorber 9 ausgebildet sind, weiter vorzugsweise, dass die Federelemente 13 als durch Ausnehmungen im Absorber 9 gebildete Federzungen ausgestaltet sind, und/oder dass der Gehäusegrundkörper 6 Federelemente 13, insbesondere an den Gehäuseseitenwänden 7 angeordnete federnde Rastelemente 14, aufweist, welche den Absorber 9 federnd vorspannen, vorzugsweise, dass die Rastelemente 14 hakenförmig ausgestaltet sind.
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Aus 2 geht weiter die Ausgestaltung der Federelemente 13 als Federzungen hervor, welche mit dem Absorber 9 integral ausgebildet sind und hier und vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der restliche Absorber 9 bestehen, um eine einfache Herstellung des Absorbers 9 zu ermöglichen. Die Federwirkung der Federelemente 13 kann hierbei über die Ausgestaltung der Ausnehmungen im Absorber 9 eingestellt werden. Ferner können, wie in 2 angedeutet, die Federzungen aus einer Erstreckungsfläche des Absorbers 9 herausgebogen sein, um die Federwirkung zu beeinflussen. Mit der Erstreckungsfläche ist die Seitenfläche des Absorbers 9 gemeint, welche die größte Oberfläche aufweist.
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Die Rastelemente 14 an den Gehäuseseitenwänden 7 sind hier, wie in der Schnittdarstellung aus 1 zu erkennen, als hakenförmige Rastelemente ausgestaltet. Eine dem Absorber zugewandte Rastfläche 15 der Rastelemente 14 ist mit dem Formschluss in Anlage zu den Federelementen 13 gebracht. Die Rastelemente 14 können ebenfalls eine Federwirkung für die Vorspannung bereitstellen. Beispielsweise sind die Rastelemente 14 in einer nicht dargestellten Ausgestaltung als Federzungen ausgestaltet und/oder aus einem im Vergleich zum restlichen Teil des Gehäuses 5 elastischerem Material ausgebildet.
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Weiter ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Federelemente 13 des Absorbers 9 und/oder des Gehäusegrundkörpers 6 eine Einführfläche 16 aufweisen, welche eine zu einer Einbaurichtung des Absorbers 9 in das Gehäuse abgeschrägten Verlauf aufweist, und/oder, dass der Absorber 9 und der Gehäusegrundkörper 6 einander zugeordnete Zentrierelemente 17, 18 aufweisen, welche die Position des Absorbers 9 senkrecht zur Einbaurichtung festlegt.
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Die Einbaurichung des Absorbers 9 verläuft hier und vorzugsweise senkrecht zur Erstreckungsfläche der Leiterplatte 2. Die Erstreckungsfläche ist hier die Seitenfläche der Leiterplatte 2, welche die größte Oberfläche aufweist. Ferner ist mit einem abgeschrägten Verlauf der Einführfläche 16 gemeint, dass die Einführfläche 16 relativ zur Einbaurichtung derart abgewinkelt ist, dass die Einführfläche 16 für ein Abgleiten beim Einbringen des Absorbers 9 in das Gehäuse 5 eingerichtet ist. Vorzugsweise werden die Federelemente 13 beim Einbauen durch die Einführflächen 16 federnd verstellt und schnappen anschließend in den angesprochenen Formschluss ein. Die Einführfläche 16 ist vorzugsweise, wie auch in 2 näher dargestellt, als Fase an den Federelementen 13 vorgesehen. Ebenfalls ist aus 1 zu erkennen, dass die hakenförmigen Rastelemente 14 an den Gehäuseseitenwänden 7 eine Einführfläche 16 ausbilden.
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Die einander zugeordneten Zentrierelemente 17, 18 sind hier und vorzugsweise als Ausnehmungen im Absorber 9 ausgestaltet, in welche eine jeweilige Ausformung der Gehäusewand 7 im montierten Zustand eingreift. Eine umgekehrte Anordnung der Zentrierelemente 17, 18 ist denkbar. Die Zentrierung kann in mehr als einer Richtung senkrecht zur Einbaurichtung erfolgen. Entsprechend sind hier Zentrierelemente 18 an mehreren Seitenkanten des Absorbers 9 dargestellt.
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Der Einbau des Absorbers 9 in das Gehäuse 5 kann über verschiedene Methoden bewirkt werden. Vorzugsweise ist ein Einbaustempel vorgesehen, welcher an den Federelementen 13 am Absorber 9 ansetzt und mit welchem der Absorber 9 auf die Leiterplatte 2 sowie in den Formschluss zum Gehäusegrundkörper 6 gebracht wird.
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Darüber hinaus ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass eine Federkonstante für den Formschluss derart eingestellt ist, dass über einen für den Absorber 9, die Leiterplatte 2 und das Gehäuse 5 vorgegebenen geometrischen Toleranzbereich ein vorgegebener Mindestabstand, vorzugsweise ein direkte Anlage, zwischen Absorber 9 und Leiterplatte 2, über das federnde Vorspannen des Absorbers 9 gegen die Leiterplatte 2 eingehalten ist.
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Der Begriff Federkonstante“ ist weit auszulegen und beschreibt allgemein eine Abhängigkeit einer Rückstellkraft von der Auslenkung relativ zwischen Leiterplatte 2 und Absorber 9. Die Federwirkung kann folglich auch eine progressive oder degressive Charakteristik annehmen und beispielsweise auch temperaturabhängig sein.
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Bei dem geometrischen Toleranzbereich handelt es sich vorzugsweise um eine aus der Herstellung der Leiterplatte 2, des Gehäuses 5 und des Absorbers 9 vorgegebene Toleranz.
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Der Mindestabstand ist vorzugsweise derart vorgegeben, dass die von der Antennenanordnung 3 noch detektierbare Störstrahlung im Wesentlichen unterdrückt wird. Bevorzugt beträgt der Mindestabstand weniger als ein Zehntel der Wellenlänge der Störstrahlung. Besonders bevorzugt wird eine direkte Anlage zwischen Absorber und Leiterplatte erreicht, wodurch der Einfluss von Störstrahlung minimiert wird.
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Darüber hinaus ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass das Radom 10 zumindest abschnittsweise eine Dicke aufweist, welche kleiner ist als die Wellenlänge der von der Antennenanordnung zu sendenden Radarstrahlen, vorzugsweise, dass das Radom 10 zumindest abschnittsweise eine Dicke aufweist, welche weniger als 10 %, weiter vorzugsweise weniger als 5 %, der Wellenlänge beträgt, und/oder, dass das Radom 10 in der Radaranordnung lediglich im mechanischen Kontakt zur Gehäuseseitenwand steht.
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Das Radom 10 ist hier und vorzugsweise als Folie, weiter vorzugsweise als Kunststofffolie, ausgestaltet, welche die Gehäuseöffnung 8 abdeckt. Wie bereits angesprochen, kann auf ein Abstützen des Absorbers 9 über das Radom 10 vorliegend verzichtet werden, etwa indem das Radom 10 in der Radaranordnung 1 lediglich im mechanischen Kontakt zur Gehäuseseitenwand 7 steht. Folglich ist auch der Einsatz eines Radoms 10 mit geringer Dicke möglich.
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Die Wellenlänge der von der Antennenanordnung 3 zu sendenden Radarstrahlen ist hier und vorzugsweise über den Betrieb durch die Steuereinheit vorgegeben, beispielweise über die Trägerfrequenz der zu sendenden Radarstrahlung. Sind mehrere Wellenlängen für den Betrieb vorgesehen, kann die kleinste dieser Wellenlänge als Referenz für die Dicke des Radoms 10 genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016200912 A1 [0002]
- DE 102019200912 A1 [0004, 0005]
