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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radarsensor, der eine Hohlleiterantenne und ein Radom aufweist. Der Radarsensor kann beispielsweise in der Automobilbranche zum Einsatz kommen.
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Stand der Technik
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Bei Radarsensoren werden in letzter Zeit oftmals Hohlleiterantennen verwendet, welche eine Hohlleiterstruktur zum Senden und Empfangen von Radarwellen aufweist. Die Hohlleiterantennen sind mit Leiterplatten verbunden und werden über elektrische Bauteile, die sich auf der Leiterplatte befinden, mit Radarwellen gespeist. Herkömmlicherweise sind die Hohlleiterantennen direkt auf der Leiterplatte befestigt. Um den Radarsensor und die Hohlleiterantenne vor äußeren Einflüssen zu schützen, weist der Radarsensor ein Radom auf. Das Radom ist in Abstrahlrichtung, also typischerweise auf der der Leiterplatte gegenüberliegenden Seite der Antenne, angeordnet und für die Radarwellen durchlässig. Das Radom ist meistens an einem Gehäuse des Radarsensors befestigt, an dem auch die Leiterplatte befestigt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Radarsensor vorgeschlagen, der eine Hohlleiterantenne und ein Radom aufweist, wobei das Radom und die Hohlleiterantenne formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Hohlleiterantenne und das Radom sind also bereits vor der Montage an dem Radarsensor fest miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist die Hohlleiterantenne in das Radom integriert. Somit können die Hohlleiterantenne und das Radom als Baugruppe im Vorhinein hergestellt werden und dabei bereits aneinander angepasst werden, wodurch sich die Herstellung vereinfacht. Da das Radom und die Hohlleiterantenne fest miteinander verbunden sind, verändert sich der Abstand zwischen der Abstrahlfläche der Hohlleiterantenne und dem Radom, welcher für die Leistungsfähigkeit des Radarsensors wichtig ist, selbst bei Vibration oder Deformation nicht.
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Die Baugruppe wird schließlich an einem Gehäuse des Radarsensors montiert. Hierbei wird das Radom vorzugsweise mittels eines Laserschweißverfahrens an dem Gehäuse befestigt. Abstandsmaße, die zuvor für die Fertigung des Radarsensors und der Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe ermittelt wurden, können als Inputparamter für das Laserschweißverfahren verwendet werden. Dadurch lässt sich der Abstand zwischen der Hohlleiterantenne und der Leiterplatte genau einstellen. Bei der Montage wird die Hohlleiterantenne durch die Leiterplatte positioniert, indem Positionierelemente der Hohlleiterantenne in entsprechende Führungselemente der Leiterplatte eingreifen. Als Beispiel sind die Positionierelemente als Zapfen ausgebildet, die sich von der Hohlleiterantenne erstrecken, und die Führungselemente sind Öffnungen in der Leiterplatte. Zur Führung greifen die Zapfen in die entsprechenden Öffnungen ein.
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Da die Hohlleiterantenne bereits fest an dem Radom befestigt ist, kann auf eine weitere Befestigung der Hohlleiterantenne an der Leiterplatte verzichtet werden. Die Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe wird lediglich über die Befestigung des Radoms am Gehäuse gehalten. Somit können auf der Leiterplatte weniger Befestigungselemente und/oder Führungselemente vorgesehen werden, wodurch der Platzbedarf auf der Leiterplatte sinkt. Insbesondere sind zwei Führungselemente auf der Leiterplatte für die Befestigung der Baugruppe ausreichend. Ein lateraler Positionsversatz zwischen Launchern auf der Leiterplatte und Ports der Hohlleiterantennen lässt sich mittels der Positions- und/oder Führungselemente über eine kurze Toleranzkette ausgleichen.
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Durch die Befestigung über das Gehäuse sind die Hohlleiterantenne und die Leiterplatte voneinander entkoppelt. Die Kräfte auf die Hohlleiterantenne werden nicht von der Leiterplatte aufgenommen, was zu einer geringeren Last an der Verbindung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse führt, insbesondere wenn der Radarsensor einer Vibrationsbelastung ausgesetzt ist.
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Für die formschlüssige Verbindungstechnik weist das Radom vorzugsweise Zapfen auf, die sich durch die Hohlleiterantenne hindurch vorzugsweise bis auf die gegenüberliegende Seite erstrecken und mit der Hohlleiterantenne verbunden sind. Die Zapfen ermöglichen eine einfache formschlüssige Verbindung.
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Als bevorzugte formschlüssige Verbindungstechnik kann ein Heißverstemmprozess verwendet werden. Beim Heißverstemmen werden Kunststoffdome durch Wärme angeschmolzen und dann unter Druck verformt. Als Kunststoffdome werden vorzugsweise die vorstehend genannten Zapfen des Radoms verwendet, die dann als Heißverstemmzapfen fungieren. Die Heißverstemmzapfen des Radoms erstrecken sich durch die Hohlleiterantenne hindurch und werden dann auf der gegenüberliegenden Seite geschmolzen und verformt, sodass sie an der Hohlleiterantenne anliegen. Vorzugsweise weist die Hohlleiterantenne eine Ausnehmung auf, in die der verformte Heißverstemmzapfen eingreift.
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Optional weist die Hohlleiterantenne zumindest einen Vorsprung auf, der sich vom Hauptkörper, in dem die Hohlleiter ausgebildet sind, erstreckt. Die formschlüssige Verbindung des Radoms an die Hohlleiterantenne findet an diesem zumindest einen Vorsprung statt. Vorzugsweise können die Zapfen, insbesondere die Heißverstemmzapfen, sich durch diesen zumindest einen Vorsprung erstrecken werden und auf der gegenüberliegenden Seite in diesen eingreifen. Folglich wird die formschlüssige Verbindung außerhalb des Hauptkörpers der Hohlleiterantenne realisiert, wodurch kein Platz auf dem Hauptkörper für die formschlüssige Verbindung benötigt wird. Als Resultat können kleinere Gesamtbauweisen realisiert werden.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors vorgeschlagen. Zu Beginn werden eine Hohlleiterantenne und ein Radom bereitgestellt. Die Hohlleiterantenne und das Radom sind in Form und Größe aneinander sowie an ein Gehäuse und eine Leiterplatte, mit denen sie später verbunden werden, angepasst. Auch die Abstände zwischen der Hohlleiterantenne und der Leiterplatte werden festgelegt. In der Hohlleiterantenne werden bereits die Hohlleiter entsprechend ausgebildet. Anschließend wird das Radom mit der Hohlleiterantenne formschlüssig zu einer Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe verbunden. Wie vorstehend beschrieben, wird als bevorzugte formschlüssige Verbindungstechnik ein Heißverstemmprozess verwendet. Die genannten Schritte werden bereits vor der Montage am Gehäuse und der Leiterplatte durchgeführt. Somit kann die Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe bereits im Vorhinein, beispielsweise durch einen Zulieferer, hergestellt und geliefert werden. Schließlich wird beim Zusammenbau die Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe mit dem Radom an dem Gehäuse montiert. Zur Verbindung des Radoms mit dem Gehäuse wird vorzugsweise das oben beschriebene Laserschweißverfahren verwendet.
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Insgesamt ist der Radarsensor kostengünstig mit standardisierten Prozessen für die Serienproduktion mit hohen Stückzahlen herstellbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radarsensor gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Radarsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 3 a - d zeigen Draufsichten auf eine Hohlleiterantenne mit Heißverstemmzapfen eines Radoms in verschiedenen Anordnungen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsensors dargestellt. Der Radarsensor weist eine Hohlleiterantenne 7, ein Radom 1, ein Gehäuse 3 und eine Leiterplatte 4 auf. Die Leiterplatte 4 weist einen Chip 6 mit einem Launcher, der Radarwellen erzeugt, auf. Die Leiterplatte 4 ist direkt an dem Gehäuse 3 befestigt. Erfindungsgemäß ist die Hohlleiterantenne 7 formschlüssig mit dem Radom 1 verbunden. Hierfür weist das Radom 1 Heißverstemmzapfen 2 auf, von denen in 1 zwei dargestellt sind. Die Heißverstemmzapfen 2 werden bei der Herstellung in Öffnungen in der Hohlleiterantenne 7 eingeführt und erstrecken sich durch die Öffnungen hindurch auf die gegenüberliegende Seite - die hier als Rückseite bezeichnet wird und der Abstrahlfläche gegenüberliegt. Auf der Rückseite weist die Hohlleiterantenne 7 in diesem Ausführungsbeispiel an der Stelle jedes Heißverstemmzapfens 2 eine Ausnehmung 8 auf, in die ein Kopf des Heißverstemmzapfens 8 hineinragt. Beim Heißverstemmprozess wird mittels Wärme und Druck der Kopf des Heißverstemmzapfens 2 gegen die Rückseite gepresst und dabei verformt, sodass die Hohlleiterantenne 7 durch die Heißverstemmzapfen 2 „eingezwängt“ wird und eine formschlüssige Verbindung entsteht. Dadurch wird eine integrale Radom-Hohlleiterantennen-Baugruppe gebildet. Beim Heißverstemmprozess wird der Abstand D zwischen der Abstrahlfläche der Hohlleiterantenne 7 und dem Radom 1, der für die Leistungsfähigkeit des Radarsensors wichtig ist, über ein werkzeuggebundenes Maß festgelegt. Durch die formschlüssige Verbindung bleibt der Abstand D über die Lebensdauer des Radarsensors hinweg gleich und ist vor Vibrationen und anderen Deformationen geschützt.
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Die Hohlleiterantenne 7 weist zudem auf der Rückseite zapfenförmige Positionierelemente 5 auf. Bei der Montage des Radoms 1 und der Hohlleiterantenne 7 an dem Gehäuse 3 und der Leiterplatte 4 werden in einem Vorfügeschritt die Positionierelemente 5 durch Öffnungen in der Leiterplatte 4 vorzentriert. Durch die Positionierelemente 5 wird die laterale Position der Hohlleiterantenne 7 bezüglich des Launchers auf dem Chip 6 während der Vorfügung, dem Laserschweißen und dem finalen Einbau des Radarsensors sichergestellt. Das Radom 1 wird bei der Montage mittels eines Laserschweißverfahrens mit dem Gehäuse 3 verbunden. Dabei wird der Abstand A zwischen der Hohlleiterantenne 7 und der Leiterplatte 4, der für eine richtige Einkopplung bzw. Auskopplung der Radarwellen wichtig ist, eingestellt. Um den Abstand A einzustellen, werden der Abstand B zwischen der Verbindungsstelle des Radoms 1 und der Leiterplatte 4 sowie der Abstand C zwischen der Verbindungsstelle des Radoms 1 und der Rückseite der Hohlleiterantenne 7 ermittelt. Der Abstand C wird beim Verbinden des Radoms 1 und der Hohlleiterantenne 7 ermittelt und dann mittels eines Datamatrixcodes oder einer anderen Datenübertragungsart an eine Fertigungsstation des Laserschweißverfahrens übertragen. Vor dem Laserschweißen wird dann der Abstand B aus der Summe der Abstands C und des vorher festgelegten Abstands A berechnet und das Laserschweißverfahren mit dem berechneten Abstand B ausgeführt.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsensors dargestellt. Gleiche Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und es wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, dass die Hohlleiterantenne 7 Vorsprünge 9 aufweist und dass die Heißverstemmzapfen 2 sich durch diese Vorsprünge 9 hindurch erstrecken. Dadurch befinden sich die Heißverstemmzapfen 2 außerhalb des Hauptkörpers der Hohlleiterantenne 7, sodass dieser im Vergleich zur ersten Ausführungsform kleiner ausgebildet sein kann. Beim Heißverstemmprozess wird mittels Wärme und Druck der Kopf des Heißverstemmzapfens 2 gegen die Rückseite des Vorsprungs 9 gepresst und dabei verformt, sodass die Hohlleiterantenne 7 durch die Heißverstemmzapfen 2 „eingezwängt“ wird und eine formschlüssige Verbindung entsteht.
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In den 3 a bis d sind in Draufsichten auf die Hohlleiterantenne 7, bei denen das Radom 1 aus Gründen der Übersicht jeweils nicht dargestellt ist, verschiedene beispielhafte Anordnungen der Heißverstemmzapfen 2 des Radoms 1 an der Hohlleiterantenne 7 gezeigt. Die Anordnungen sind nur als Beispiele zu verstehen und es können je nach tatsächlicher Anwendung und zur Verfügung stehendem Bauraum andere Anordnungen und eine andere Anzahl von Heißverstemmzapfen 2 verwendet werden. In den 3 a und b sind gemäß der ersten Ausführungsform, auf deren Beschreibung im Zusammenhang mit 1 verwiesen wird, die Heißverstemmzapfen 2 mit dem Hauptkörper der Hohlleiterantenne 7, in dem auch die Hohlleiter ausgebildet sind, verbunden. 3 a zeigt zwei Heißverstemmzapfen 2 auf gegenüberliegenden Seiten der Hohlleiterantenne 7, die für eine stabile Verbindung der Hohlleiterantenne 7 am Radom 1 ausreichend sind. 3 b zeigt drei Heißverstemmzapfen 2, die ein Dreieck bilden, mit denen die Stabilität nochmals erhöht wird. In den 3 c und d ist gemäß der zweiten Ausführungsform, auf deren Beschreibung im Zusammenhang mit 2 verwiesen wird, für jeden Heißverstemmzapfen 2 ein Vorsprung 9 an der Hohlleiterantenne 7 ausgebildet und der jeweilige Heißverstemmzapfen 2 ist mit dem entsprechenden Vorsprung 9 verbunden. 3 c zeigt zwei Vorsprünge 9 und zwei Heißverstemmzapfen 2 an gegenüberliegenden Seiten der Hohlleiterantenne 7 und 3 d zeigt drei Vorsprünge 9 und drei Heißverstemmzapfen 2, die ein Dreieck bilden.
