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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Antennenelement für ein Radarsystem, umfassend zumindest einen ersten Kunststoffkörper und zumindest einen zweiten Kunststoffkörper, in welche Kanäle mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, die Hohlleiter bilden, wobei der erste und der zweite Kunststoffkörper stoffschlüssg miteinander verbunden und miteinander verpresst sind, und wobei der erste und der zweite Kunststoffkörper beidseitig von den Kanälen Vorsprünge aufweisen, die beim Verpressen der beiden Bauteile miteinander zu den Kanalinnenwänden hin Presskanten ausbilden.
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Ein derartiges Antennenelement ist beispielsweise aus der
US 6995637 B2 bekannt.
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Radarsysteme werden häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt und bilden dort einen Bestandteil von Fahrerassistenzsystemen. Hierzu erfassen Radarsysteme die Umgebung und ermöglichen anhand der erfassten Daten eine automatische Reaktion eines Kraftfahrzeugs oder zumindest eine Information des Fahrers, insbesondere in Form einer Warnung. Dadurch ist es einerseits möglich, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs auf eine von dem Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit zu regeln, wenn die Verkehrssituation dies zulässt, wobei automatisiert eine Anpassung der Geschwindigkeit an die Verkehrssituation erfolgt. In Notsituationen, die durch das Radarsystem erfasst werden, beispielsweise hervorgerufen durch unerwartete Spurwechsel anderer Fahrzeuge, kann eine automatische Notbremsung veranlasst werden. In Fahrerassistenzsystemen und Systemen des autonomen Fahrens werden Radarsysteme häufig mit weiteren Sensoren, beispielsweise Radsensoren und Kamerasensoren kombiniert. Radarsensysteme haben im Vergleich zu den anderen Systemen dabei den Vorteil, dass diese auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig sind. Darüber hinaus ist es möglich, neben der Erfassung von Abständen zu erfassten Fahrzeugen und Gegenständen über die Nutzung des Dopplereffekts auch die Relativgeschwindigkeit zu anderen Fahrzeugen messen zu können.
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Bei einem Radarsystem bildet das Antennenelement ein zentrales Element, welches die Funktionsfähigkeit des Radarsensors maßgeblich beeinflusst. Dabei ist es bekannt, Antennenelemente aus einem Kunststoffkörper auszubilden, in welchen Kanäle mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, welche einen Hohlleiter bilden. Das Antennenelement wird dabei direkt auf dem elektrischen Bauelement zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen angeordnet.
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Das elektrische Bauelement ist zumeist ein Mikrochip in Form eines Hochfrequenzchips, der auf einer Platine angeordnet ist.
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Hohlleiter, die aus mehreren plattenförmigen Kunststoffkörpern aufgebaut sind, müssen leitfähig gefügt werden. Dies kann bspw. durch Aufeinanderpressen, Löten und/oder Kleben realisiert werden. Ein Hohlleiter im Format WR10 hat eine Breite von 2,54 mm und eine Höhe von 1,27 mm. In diesem filigranen Maßstab ergeben sich beim Fügen zweier Hohlleiterhälften verschiedene Probleme. Insbesondere, wenn wie in einer Hohlleiterantenne mehrere Hohlleiter nebeneinander verlaufen, die voneinander abgetrennt werden müssen. Bei aktuellen Designs besteht die Anforderung solche Kanäle im Abstand weniger mm aneinander entlangzuführen. Ein Nut-Feder-System, wie z. B. in der
US 10096880 B2 beschrieben ist dann bspw. nicht möglich, da sich dadurch Doppelpassungen und Zwangskräfte ergeben.
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In der
US 6995637 B2 wird eine hohe Fügegenauigkeit unter Zuhilfenahme von sogenannten Presskanten im Verbindungsbereich der beiden Kunststoffkörper an den Kanalinnenwänden erzielt. Zur Ausbildung der Presskanten weisen die plattenförmigen Kunststoffkörper beidseitig der Kanäle Vorsprünge auf, die beim Aufeinanderpressen der plattenförmigen Kunststoffkörper aufeinander zum Anliegen kommen und aufgrund der kleineren Kontaktflächen einem hohen Pressdruck ausgesetzt sind. Dadurch entsteht ein spaltfreie Verbindung zwischen beiden Kunststoffkörpern im Bereich der Kanalinnenwandung.
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Ein weiteres Problem ergibts sich aber dadurch, dass beim Löten und Kleben die flüssige Lotpaste oder der flüssige Klebstoff mit einer Genauigkeit im Zehntel-mm-Bereich aufgebracht werden. Lot oder Klebstoff darf dabei nicht in den Hohlleiterkanal gelangen, weil dadurch Übertragungsverluste erzeugt werden oder die Funktion des Hohlleiters sogar vollständig versagt. Während des Fügeprozesses benetzt das flüssige Medium die Oberfläche in schwierig vorhersehbarer Weise.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennenelement für ein Radarsystem bereitzustellen, welches sich durch eine hohe Übertragungsqualität auszeichnet, aber auch kostengünstig herstellbar ist und eine lange Gebrauchsdauer aufweist.
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Diese Aufgabe wird einem Antennenelement mit allen Maermalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Antennenelement für ein Radarsystem, umfassend zumindest einen ersten Kunststoffkörper und zumindest einen zweiten Kunststoffkörper, in welche Kanäle mit metallisierten Kanalwänden eingebracht sind, die die Hohlleiter bilden, wobei der erste und der zweite Kunststoffkörper stoffschlüssg miteinander verbunden und miteinander verpresst sind, und wobei der erste und der zweite Kunststoffkörper beidseitig von den Kanälen Vorsprünge aufweisen, die beim Verpressen der beiden Bauteile miteinander zu den Kanalinnenwänden hin Presskanten ausbilden, auf der den Kanälen abgewandten Seiten der Vorsprünge Überlaufnuten anzuordnen.
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Konkret wird in dieser Erfindung ein Design vorgeschlagen, in dem der Hohlleiter durch eine Presskante begrenzt wird, an deren Oberfläche ein leitfähiger Kontakt durch Anpressung hergestellt wird. Entlang dieser Presskante läuft eine Überlaufnut auf der dem Hohlleiterkanal abgewandten Seite, damit das benetzende Fügemedium nicht in den Hohlleiterkanal hineinläuft. Jenseits der Überlaufnut verläuft dann die eigentliche Fügezone, in der das Verbindungsmedium, beispielsweise Klebstoff oder Lot, eingebracht ist. Mit diesem Design wird eine Lotpasten- oder Klebstoffauftragsprozess mit Toleranz gegenüber Positionierungs- oder Formabweichungen des aufgebrachten Mediums ermöglicht, der dadurch kleinste Hohlleiterkanalabstände zulässt. Die Tiefe und das Aspektverhältnis der Überlaufnut lassen sich dahingehend optimieren, dass bei einer Lücke zwischen aufeinanderliegenden Presskanten mögliche Verluste durch destruktive Interferenz reduziert werden.
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Eine mögliche Ausführung der Nut kann beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der zu einer maximalen Konturlänge bei gegebener Tiefe und Vermeidung von Hinterschnitten führt.
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Polymerbasierte Werkstoffe für die Herstellung solcher plattenförmiger Kunststoffkörper sind beispielweise Kombinationen der Polymere PPS, PEI, PPE/PA, LCP, PEI/PC, PPA (z.B. PARA), PEEK, PA6.6, ggf. mit Füllstoffen.
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Die erfindungsgemäße Kombination der Konstruktionselemente der Presskante und der angrenzenden Überlaufnut hat verschiedene Vorteile. Durch die geschilderte Anordnung und Gestaltung von Presskante und Überlaufnut wird ein Dickenprofil der Antennenplatten so definiert, dass durch die Verringerung der Dicke im Bereich der Überlaufnut in Kombination mit dem anschließenden Dickensprung die Strömungsverhältnisse bei einer Herstellung der Platte im Spritzgussverfahren so beeinflusst werden, dass ein für die Funktion günstiges Materialeigenschaftsprofil erreicht wird. Dies kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass sich Füllstoffe in der eingespritzten Masse so ausrichten, dass eine besonders hohe Steifigkeit und Belastbarkeit der Presskante unter Druckbelastung vorliegt.
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Weiterhin erlaubt die Verlängerung der konturfolgenden Strecke vom Rand der Fügezone bis zum Hohlleiterkanalrand in Folge der Einbringung der Vertiefung die Verwendung eines Verbindungsmediums mit speziellen rheologischen Eigenschaften, wie beispielsweise einer geringeren Viskosität oder einem unterschiedlichen Benetzungsverhalten, da die Gefahr des Eindringens des Verbindungsmediums in den Hohlleiterkanal durch die geometrische Gestaltung verringert ist.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass durch die Kombination aus Presskante und Überlaufnut eine definierte und auf die Oberfläche der Presskanten konzentrierte Anpressung der Antennenplatten zueinander erzielt wird. Dank der räumlichen Trennung der Fügeflächen von den Anpressflächen, die durch die zwischen diesen eingebrachte Nut geschieht, können die Auswirkungen potentiell vorliegender Schwankungen in der Fügezone, verursacht beispielsweise durch lokal variierende Dicken des Verbindungsmediums, auf die Anpresskraft im Bereich der Presskantenoberflächen verringert werden.
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Eine geeignete Presskante kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit die folgenden Abmessungen aufweisen: 0.35 mm Höhe und 0.4 mm Breite, Geeignete Abmessungen der Überlaufnut sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit: 0.3 mm Tiefe und 0.3 mm Breite
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Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antennenelements wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung in einem Ausschnitt die Kanalinnenwände zweier Hohlleiter im Verbindungsbereich der beiden plattenförmigenein Kunststoffkörper-
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Man erkennt in 1 in einem Ausschnitt zwei Hohlleiter 15 eines Antennenelements 10 für ein Radarsystem, die durch übereinander angeordnete Kanäle 4 in einem ersten 1 und einem zweiten Kunststoffkörper 2 eingebracht sind. Die Kanalwände sind metallisiert, um eine Leitung der Mikrowellen in den Hohlleitern 15 zu ermöglichen. Die beiden Kunststoffkörper 1, 2 sind stoffschlüssg miteinander verbunden und miteinander verpresst. Man erkennt weiterhin die Vorsprünge 3, die nach dem Verpressen spaltfreie Presskanten an den Kanalinnenwänden bilden. Auf den den Kanalinnenwänden abgewandten Seiten der Presskanten 3 sind Überlaufnuten 6 angeordnet, in die überschüssiges Verbindungsmedium, wie zum Beispiel Klebstoff oder Lot aus dem Verbindungsbereich 5 der beiden plattenförmigen Kunststoffkörper 1, 2 ablaufen kann und somit nicht in den Bereich der Hohlleiter 15 eindringen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6995637 B2 [0002, 0007]
- US 10096880 B2 [0006]
