DE3822664A1 - Stabfoermige fahrzeugantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine stabförmige Fahrzeugantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stabförmige Fahrzeugantennen dienen am Fahrzeug zum Emp­ fang unterschiedlicher Rundfunksendungen und/oder aber auch zum Betrieb eines Autotelefons, also zum Senden und Empfan­ gen von Telefonfunksignalen.

Die heutige Generation von Kraftfahrzeugen vor allem im so­ genannten gehobenen Bereich sind vortrefflichst gegen äußeren Schall geschützt, so daß die im lnnenraum auftretenden Ge­ räusche auf einen bisher nicht für möglich gehaltenen Pegel­ wert gesenkt werden konnten.

Nunmehr stellt sich allerdings das Problem, daß stabförmige Fahrzeugantennen während der Fahrt, also bei Anströmung durch den Fahrtwind unerwünschte Geräusche verursachen, die in den Fahrgastraum eingeleitet werden können und dort als un­ angenehm empfunden werden. Mit anderen Worten kann bei all­ gemeiner Geräuschpegeldämpfung gleichwohl ein durch die Fahrzeugantenne verursachter Pfeifton eine Lautstärke über dem allgemeinen Geräuschpegel aufweisen, was als ausgespro­ chen unangenehm und störend empfunden wird.

Möglichkeiten, wie derartige unerwünschte zusätzliche an der Antenne entstehende Geräuschpegelspitzen vermieden werden kön­ nen, sind bisher nicht bekannt geworden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine Möglichkeit für stabförmige Fahrzeugantennen zu schaffen, bei denen der allgemeine Geräuschpegel beim Anströmen durch den Fahrtwind gegenüber dem Stand der Technik vermindert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Genauere Untersuchungen haben zu Tage gefördert, daß die unerwünschten durch den auf die stabförmige Antenne anströ­ menden Fahrtwind verursachten Geräusche durch zwei wesent­ liche Effekte verursacht werden, nämlich einmal durch ein "Luftschallgeräusch" und darüber hinaus durch ein "Körperschall­ geräusch". Der Körperschall wird durch die mechanische Anregung der Antenne verursacht, d. h. durch Schwing­ bewegung, die über das Material der Antenne und den Antennen­ fuß in die Karosserie des Fahrzeuges eingeleitet und von dort in den Fahrzeuginnenraum abstrahlen kann.

Durch die Anströmung des Fahrtwindes bildet sich vor der stabförmigen Antenne ein Druck oder Stau und seitlich an der Antenne beim Umströmen des im Querschnitt kreisförmigen An­ tennenkörpers ein Unterdruck. In dieser Situation ent­ stehen seitlich Wirbel an der Antenne, die alternierend an den beiden gegenüberliegenden Seiten ablösen.

Ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit also reißen die Wirbel wechselseitig mit einer bestimmten Frequenz vom Kreis­ querschnitt ab, wodurch ein regelmäßig alternierendes Wirbel­ muster entsteht. Die Frequenz, mit der die Wirbelablösung alter­ niert, ist bestimmend für die Hauptfrequenz des störenden Luft­ schallgeräusches. Durch die erfindungsgemäß auf dem stabför­ migen Antennenkörper angebrachte Wendelstruktur wird eine ausreichende Unterbrechung der zylindrischen Fläche geschaffen und dadurch die Regelmäßigkeit der Wirbelbildung verhindert. Damit ist die Ursache des störenden Anteils an dem von der Antenne erzeugten Windgeräusch beseitigt. Mit der unterdrückten Wirbel­ ablösung nimmt die Luftschallbildung und auch die Körperschallbildung ab, da ja durch die gedämpften geringeren Querschwingungen oder im einzelnen so­ gar elliptischen Schwingungen der Antennenkörper selbst weniger angeregt wird und bei geringerer Auslenkung auch nur geringe Geräusche erzeugt.

Daß an kreisförmigen Körpern wie beispielsweise Masten oder großen Radar- oder Antennenanlagen mit kreisförmigen Masten oder Stützen bei Wind teilweise gefährliche Schwin­ gungen erzeugt werden können, war schon seit län­ gerem bekannt. Deshalb sind bereits früher an ausgeführten Vollrohrmasten und Fachwerkmasten mit aufgesetzten kreiszylind­ rischen Antennenhüllen aus Kunststoff derartige Schwingungen ver­ schiedentlich festgestellt worden, die in einigen Fällen ein der­ artiges Ausmaß hatten, daß nachträgliche konstruktive Maßnah­ men zur Schwingungsabwehr erforderlich waren.

Als Unterdrückungsmaßnahme für die, die Konstruktion gefähr­ denden Schwingungen ist die sogenannte Scruton-Wendel be­ kannt geworden. Sie wurde an derartigen Masten an der Zy­ linderoberfläche außenliegend angebracht. Ein durch den Wind gefährliches Aufschaukeln und Erzeugen von Querschwin­ gen mit der Gefahr eines Bruches eines Mastes wurde dadurch ver­ hindert. Die Beziehung zwischen der Ablösefrequenz f, dem Durch­ messer D und der Strömungsgeschwindigkeit v wurde dabei be­ reits 1878 von Strouhal im Versuch zu

S ≅ 0,2 gefunden. Die Konstanz der Strouhal-Zahl gilt dabei bis zum Übergang zur turbulenten Strömung bei einer Reynoldsschen Zahl Re ≅ 2 -3 × 10⁵ als gesichert.

Obgleich die vorstehend erläuterten wissenschaftlichen Entdek­ kungen bekannt und zur Vermeidung einer Bruchgefahr von Stäben und Masten auch bei großen Radar- und Antennenanla­ gen angewandt wurden, ist gleichwohl bis heute nicht erkannt worden, daß auch bei Autoantennen sowie Autofunkantennen durch Verwirklichung zumindest einer umlaufenden Wendel die auftretenden Geräusche drastisch minimiert werden können. Erfindungsgemäß wird die Wirbelablösung und da­ mit der hierdurch verursachte Luft- und Körperschall an der Antenne gemindert und reduziert, wodurch eine über ein allgemeines breitbandiges Grundrauschen hinaus ansteigende Geräuschpegelbelastung vermieden wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen zumindest eine, vorzugsweise aber zwei bis vier, i.d.R. drei am stabförmi­ gen Antennenkörper angebrachte umlaufende Wendeln vor, die die eine Steigung von dem 1- bis 10-fachen des Durcnmessers und eine Dicke von 0,05 bis 0,5 des Antennendurchmessers auf­ weisen. Optimale Werte für die Steigung liegen bei 3 bis 7-, 4- bis 6- und vor allem um das 5-fache des Antennendurchmessers. Die günstigsten Maße für die Dicke, d. h. für die Erhebung der Wendel liegen zwischen dem 0,07- und 0,12-fachen des Durch­ messers, vorzugsweise um das 0,09- bis 0,1-fache des An­ tennendurchmessers.

Die Erfindung weist große Vorteile bei Autofunk-Antennen auf. Diese weisen meist unterschiedliche Antennenabschnitte mit unter­ schiedlichen Durchmessern auf. Im Kopplungsbereich können ver­ dickte Zwischen- oder Rohrstücke vorgesehen sein. Gerade hier weist die Erfindung große Vorteile auf, da natürlich ansonsten die Geräusch-Abstrahlungsintensität mit der Fläche des Anten­ nenkörpers zunimmt.

Erfindungsgemäß kann die jeweils zumindest eine umlaufende Wendel zumindest an dem unteren bzw. an den unteren Anten­ nenabschnitte ausgebildet sein. Denn die Antennen sind in der Regel beim Fahrtwind peitschenartig nach hinten aus­ gelenkt, wobei die Geräuschabstrahlung vor allem quer zum An­ tennenstab erfolgt und deshalb die oben liegende bzw. der zu­ oberst liegende Abschnitt der Autoantenne in der Regel nicht in die Fahrzeugkabine einstrahlt.

Aber selbst bei Spulenkörper umfassenden in der Regel in Axial­ richtung nur mit kürzerer Länge ausgebildeten Auto-Radio- Antennen kann die Erfindung verwirklicht werden. Derartige Spulenkörper können beispielsweise in einer Kunststoffmasse völlig eingebettet liegen, so daß die eigentliche elektrische Struktur der "Antennenspule" nicht mehr erkennbar ist. ln diesem Falle wird auf der zylindrischen Außenfläche die zumindest eine erfindungsgemäße Wendel ausgebildet.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung er­ geben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im einzelnen

Fig. 1 schematische Seitenansicht eines Ausführungsbei­ spieles von der erfindungsgemäßen Autoradio- bzw. Autofunkantenne;

Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Abschnittes der in Fig. 1 gezeigten Autoradio- bzw. Autofunkantenne;

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung längs Linie III/III in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Beispiel für eine Autofunkan­ tenne 1 gezeigt. Sie umfaßt drei Antennenabschnitte 1′, 1′′ und einen unteren Abschnitt 1′′′, die jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Der obere Antennenabschnitt 1′ kann beispielsweise einen Durchmesser von 1 bis 2 mm, beispielsweise um 1,6 mm und der untere Antennenabschnitt 1′′′ beispielsweise 2,5 bis 5 mm, z. B. also 3,5 mm aufweisen. Der mittlere Antennenabschnitt 1′′ kann unter Umständen eine Hülse mit dik­ kerem Durchmesser umfassen, der beispielsweise um die 8 mm bis 15 mm liegen kann.

Häufig sind derartige Antennen 1 insgesamt mit einer in der Regel schwarzen Kunststoffmasse umgeben bzw. umspritzt, die auch eine obere Antennenkappe 3 und den unteren Antennen­ fuß mit umkleiden.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht ist bei der erfindungs­ gemäßen Ausführungsform der untere und mittlere Antennenab­ schnitt mit drei um 120° versetzt zueinander liegenden Wendeln 7 umgeben, die beispielsweise eine Steigung aufweisen, die dem 1- bis 10-fachen des Durchmessers D des zugehörigen Antennen­ abschnittes aufweisen. Günstige Werte liegen beim 2- bis 9-, dem 3- bis 8- und vor allem dem 4 bis 7-fachen des Durchmessers. Als günstigste Werte für die Steigung können Werte von etwa dem 5-fachen des Antennendurchmessers 1 gelten.

Die Höhe der drei Wendeln beträgt jeweils etwa 0,05 bis 0,5 des Durchmessers des zugehörigen Antennenabschnittes 1′ bis 1′′′. Die Werte werden in den abgestuften Bereichen 0,06 bis 0,4, 0,07 bis 0,3, 0,08 bis 0,2 und 0,09 bis 0,1 immer besser und günstiger.

Die Verwendung der in den Figuren dargestellten drei versetzt zueinander liegenden Wendeln stellt ein Optimum dar. Ausrei­ chend günstige Werte werden aber auch bei Verwendung nur zweier versetzt liegender Wendeln oder auch nur einer Wendel pro Antennenabschnitt gewährleistet. Genauso kann die Zahl der verwandten Wendeln noch erhöht werden und beispielsweise 4, 5, 6 oder mehr Wendeln umfassen. ln diesem Falle kann bei Varia­ tion der anderen Parameter jeweils noch ein Optimum erzielt werden. Bei Veränderung eines Parameters kann durch entspre­ chende Variation der anderen Parameter jeweils wieder eine ge­ wisse Optimierung erzielt werden.

Bei einer wie vorstehend gezeigten Antenne mit einem lei­ tenden Antennenstab können die eine oder mehrere Wen­ deln an der Zylinderumfangsfläche des in der Regel aus Metall bzw. einer Metallegierung bestehenden Antennenstabes nach­ träglich aufgebracht werden, z. B. in Form von Kunststoff- Wendeln, die sich vor allem dann eignen, wenn der gesamte Antennenstab mit Kunststoff umhüllt bzw. umspritzt ist.

Genauso könnten aber auch aus Metall oder einer Metallegie­ rung bestehende umlaufende Wendeln an der Zylinderumfangs­ fläche an dem stabförmigen Antennenmast ausgebildet sein.

Darüber hinaus ist es auch bekannt, daß Antennen mit bi­ filar gewickelten Spulen zum Empfang von Radiosendungen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Aufgrund der engen Wicklung dieser Spulenkörper sind diese Spulen zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes nicht ge­ eignet. Allerdings können die Spulenkörper beispielsweise in einem aus Kunststoff bestehenden Material vollständig ein­ gebettet sein, so daß die Struktur des Antennenspulenkörpers völlig verdeckt ist. Auf der so gebildeten aus Kunststoff bestehenden äußeren Zylinderform kann dann wieder zumin­ dest eine Wendel oder mehrere versetzt verlaufende Wendeln ausgebildet sein.

Natürlich kann wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 auch der oberste Antennenabschnitt 1′ die zumindest eine oder mehrere umlaufende Wendeln aufweisen. Wenn es sich aber um eine herkömmlich ausreichend lang dimensionierte Auto­ antenne handelt, die in der Regel nach hinten im Fahrtwind leicht peitschenartig gekrümmt ist, so trägt dieser oberste An­ tennenabschnitt praktisch nicht zu einer noch spürbaren Ge­ räuschbelästigung bei. Denn die Abstrahlrichtung, die quer zum entsprechenden Antennenabschnitt liegt, weist dann i. d.R. über das Dach eines Fahrzeuges hinweg. Darüber hinaus ist die insgesamt abstrahlende Fläche im Verhältnis zu den Flä­ chen der anderen Antennenabschnitte aufgrund deren größeren Durchmessers gering, weshalb durch diesen obersten Anten­ nenabschnitt nur ein vergleichsweise geringer Schall verur­ sacht wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von zumindest einer Wen­ del an einer stabförmigen Antenne können die im Fahrtwind hier­ durch erzeugten Luftschall- und Körperschallgeräusche soweit re­ duziert werden, daß die durch die Antenne verursachten Geräu­ sche innerhalb eines breitbandigen Grundrauschpegels liegen und nicht mehr im Fahrzeug als störend auftreten.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß bei der stab­ förmigen Antenne der Querschnitt nicht grundsätzlich kreisför­ mig sein muß, sondern auch eine davon stärker abweichende Grundstruktur aufweisen kann. Es wäre sogar eine im Quer­ schnitt quadratische Struktur denkbar, die wendelförmig ver­ drillt wird. Die vier Ecken des Quadrates würden somit also vier umlaufende Wendeln bilden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß natürlich ein derartiger Antennen­ stab aus einem beliebigen Polygonzug mit entsprechendem polygonalen Querschnitt verwandt werden kann. Ein entspre­ chend, beispielsweise aus einer Metallegierung bestehender n-polygonaler Stab kann auch wieder so verdrillt und die Kanten gegebenenfalls leicht überzogen werden, daß hierdurch die gewünschte Wendelanordnung erzielbar ist.

Claims (14)

1. Stabförmige Fahrzeugantenne, dadurch gekennzeichnet, daß deren Oberfläche an zumindest einem Antennenabschnitt (1′ bis 1′′′) mit einer Wendelstruktur mit zumindest einer in Längsrichtung der Antenne (1) umlaufenden Wendel (7) ver­ sehen ist, deren Steigung das 1- bis 10-fache des Durchmes­ sers und deren Dicke bzw. Erhebung das 0,05- bis 6,5-fache des Durchmessers des Antennenstabes bzw. Antennenabschnit­ tes (1′ bis 1′′′) aufweist.

2. Stabförmige Fahrzeugantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest zwei bis fünf versetzt zueinander­ liegende umlaufende Wendeln (7), vorzugsweise drei Wendeln vor­ gesehen sind.

3. Stabförmige Fahrzeugantanne nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steigung das 2- bis 9-, vor­ zugsweise das 3- bis 8-fache des Durchmessers des zugehöri­ gen Antennenabschnittes (1′ bis 1′′′) umfaßt.

4. Stabförmige Fahrzeugantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung das 4- bis 6-, vorzugs­ weise etwa das 5-fache des Durchmessers des zugehörigen An­ tennenabschnittes (1′ bis 1′′′) umfaßt.

5. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke bzw. Höhe der zumindest einen Wendel (7) das 0,06- bis 0,4-, vorzugsweise das 0,07- bis 0,3-fache des zugehörigen Durchmessers des Antennenabschnittes (1′ bzw. 1′′′) aufweist.

6. Stabförmige Fahrzeugantenne nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dicke bzw. Höhe der zumindest einen Wendel (7) das 0,08- bis 0,12-, vorzugsweise das 0,09- bis 0,1fache des Durchmessers des zugehörigen Antennenabschnittes (1′ bis 1′′′) aufweist.

7. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine um­ laufende Wendel (7) aus Kunststoff besteht.

8. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine umlau­ fende Wendel (7) aus Metall bzw. einer Metallegierung besteht.

9. Stabförmige Fahrzeugantenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall bzw. aus Metallegierung bestehende zumindest eine Wendel (7) mit dem elektrisch lei­ tenden Antennenstab elektrisch verbunden ist.

10. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine An­ tennenstab und die zumindest eine umlaufende Wendel (7) mit Kunststoff umhüllt bzw. umspritzt sind.

11. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung zumin­ dest einer Antennenspule für die stabförmige Antenne (1) der Spulenkörper in einer die Spulenstruktur unterdrücken­ den bzw. überdeckenden Einbett- bzw. Kunststoffmasse einge­ bettet bzw. verdeckt ist, und daß auf der so gebildeten zy­ linderförmigen Oberfläche die zumindest eine umlaufende Wen­ del (7) ausgebildet ist.

12. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mehrere Antennenabschnitte (1′ bis 1′′′) umfassenden Fahrzeugantenne (1) zumindest der untere bzw. die unteren Antennenabschnitte (1′′, 1′′′ ...) mit jeweils zumindest einer umlaufenden Wendel (7) versehen ist bzw. sind.

13. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zumindest zwei Antennenabschnitte (1′ bis 1′′′) aufweisenden Fahrzeugantenne (1) zumindest der bzw. die Antennenabschnitte (1′ bis 1′′′) mit größerem Durchmesser mit der zumindest einen umlau­ fenden Wendel (7) versehen ist bzw. sind.

14. Stabförmige Fahrzeugantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Antenne (1) mit zumindest einer umlaufenden Wendel (7) versehen ist.