EP4452524A1 - Verfahren zur herstellung einer abdeckung für ein sensormodul - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer abdeckung für ein sensormodul

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EP4452524A1
EP4452524A1 EP22830845.8A EP22830845A EP4452524A1 EP 4452524 A1 EP4452524 A1 EP 4452524A1 EP 22830845 A EP22830845 A EP 22830845A EP 4452524 A1 EP4452524 A1 EP 4452524A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cover
base body
sensor module
coating
sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22830845.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Schmidt
Laurent Friocourt
Uwe WEISSENBERGER
Jens Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Freeglass GmbH and Co KG
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2015/937—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles sensor installation details

Definitions

  • the invention is in the technical field of vehicle sensor technology and relates to a method for producing a cover for a sensor module and in particular for a vehicle sensor module with particularly good optical properties.
  • driver assistance systems see for example US 2019/0169068 A1 or US 2021/0384622 A1.
  • These include, for example, optical cameras, mid-range and long-range radar systems, ultrasonic sensors, rain sensors, daylight sensors, backlight sensors and light detection and ranging (LiDaR).
  • ADAS Advanced Driver Assist Systems
  • They are usually used for traffic monitoring and can, for example, recognize street signs or determine the position and speed of objects outside the vehicle, such as other road users or obstacles on the road.
  • optical cameras or radar systems are mainly used for this purpose.
  • US 2019/0169068 A1 describes a windshield with a camera and a radar system, with an anti-fog film being applied to a small section of the inside of the windshield.
  • LiDaR Light Detection and Ranging
  • LiDaR systems have proven to be advantageous in this regard, in which the surroundings are scanned point by point using laser pulses with a wavelength in the infrared range and an image of the surroundings is created. The distance to an object is determined by measuring the runtime of the laser pulses emitted by the LiDaR sensor and reflected by the object. Due to the high precision in object detection and the low dependence on light and weather conditions, LiDaR systems are well suited to supplement previous sensor systems. Some vehicles already have several of these systems installed, and it can be assumed that the number will continue to increase.
  • the ADAS systems must be protected from environmental influences and a variety of mechanical and climatic loads during ferry operations. It is therefore essential that the corresponding sensors are provided with a cover to protect them from environmental influences, otherwise the systems cannot work properly. Special requirements are placed on the covers with regard to the permeability of electromagnetic waves.
  • a cover for a black/white or RGB camera must have the highest possible transmission in the visible light spectrum of -380 - 780nm, whereas a LiDaR cover should have the highest possible transmission in the near infrared range (around 905nm for most LiDaRs). .
  • Covers for ADAS systems are known, for example, from WO 2020/148185 A1.
  • covers of this type are made from transparent polymer bodies, for example in an injection molding or injection compression molding process.
  • the covers are provided, for example, with a scratch-resistant and weather-resistant wear protection paint or an anti-reflective coating.
  • Suitable materials for the scratch-resistant coating or the anti-reflection coating are known to those skilled in the art.
  • Various methods are also known for producing such coatings on plastic articles. These systems can be applied, for example, using dip methods, spin coating, spray methods or flow coating, preferably using dip or flow coating methods.
  • a particularly high optical quality of the cover is necessary. Since typical sensor modules and their covers are very small, a particularly high optical quality over the largest possible area of the cover is desirable.
  • a base body also referred to below as gross part
  • at least one cover also referred to below as net part
  • a coating is then arranged on at least one, preferably precisely one, surface of the base body using a flow coating process.
  • the cover is then separated from an inner area of the base body.
  • the method according to the invention thus consists of the production of a base body as a gross part with oversize, from which one or more covers (net parts) can be removed from areas that have an optimal optical quality. Specifically, this means that the net parts are milled or cut out of coated bodies or panels, discarding edge areas with any stresses, warpage, skimmed paint spots or greasy edges.
  • the cover can have different sizes and shapes; it can preferably be flat/planar, curved in one or two dimensions, or designed as a section of a cylinder.
  • the base body or the cover advantageously has a large extent in two directions (length c or a, width d or b), which are much greater than the material thickness D of the cover.
  • the surface of the base body thus advantageously refers to the surface of the base body which is spanned by the large dimensions (length, width).
  • the inner area of the base body advantageously refers to the surface of the base body which is spanned by the large dimensions (length, width). The inner area of the base body is therefore within this area.
  • the material thickness D of the base body is advantageously in the range from 1 mm to 4 mm, preferably 1.5 mm to 3.5 mm.
  • the base body is produced in the first method step (step (a)) by an injection molding method or by an injection compression molding method.
  • Injection compression molding is a further development of injection molding for the production of highly precise or very large plastic components and is well known to those skilled in the art.
  • the plastic melt is injected as a so-called mass cake into the practically pressureless, not completely closed mold.
  • the tool is only completely closed during the solidification process.
  • the closing pressure that builds up evenly as a result ensures the final shape of the molded part.
  • injection compression molding provides molded parts with a very good surface, low mechanical anisotropy and low residual stresses. Furthermore, the clamping force required is reduced, so that larger components can be produced on a given machine or a smaller machine can be used for a given component.
  • the base body and thus also the cover consist at least in sections, preferably completely, of a polymer material and preferably of a transparent polymer material.
  • the polymer material advantageously contains or consists of polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), styrene-acrylonitrile (SAN), polyethylene terephthalate (PET) and/or copolymers or mixtures thereof.
  • the polymer material can be colored with special dyes that appear black in the visual spectrum but are transparent in the wavelength range of 905 nm or 1550 nm that is relevant for the LiDaR sensor.
  • a base body can also be formed from a number of sections with different polymer materials and, as a result, different physical and, in particular, optical properties.
  • the cover is cut out at a distance v from the outer edge of the base body of at least 0.5 cm, preferably at least 1 cm, particularly preferably from 1 cm to 3 cm and in particular from 1 cm to 2 cm becomes.
  • Such distances are sufficient to separate an optically valuable area of the base body, so that a cover with particularly good optical properties can be produced can.
  • sufficient flooding and dripping areas can be provided, which are later separated in order to prevent paint spreading to the back/inside of the cover or to exclude fat edges.
  • the cover is cut out of the base body in the third method step (step (c)), preferably by laser beam cutting or water jet cutting, or sawed out.
  • the cover can be removed from the base body by milling.
  • the cover is preferably milled out of the base body using a milling head with a C profile. In this way a rounded, aesthetically pleasing edge of the cover can be produced.
  • the edge radius R is usually greater than or equal to half the material thickness D of the cover (R>1D).
  • a cover is separated from a base body. More than one, particularly preferably two, four, six or eight covers from a single base body are preferred. This reduces losses due to waste.
  • a coating is arranged on the base body in the second method step (step (b)).
  • the coating advantageously consists of a coating to increase the scratch resistance (anti-scratch coating), an anti-fog coating (anti-fog coating) and/or an anti-reflection coating.
  • Coatings to increase scratch resistance consist of a scratch-resistant and weather-resistant wear protection paint, a so-called hard coat, which is intended to protect the cover from environmental influences.
  • a scratch-resistant and weather-resistant wear protection paint a so-called hard coat
  • Both thermally curing paint systems based on polysiloxanes, UV-curing paint systems based on acrylates or methacrylates, and paint systems based on polyurethanes can be used for this purpose.
  • Such coatings can be applied by flow, spray or in-mold coating processes.
  • the coating according to the method according to the invention is carried out using a flow coating method, which ensures optimum surface quality.
  • a continuous flow of paint is preferably applied to the upper edge of the component (here the base body), with the component being fixed on a holder at a certain angle between 0° and 90° to the horizontal.
  • the paint runs over the workpiece surface and forms a paint film there.
  • the application is advantageously carried out by a robot with a painting nozzle, which runs a program adapted to the respective workpiece geometry and coats the inside and/or outside of the workpiece. Excess paint drips off the component and is fed back into the paint cycle.
  • the formation of the paint film in the flow coating process is primarily driven by gravity.
  • the flow dynamics in the flow coating process are maintained over a longer period of time and must be guaranteed to be trouble-free with regard to the component geometry.
  • the component must not have any scooping elements or radii that are too small (sharp edges).
  • the component edges also represent a critical area with regard to the paint flow in the method according to the invention, in particular in the flooding and dripping area of the component.
  • the flooding area is the upper area of the component in relation to its position on the component holder (painting frame), on which the paint flow is applied via a painting nozzle.
  • the dripping area is the lower edge of the component over which the paint drips.
  • a required layer thickness of the coating often cannot be achieved at the flood edge, or so-called paint curtains form due to an imperfectly designed flood edge.
  • So-called fat edges usually form on the drip edge. This is excessive paint build-up with visible beading. Defects can also occur on component edges that are vertical relative to the painting position. Such defects can disrupt or deflect the beam path of the electromagnetic radiation transmitted by the sensor or the environment and thus impair the function of the sensor.
  • a net part can only be coated on one side with great difficulty; the The painting robot arm or the painting nozzle would have to be moved along the flow edge of the net part with the greatest precision in order to prevent the paint from spreading to the back/inside.
  • This is not possible in practice and it is to be expected that the paint will "spill over" and that numerous paint runs will form on the back/inside, which represent an immediate reason for rejecting the cover.
  • a one-sided coating with a scratch-resistant coating may be desirable, since only the surface forming the outside of the cover has to be protected with a scratch-resistant coating.
  • the inside (in the installed position, for example in a vehicle) of the cover is usually enclosed; the inside surface may instead have a beneficial anti-reflection (AR) coating to minimize photon loss or transmission reduction.
  • AR anti-reflection
  • an anti-fog (anti-fog) coating can be placed on the inside surface of the cover, which prevents fogging of the cover on the inside.
  • Both thermally curing one- or two-layer systems based on polysiloxanes and UV-curing systems based on acrylates can be used as an anti-scratch coating (hard coat).
  • the fully cured lacquer layers typically have a layer thickness of 0.4 ⁇ m to 4.0 ⁇ m for the so-called primer layer, or 2.0 ⁇ m to 15 ⁇ m for the so-called hard coat layer.
  • the layer thickness of a UV-curing hard coat usually consists of a single-layer system and is typically from 5.0 ⁇ m to 20.0 ⁇ m.
  • 2-component reactive PUR systems with a self-healing effect can also be applied to the cover. Such systems can, for example, be applied using the InMold process and often have a layer thickness of 250 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the inside and outside of the cover for example made of polycarbonate (PC) each have only one coating selected from an anti-scratch coating, an anti-fog coating or an anti-reflection coating.
  • PC polycarbonate
  • Another aspect of the invention includes a cover made by the method of the invention.
  • the cover according to the invention forms the outer visible surface of a sensor module and in particular a vehicle sensor module and protects both the (optical) sensors such as a camera or LiDaR sensors and also the associated electronics from environmental influences. This includes not only precipitation and wind, but also UV radiation and other disruptive influences.
  • the surface of the coating on the base body or the coating-free surface of the base body preferably forms the outer surface of the sensor module.
  • the cover according to the invention is transparent to light in the visible range (-380-780 nm). This ensures optimal operation, in particular of a camera or a rain sensor, light sensor, backlight sensor or sensor module working in the visible range. This area is therefore preferably transparent in order not to produce any color changes and color distortions.
  • transparent means having a transmission of more than 70%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90% and in particular more than 95%.
  • the cover according to the invention is transparent to light with wavelengths in the IR range, and in particular of the LiDaR operating range.
  • LiDaR sensors generally operate in a wavelength range of 800-1100nm, specifically around 905nm, which belongs to the near-infrared spectrum.
  • Other sensors such as IR-operating rain sensors or distance sensors, also work in the same way in this area.
  • cover is opaque or black when viewed from the outside. As a result, light in the visible range for the IR sensor can be masked out, and good operational reliability and accuracy of the IR sensor, in particular the LiDaR sensor, is ensured.
  • the cover according to the invention is advantageously dimensioned and positioned in such a way that it covers at least the entire beam path of the sensors.
  • the wave front error (wave front error) is less than 75 prad in all see-through zones of the cover (ie in particular also in the corners).
  • the wavefront error describes the absolute difference between an averaged transmitted wavefront a receive range minus an average transmitted wavefront through a transmit range: ⁇ TWS RX ) - ⁇ TWS TX ) ⁇ , where TWSR X is the mean transmitted wavefront of the receive aperture and TWSyx is the mean transmitted wavefront of the transmitted beam in the TX region.
  • the wave front error thus indicates a measure of the deviation of a specific optic from an ideal one.
  • the cover according to the invention can have very different shapes and designs and can even be shaped in such a way that it is integrated into existing add-on parts or replaces them.
  • add-on parts are A, B or C pillars or their panels, front panels, radiator grille or radiator panel, spoilers, rear panels or roof panels.
  • the cover according to the invention can preferably additionally have a film with a de-icing function.
  • Such films with a de-icing function are described, for example, in European patent EP 1438172 B1.
  • it is a thin polymer film, for example a polycarbonate film, which carries heating wires.
  • the film with the de-icing function can be integrated or applied in or on the cover according to the invention by means of film insert molding (FIM).
  • FIM film insert molding
  • a further aspect of the invention relates to a sensor module and in particular a vehicle sensor module which has a cover as described above as being according to the invention.
  • the sensor module according to the invention comprises at least one optical sensor, preferably an optical camera or a light detection and ranging sensor.
  • Another aspect of the invention includes the use of a cover according to the invention or a sensor module according to the invention in an Advanced Driver Assist System, preferably for systems with optical cameras, mid-range and long Range radar systems, ultrasonic sensors, rain sensors, daylight sensors, backlight sensors and/or light detection and ranging sensors.
  • an Advanced Driver Assist System preferably for systems with optical cameras, mid-range and long Range radar systems, ultrasonic sensors, rain sensors, daylight sensors, backlight sensors and/or light detection and ranging sensors.
  • Fig. 1A is a schematic cross-sectional view of a
  • Fig. 1B shows a schematic top view of a base body according to the prior art according to Fig. 1A
  • FIG. 1C shows a schematic cross-sectional representation of a cover according to the prior art with paintwork irritations and a so-called fat edge according to FIG. 1B,
  • FIG. 2A shows a schematic cross-sectional representation of an exemplary embodiment of the flow coating process according to the invention of a base body according to the invention for producing a cover according to the invention
  • FIG. 2B shows a schematic top view of a base body according to the invention for producing a cover according to the invention according to FIG. 2B
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a base body according to the invention for the production of six covers according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a cover according to the invention with an additional heating element and busbars, and
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the various steps of the method according to the invention for producing a cover according to the invention.
  • 1A schematically shows the flow coating process of a base body 3 for producing a cover 1 according to the prior art in a cross-sectional representation.
  • the base body 3 consists, for example, of a transparent polymer material produced by means of an injection molding process, for example of polycarbonate.
  • the base body 3 can have different sizes and shapes. It can preferably be flat/planar, curved in one or two dimensions, or designed as a section of a cylinder. The representation chosen in the figures as a flat plate is not intended to limit the invention in any way.
  • the base body 3 is coated with a coating 5 (coating of paint) with the aid of a painting robot.
  • the coating 5 is, for example, an anti-scratch coating.
  • the painting robot applies a paint 15 via a painting nozzle on a painting robot arm 14 to form the coating 5 on the upper edge of the base body 3.
  • the surface 10 of the base body 3 to be coated has a so-called painting angle a (alpha) of, for example, 45° to the horizontal.
  • a large part of the paint 15 flows along the upper side 10 of the base body 3 and forms a coating 5 on the base body 3.
  • the flooding area 21 and the dripping area 22 of the paint 15 are shown in FIG. 1A.
  • a paint wrap-around 16 on the back is shown, i.e. the paint 15 flows over the upper edge of the base body 3 onto the side facing away from the surface 10 and remains there or drips off there.
  • FIG. 1B shows a schematic top view of the surface 10 of a base body 3 which is produced with a coating 5 by the flow coating according to FIG. 1A. 1B also shows the so-called (fan) sprue 13, in which the polymer material is injected into the injection mold. This is usually removed before or after coating using the flow coating process.
  • Fig. 1C shows a schematic cross-sectional representation of a cover 1 according to the prior art according to Fig. 1B.
  • cover 1 or a base body 3 is shown in FIGS. 1A-C.
  • the dimensions of cover 1 here for example a rectangular shape with a length a and a width b) the dimensions of the base body 3.
  • Fig. 2A shows a schematic cross-sectional representation of an exemplary embodiment of a flow coating process according to the invention of a base body 3 according to the invention for producing a cover 1 according to the invention.
  • FIG. 2B shows a schematic plan view of the surface 10 of a base body 3 according to the invention for producing a cover 1 according to the invention as shown in FIG. 2A.
  • a polymer material can be selected for the base body 3 that has high mechanical stability, high impact strength, very good resistance to environmental influences such as UV light and weathering.
  • the base body 3 consists here, for example, of a transparent polymer material produced by means of an injection molding process, for example of polycarbonate.
  • the base body 3 can also consist of other polymer materials.
  • the base body 3 can have several sections with different polymer materials and thus different physical and in particular optical properties.
  • the base body 3 can have different sizes and shapes. It can preferably be flat/planar, curved in one or two dimensions, or designed as a section of a cylinder. The representation chosen in the figures as a flat plate is not intended to limit the invention in any way.
  • the material strength (thickness) D of the cover 1 is, for example, in the range of 1 to 4 mm, preferably 1.5 to 3.5 mm.
  • the base body 3 is coated with a coating 5 (coating of paint) with the aid of a painting robot.
  • the coating 5 is, for example, an anti-scratch coating.
  • the painting robot uses a painting nozzle on a painting robot arm 14 to apply paint 15 to form the coating 5 on a flooding area 21 on the upper edge of the base body 3.
  • the surface 10 of the base body 3 to be coated has a so-called painting angle a (alpha) of 45°, for example opposite the horizontal. Since the flooding area 21 lies on the surface 10 of the base body 3, the entire paint 15 flows along the top side 10 of the base body 3 and forms a coating 5 on the base body 3 occurs according to the state of the art can be avoided.
  • FIG. 2B shows a schematic top view of the surface 10 of a base body 3 which is produced with a coating 5 by the flow coating according to FIG. 2A. 2B also shows the so-called (fan) sprue 13, in which the polymer material is injected into the injection mold.
  • the base body 3 shown in FIGS. 2A and 2B as gross part (II) has an oversize with dimensions c*d, from which a cover 1 with dimensions a*b can be removed as net part (I).
  • the cover 1 is therefore removed from the optically good area 11 of the base body 3 .
  • the distance v of the area of the cover 1 to the outer edge of the base body 3 is dimensioned sufficiently to ensure a high optical quality of the cover 1 .
  • the cover 1 is separated from the base body 3 by milling. Since the area of the cover 3 is coated with a particularly homogeneous coating 5 without paint defects, thin paint or paintwork irritations 17 and without a greasy edge 18, a cover 1 with particularly good optical properties is created, which satisfies the special requirements of modern driver assistance systems.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the surface 10 of a base body 3 according to the invention for the production of six according to the invention Covers 1.
  • FIGS. 2A and 2B show the details of the manufacturing process, so that only the differences are discussed here.
  • the base body 3, ie the gross part (III), has the dimensions c*d, which are larger than the area, which here includes, for example, six covers 1 in two columns, each with three rows. By cutting off, six covers 1 with particularly good optical properties can be produced. At the same time, the waste per cover is significantly reduced since the common edge areas are reduced.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a cover 1 according to the invention with an additional heating element.
  • the cover 1 has a film, for example a polycarbonate film, on which heating wires 20 and two busbars 19 are arranged, for example.
  • the heating wires 20 and the busbars 19 are, for example, first applied to the polycarbonate film and then connected to the base body 3 by film injection molding.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the various steps of the method according to the invention for producing a cover according to the invention, wherein
  • a base body 3 with larger dimensions than at least one cover 1 is provided,
  • a coating 5 is arranged by a flow coating method on at least one, preferably precisely one, surface 10 of the base body 3, and

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung (1) für ein Sensormodul und insbesondere für ein Fahrzeugsensormodul, wobei in der angegebenen Reihenfolge: a) ein Grundkörper (3) mit größeren Abmessungen als mindestens eine Abdeckung (1) bereitgestellt wird, b) eine Beschichtung (5) durch ein Flutbeschichtungsverfahren auf mindestens einer, bevorzugt genau einer, Oberfläche (10) des Grundkörpers (3) angeordnet wird, c) die Abdeckung (1) aus einem inneren Bereich des Grundkörpers (3) herausgetrennt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung für ein Sensormodul
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Fahrzeugsensortechnik und betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung für ein Sensormodul und insbesondere für ein Fahrzeugsensormodul mit besonders guten optischen Eigenschaften.
Heutige und insbesondere zukünftige Ober- und Mittelklassefahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, siehe beispielsweise US 2019/0169068 A1 oder US 2021/0384622 A1 . Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, Mid-Range und Long-Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren, Regensensoren, Tageslichtsensoren, Gegenlichtsensoren und Light Detection and Ranging (LiDaR). Diese Systeme lassen sich auch unter dem Begriff ADAS (Advanced Driver Assist Systems) zusammenfassen. Sie dienen in aller Regel der Verkehrsüberwachung und können beispielsweise Straßenschilder erkennen oder die Position und Geschwindigkeit von Objekten außerhalb des Fahrzeugs, wie andere Verkehrsteilnehmer oder auf der Fahrbahn befindliche Hindernisse, bestimmen. Derzeit werden zu diesem Zweck vorwiegend optische Kameras oder Radarsysteme eingesetzt.
So beschreibt die US 2019/0169068 A1 eine Windschutzscheibe mit einer Kamera und einem Radarsystem, wobei auf einem kleinen Abschnitt der Innenseite der Windschutzscheibe eine Antibeschlagfolie aufgebracht ist.
Die Verwendung von Kameras hat den Nachteil, dass die Objekterkennung stark von äußeren Umwelteinflüssen abhängt, insbesondere den jeweils vorliegenden Licht- und Witterungsverhältnissen. Die Verwendung von Radarsystemen zur Verkehrsüberwachung ist nahezu unabhängig von Licht- und Witterungsverhältnissen, jedoch ist die Präzision der Radarsysteme derzeit nicht ausreichend für eine ordnungsgemäße Objekterkennung. In dieser Hinsicht vorteilhaft haben sich LiDaR (Light Detection and Ranging)-Systeme erwiesen, bei denen mittels Laserpulse mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich die Umgebung punktweise abgetastet und ein Abbild der Umgebung erstellt wird. Der Abstand eines Objekts wird über eine Laufzeitmessung der vom LiDaR-Sensor emittierten und vom Objekt reflektierten Laserpulse bestimmt. Aufgrund der hohen Präzision bei der Objekterkennung und der geringen Abhängigkeit von Licht- und Witterungsverhältnissen sind LiDaR-Systeme gut geeignet, bisherige Sensorsysteme zu ergänzen. An manchen Fahrzeugen sind bereits jetzt gleich mehrere dieser Systeme verbaut, und es ist davon auszugehen, dass die Anzahl noch steigen wird.
Die ADAS-Systeme müssen im Fährbetrieb vor Umwelteinflüssen und einer Vielzahl mechanischer und klimatischer Belastungen geschützt werden. Es ist daher unerlässlich, dass die entsprechenden Sensoren mit einer Abdeckung zum Schutz vor Umwelteinflüssen versehen werden, da die Systeme sonst nicht ordnungsgemäß arbeiten können. Dabei sind an die Abdeckungen spezielle Anforderungen hinsichtlich Durchlässigkeit von elektromagnetischen Wellen gestellt. So muss eine Abdeckung für eine Schwarz/Weiß- oder RGB-Kamera eine möglichst hohe Transmission im visuellen Lichtspektrum von -380 - 780nm aufweisen, wohingegen eine LiDaR-Abdeckung eine möglichst hohe Transmission im nahen Infrarotbereich (bei den meisten LiDaRs etwa 905nm) aufweisen sollte. Abdeckungen für ADAS-Systeme sind beispielsweise aus der WO 2020/148185 A1 bekannt.
Typischerweise werden derartige Abdeckungen aus transparenten Polymerkörper hergestellt, beispielsweise in einen Spritzguss- oder Spritzprägeverfahren. Die Abdeckungen werden beispielsweise mit einem kratzfesten und witterungsstabilen Verschleißschutzlack oder einer Antireflexbeschichtung versehen. Geeignete Materialien für die Kratzfestbeschichtung bzw. die Antireflexionsbeschichtung sind dem Fachmann bekannt. Weiterhin sind verschiedene Methoden bekannt, um derartige Beschichtungen auf Kunststoffartikeln herzustellen. Diese Systeme können beispielsweise über Tauchverfahren, Spincoating, Sprühverfahren oder eine Flutbeschichtung, bevorzugt über Tauch- oder Flutbeschichtungsverfahren, aufgebracht werden.
Neben einer ausreichend guten Durchlässigkeit für die elektromagnetische Strahlung des jeweiligen hinter der Abdeckung verbauten Sensors, ist eine besonders hohe optische Qualität der Abdeckung notwendig. Da typische Sensormodule und deren Abdeckungen sehr klein sind, ist eine besonders hohe optische Qualität über einen möglichst großen Bereich der Abdeckung wünschenswert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung von Abdeckungen für Sensormodule bereit zu stellen, wobei die hergestellten Abdeckungen über einen großen Bereich eine hohe optische Qualität aufweisen. Außerdem soll sowohl ein sehr guter Schutz der Sensormodule gegenüber Umwelteinflüssen als auch eine gute Durchlässigkeit in den jeweiligen Wellenlängenbereichen der operierenden Sensoren durch die Abdeckung gegeben sein.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung von Abdeckungen für Sensormodule und insbesondere für Fahrzeugsensormodule gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung für ein Sensormodul und insbesondere für ein Fahrzeugsensormodul wird zunächst ein Grundkörper (im Folgenden auch Bruttoteil genannt) mit größeren Abmessungen als mindestens eine Abdeckung (im Folgenden auch Nettoteil genannt) bereitgestellt.
Anschließend wird eine Beschichtung durch ein Flutbeschichtungsverfahren auf mindestens einer, bevorzugt genau einer, Oberfläche des Grundkörpers angeordnet.
Anschließend wird die Abdeckung aus einem inneren Bereich des Grundkörpers herausgetrennt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit aus der Fertigung eines Grundkörpers als Bruttoteil mit Übermaß, aus welchem eine oder mehrere Abdeckungen (Nettoteile) aus Bereichen entnommen werden können, die eine optimale optische Qualität aufweisen. Speziell bedeutet dies, dass die Nettoteile aus beschichteten Körpern oder Platten herausgefräst oder herausgeschnitten werden, wobei Kantenbereiche mit etwaigen Spannungen, Verzug, Magerlackstellen oder Fettkanten verworfen werden. Die Abdeckung kann verschiedene Größen und Formen aufweisen, sie kann bevorzugt flach/planar, ein- oder zweidimensional gekrümmt oder als Zylinderausschnitt ausgeführt sein. Der Grundkörper bzw. die Abdeckung weist vorteilhafterweise eine große Ausdehnung in zwei Richtungen (Länge c bzw. a, Breite d bzw. b) auf, die viel größer sind als die Materialstärke D der Abdeckung. Die Oberfläche des Grundkörpers bezieht sich somit vorteilhafterweise auf die Oberfläche des Grundkörpers welche durch die großen Dimensionen (Länge, Breite) aufgespannt wird. Der innere Bereich des Grundkörpers bezieht sich vorteilhafterweise auf die Oberfläche des Grundkörpers welche durch die großen Dimensionen (Länge, Breite) aufgespannt wird. Der innere Bereich des Grundkörpers liegt somit innerhalb dieser Fläche. Die Materialstärke D des Grundkörpers liegt vorteilhafterweise im Bereich von 1 mm bis 4 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 3,5 mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Grundkörper im ersten Verfahrensschritt (Schritt (a)) durch ein Spritzgussverfahren oder durch ein Spritzprägeverfahren hergestellt. Das Spritzprägen ist eine Weiterentwicklung des Spritzgießens zur Herstellung hochgenauer oder sehr großer Bauteile aus Kunststoff und ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Dabei wird die Kunststoffschmelze als sogenannter Massekuchen in das praktisch drucklose, nicht völlig geschlossene Werkzeug eingespritzt. Das Werkzeug wird erst während des Erstarrungsvorganges komplett geschlossen. Der sich dadurch gleichmäßig aufbauende Schließdruck sorgt für die endgültige Ausformung des Formteiles. Spritzprägen liefert bei vielen Kunststoffen Formteile mit sehr guter Oberfläche, geringer mechanischer Anisotropie und geringen Eigenspannungen. Ferner wird die benötigte Schließkraft reduziert, so dass auf einer gegebenen Maschine größere Bauteile hergestellt bzw. für ein gegebenes Bauteil eine kleinere Maschine verwendet werden kann.
Der Grundkörper und damit auch die Abdeckung bestehen zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, aus einem Polymermaterial und bevorzugt aus einem transparenten Polymermaterial. Das Polymermaterial enthält oder besteht vorteilhafterweise aus Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol- Acrylnitril (SAN), Polyethylenterephthalat (PET) und / oder Copolymere oder Gemische davon. In einer bevorzugten Ausführung (beispielsweise für LiDaR-Sensoren) kann das Polymermaterial mit speziellen Farbstoffen eingefärbt werden, die im visuellen Spektrum schwarz erscheinen, im für den LiDaR-Sensor relevanten Wellenlängenbereich von 905 nm bzw. 1550 nm jedoch durchlässig sind.
Es versteht sich, dass ein Grundkörper auch aus mehreren Abschnitte mit unterschiedlichen Polymermaterialien und dadurch unterschiedlichen physikalischen und insbesondere optischen Eigenschaften ausgebildet sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abdeckung mit einem Abstand v zur äußeren Umrandung des Grundkörpers von mindestens 0,5 cm, bevorzugt von mindestens 1 cm, besonders bevorzugt von 1 cm bis 3 cm und insbesondere von 1 cm bis 2 cm herausgetrennt wird. Derartige Abstände genügen, um einen optisch hochwertigen Bereich des Grundkörpers abzutrennen, so dass eine Abdeckung mit besonders guten optischen Eigenschaften hergestellt werden kann. Insbesondere kann so bei dem erfindungsgemäßen Grundkörper (Bruttoteil) genügend Anflutbereich und Abtropfbereich vorgelegt werden, welche später abgetrennt werden, um so einen Lackumgriff auf die Rück-/Innenseite der Abdeckung zu verhindern bzw. Fettkanten auszuschließen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Abdeckung im dritten Verfahrensschritt (Schritt (c)) aus dem Grundkörper herausgeschnitten, bevorzugt durch Laserstrahlschneiden oder Wasserstrahlschneiden, oder herausgesägt. Alternativ kann die Abdeckung durch Fräsen aus dem Grundkörper herausgetrennt werden. Das Fräsen der Abdeckung aus dem Grundkörper erfolgt bevorzugt mit einem Fräskopf mit C-Profil. Auf diese Weise kann eine abgerundete, ästhetisch ansprechende Kante der Abdeckung hergestellt werden. Der Kantenradius R beträgt dabei üblicherweise größer oder gleich der halben Materialstärke D der Abdeckung (R > 1 D).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abdeckung aus einem Grundkörper abgetrennt. Bevorzugt werden mehr als eine, besonders bevorzugt zwei, vier, sechs oder acht Abdeckungen aus einem einzigen Grundkörper. Dadurch lassen Verluste durch Verschnitt reduzieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im zweiten Verfahrensschritt (Schritt (b)) eine Beschichtung auf dem Grundkörper angeordnet. Die Beschichtung besteht vorteilhafterweise aus einer Beschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit (Antikratzbeschichtung), einer Antibeschlagbeschichtung (Antifog-Beschichtung) und/oder einer Antireflexbeschichtung.
Beschichtungen zur Erhöhung der Kratzfestigkeit bestehen aus einem kratzfesten und witterungsstabilen Verschleißschutzlack, einem sogenannten Hardcoat, der die Abdeckung vor Umwelteinflüssen schützen soll. Hierzu können sowohl thermisch härtende Lacksysteme auf Basis von Polysiloxanen, UV-härtende Lacksysteme auf Basis von Acrylaten bzw. Methacrylaten, als auch Lacksysteme auf Basis von Polyurethanen zum Einsatz kommen.
Derartige Beschichtungen können mittels Flut-, Sprüh- oder Inmould Coating- Verfahren aufgebracht werden. Die Beschichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch ein Flutbeschichtungsverfahren, welches eine optimale Oberflächengüte gewährleistet. Bei der Flutbeschichtung wird bevorzugt an der oberen Kante des Bauteils (hier des Grundkörpers) ein kontinuierlicher Lackstrom angelegt, wobei das Bauteil dabei in einem bestimmten Winkel zwischen 0° und 90° zur Horizontalen auf einer Halterung fixiert ist. Der Lack läuft über die Werkstückoberfläche und bildet dort einen Lackfilm aus. Die Applikation übernimmt vorteilhafterweise ein Roboter mit Lackierdüse, der ein an die jeweilige Werkstückgeometrie angepasstes Programm abfährt und die Innen- und / oder Außenseite des Werkstücks beschichtet. Überschüssiger Lack tropft vom Bauteil und wird wieder in den Lackkreislauf zurückgeführt.
Die Ausbildung des Lackfilms im Flutbeschichtungsprozess ist vorwiegend schwerkraftgetrieben. Anders als beispielsweise bei der Sprühlackierung, bei welcher der Lackfilm nach wenigen Sekunden zum Stehen kommt, bleibt die Fließdynamik im Flutbeschichtungsprozess über einen längeren Zeitraum erhalten und muss hinsichtlich der Bauteilgeometrie störungsfrei gewährleistet sein. So darf das Bauteil z.B. keine schöpfenden Elemente oder zu kleine Radien (scharfe Kanten) aufweisen.
Einen kritischen Bereich hinsichtlich des Lackverlaufs stellen auch beim erfindungsgemäßen Verfahren die Bauteilkanten dar, insbesondere im Anflut- und Abtropfbereich des Bauteils. Der Anflutbereich ist der obere Bereich des Bauteils in Bezug auf seine Position auf der Bauteilhalterung (Lackiergestell), an welchem der Lackstrom über eine Lackierdüse beaufschlagt wird. Der Abtropfbereich ist dementsprechend die untere Bauteilkante, über die der Lack abtropft. An der Anflutkante kann oftmals eine geforderte Schichtdicke der Beschichtung nicht erreicht werden oder es bilden sich sogenannte Lackgardinen aufgrund einer nicht perfekt ausgestalteten Anflutkante. An der Abtropfkante bilden sich in der Regel sogenannte Fettkanten. Dabei handelt es sich um übermäßigen Lackaufbau mit sichtbarer Wulstbildung. Auch an relativ zur Lackierposition vertikalen Bauteilkanten können Fehlstellen auftreten. Derartige Fehlstellen können den Strahlengang der von dem Sensor oder der Umgebung transmittierten elektromagnetischen Strahlung stören bzw. ablenken und damit die Funktion des Sensors beeinträchtigen.
Hier zeigt sich der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die ungünstigen Bereiche durch Abfräsen oder Abscheiden vom Grundkörper (dem Bruttoteil) entfernt werden.
Durch die Fertigung mit einem Brutto- und einem Nettoteil ergibt sich ein weiterer Vorteil. Ein Nettoteil kann nur sehr schwierig einseitig beschichtet werden; der Lackierroboterarm bzw. die Lackierdüse müsste dazu mit höchster Präzision an der Anflutkante des Nettoteils entlanggefahren werden, um einen Umgriff des Lacks auf die Rück-/ Innenseite zu verhindern. In der Praxis ist dies erfahrungsgemäß nicht möglich und es ist mit einem „Überschwappen“ des Lacks und der Ausbildung zahlreicher Lackläufer auf der Rück-/Innenseite zu rechnen, welche einen sofortigen Ausschussgrund für die Abdeckung darstellen. Eine einseitige Beschichtung mit einer kratzfesten Beschichtung (Hardcoat) kann jedoch erwünscht sein, da lediglich die die Außenseite der Abdeckung bildende Fläche mit einem kratzfesten Beschichtung geschützt werden muss. Die Innenseite (in Einbaulage, z.B. in einem Fahrzeug) der Abdeckung ist in der Regel eingehaust; die Fläche der Innenseite kann stattdessen eine vorteilhafte Antireflexbeschichtung (AR) tragen, um einen Verlust an Photonen bzw. eine Verringerung der Transmission zu minimieren. Alternativ kann eine Antibeschlagbeschichtung (Antifog-Beschichtung) auf der innenseitigen Oberfläche der Abdeckung angeordnet werden, welche einen Beschlag der Abdeckung auf der Innenseite verhindert.
Als Antikratzbeschichtung (Hardcoat) können sowohl thermisch härtende Ein- oder Zweischichtsysteme auf Basis von Polysiloxanen als auch UV-härtende Systeme auf Basis von Acrylaten zum Einsatz kommen. Die fertig ausgehärteten Lackschichten weisen im Falle eines thermisch härtenden Systems typischerweise Schichtdicken von 0,4 pm bis 4,0 pm für die sogenannte Primerschicht, bzw. 2,0 pm bis 15 pm für die sogenannte Hardcoatschicht auf. Die Schichtdicke eines UV-härtenden Hardcoats besteht zumeist aus einem Einschichtsystem und beträgt typischerweise von 5,0 pm bis 20,0 pm. Alternativ können auch 2-komponentige reaktive PUR-Systeme mit Selbstheilungseffekt auf der Abdeckung aufgetragen werden. Solche Systeme können z.B. im InMold-Verfahren aufgetragen werden und weisen nicht selten Schichtdicken von 250 pm bis 1000 pm auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens tragen die Innen- und Außenseite der Abdeckung, beispielsweise aus Polycarbonat (PC) jeweils nur eine Beschichtung ausgewählt aus Antikratzbeschichtung, Antibeschlagbeschichtung oder Antireflexbeschichtung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine Abdeckung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Die erfindungsgemäße Abdeckung bildet die äußere sichtbare Oberfläche eines Sensormoduls und insbesondere eines Fahrzeugsensormoduls und schützt sowohl die (optischen) Sensoren wie zum Beispiel eine Kamera oder LiDaR-Sensoren und auch die dazugehörende Elektronik vor Umwelteinflüssen. Hierzu zählen nicht nur Niederschläge und Fahrtwind, sondern auch UV-Strahlung und andere störende Einflüsse. Dabei bildet bevorzugt die Oberfläche der Beschichtung auf dem Grundkörper oder die Beschichtungs-freie Oberfläche des Grundkörpers die äußere Oberfläche des Sensormoduls.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Abdeckung transparent für Licht des sichtbaren Bereichs (-380 - 780nm). Damit wird ein optimaler Betrieb insbesondere einer Kamera oder eines im sichtbaren Bereich arbeitenden Regensensors, Lichtsensors, Gegenlichtsensors, eines Sensormoduls sichergestellt. Dieser Bereich ist somit bevorzugt transparent, um keine Farbveränderungen und Farbverzerrungen zu erzeugen.
Transparent bedeutet dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Transmission vom mehr als 70%, bevorzugt mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90% und insbesondere mehr als 95% aufweisend.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Abdeckung transparent für Licht mit Wellenlängen im IR-Bereich, und insbesondere des LiDaR- Operationsbereichs. LiDaR-Sensoren operieren im Allgemeinen in einem Wellenlängenbereich von 800 - 1100nm, insbesondere bei etwa 905nm, was dem nahen Infrarot-Spektrum zugehörig ist. Gleichermaßen arbeiten auch andere Sensoren wie zum Beispiel IR-operierende Regensensoren oder Abstandssensoren in diesem Bereich. Bevorzugt ist Abdeckung in der äußeren Ansicht opak oder schwarz. Hierdurch kann Licht des sichtbaren Bereichs für den IR-Sensor ausgeblendet werden, und eine gute Operationssicherheit und -genauigkeit des IR-Sensors, insbesondere des LiDaR- Sensors, wird sichergestellt.
Die erfindungsgemäße Abdeckung ist vorteilhafterweise derart dimensioniert und positioniert, dass sie mindestens den gesamten Strahlengang der Sensoren abdeckt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abdeckung beträgt der Wellenfrontfehler (Wave Front Error) in allen Durchsichtzonen der Abdeckung (also insbesondere auch in den Ecken) kleiner 75 prad. Der Wellenfrontfehler beschreibt die betragsmäßige Differenz zwischen einer gemittelten transmittierten Wellenfront durch einen Empfangsbereich abzüglich einer gemittelten transmittierten Wellenfront durch einen Sendebereich an: \{TWSRX) - {TWSTX)\, wobei TWSRX die mittlere transmittierte Wellenfront der Empfangsapertur und TWSyx die mittlere transmittierte Wellenfront des gesendeten Strahls im Bereich TX darstellt. Der Wave Front Error gibt somit ein Maß an für die Abweichung einer konkreten Optik von einer idealen.
Die erfindungsgemäße Abdeckung kann ganz verschiedene Formen und Designs haben und kann sogar derart geformt sein, dass sie in bestehende Anbauteile integriert wird oder diese ersetzt. Beispiele für solche Anbauteile sind A-, B- oder C-Säulen bzw. deren Blenden, Frontblenden, Kühlergrill bzw. Kühlerblende, Spoiler, Heckblenden oder Dachblenden.
Die erfindungsgemäße Abdeckung kann bevorzugt zusätzlich eine Folie mit einer Enteisungsfunktion aufweisen.
Solche Folien mit einer Enteisungsfunktion sind beispielsweise in dem europäischen Patent EP 1438172 B1 beschrieben. Im Allgemeinen handelt es sich um eine dünne Polymerfolie, beispielsweise eine Polycarbonatfolie, welche Heizdrähte trägt. Die Folie mit Enteisungsfunktion kann in bzw. auf die erfindungsgemäße Abdeckung mittels Folieninsert Molding (FIM) integriert bzw. aufgebracht werden.
Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Sensorfunktionen auch im Winter durch Vereisung oder durch Beschlagen nicht wesentlich negativ beeinträchtigt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensormodul und insbesondere ein Fahrzeugsensormodul, welches eine wie vorstehend als erfindungsgemäß beschriebene Abdeckung aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Sensormodul, mindestens einen optischen Sensor, bevorzugt eine optische Kamera oder einen Light Detection and Ranging-Sensor.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können bevorzugte Ausführungsformen, die für einzelne Merkmale genannt sind, auch frei miteinander kombiniert werden, sofern diese nicht widersprüchlich sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung einer erfindungsgemäßen Abdeckung oder eines erfindungsgemäßen Sensormoduls in einem Advanced Driver Assist System, bevorzugt für Systeme mit optische Kameras, Mid-Range und Long- Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren, Regensensoren, Tageslichtsensoren, Gegenlichtsensoren und/oder Light Detection and Ranging-Sensoren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1A eine schematische Querschnittsdarstellung eines
Flutbeschichtungsprozesses eines Grundkörpers einer Abdeckung nach dem Stand der Technik,
Fig. 1 B eine schematische Draufsicht auf einen Grundkörper nach dem Stand der Technik nach Fig. 1A,
Fig. 1 C eine schematische Querschnittsdarstellung einer Abdeckung nach dem Stand der Technik mit Lackirritationen und sogenannter Fettkante nach Fig. 1 B,
Fig. 2A eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des Flutbeschichtungsprozesses eines erfindungsgemäßen Grundkörpers zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung,
Fig. 2B eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Grundkörper zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung nach Fig. 2B,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Grundkörper zur Herstellung von sechs erfindungsgemäßen Abdeckungen,
Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abdeckung mit zusätzlichem Heizelement und Stromsammelschienen, und
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung. Fig. 1A zeigt schematisch den Flutbeschichtungsprozess eines Grundkörpers 3 zur Herstellung einer Abdeckung 1 nach dem Stand der Technik in einer Querschnittsdarstellung.
Der Grundkörper 3 besteht beispielsweis aus einem mittels Spritzgussverfahren hergestellten transparenten Polymermaterial, beispielsweise aus Polycarbonat.
Der Grundkörper 3 kann verschiedene Größen und Formen aufweisen. Er kann bevorzugt flach/planar, ein- oder zweidimensional gekrümmt oder als Zylinderausschnitt ausgeführt sein. Die in den Figuren gewählte Darstellung als flache Platte soll die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Der Grundkörper 3 wird mit Hilfe eines Lackierroboter mit einer Beschichtung 5 (Lackschicht) beschichtet. Die Beschichtung 5 ist beispielsweise eine Antikratzbeschichtung.
Dazu appliziert der Lackierroboter über eine Lackierdüse an einem Lackierroboterarm 14 einen Lack 15 zur Ausbildung der Beschichtung 5 auf die Oberkante des Grundkörpers 3. Die zu beschichtende Oberfläche 10 des Grundkörpers 3 hat einen sogenannten Lackierwinkel a (alpha) von beispielsweise 45° gegenüber der Horizontalen. Ein Großteil des Lacks 15 fließt auf der Oberseite 10 des Grundkörpers 3 entlang und bildet eine Beschichtung 5 auf dem Grundkörper 3. In Fig. 1A sind der Anflutbereich 21 sowie der Abtropfbereich 22 des Lacks 15 dargestellt.
Des Weiteren ist ein rückseitiger Lackumgriff 16 dargestellt, d.h. der Lack 15 fließt über die Oberkante des Grundkörpers 3 auf die der Oberfläche 10 abgewandte Seite und verbleibt dort oder tropft dort ab.
Fig. 1 B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberfläche 10 eines Grundkörpers 3, der mit einer Beschichtung 5 durch die Flutbeschichtung nach Fig. 1A hergestellt ist. Fig. 1 B zeigt noch den sogenannten (Fächer-)Anguss 13, in dem das Polymermaterial in die Spritzgussform eingespritzt wird. Dieses wird üblicherweise vor oder nach der Beschichtung im Flutbeschichtungsverfahren entfernt.
Fig. 1C zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Abdeckung 1 nach dem Stand der Technik nach Fig. 1 B.
In den Fig. 1A-C ist eine Abdeckung 1 bzw. ein Grundkörper 3 nach dem Stand der Technik gezeigt. Dabei entsprechen die Abmessungen der Abdeckung 1 (hier beispielsweise eine Rechtecksform mit einer Länge a und einer Breite b) den Abmessungen des Grundkörpers 3.
In der Querschnittsdarstellung nach Fig. 1 C sind die üblichen Nachteile einer Abdeckung 1 , welche nach dem Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wird gezeigt. So finden sich an der Oberkante der Abdeckung 1 ein Bereich mit Magerlack bzw. Lackirritationen 17 und an der Unterkante der Abdeckung 1 ein Bereich mit einer Verdickung der Beschichtung 5, einer sogenannten Fettkante 18.
Sowohl die Lackirritationen 17, als auch die Fettkante 18 oder andere Dicken- oder Lackvariationen an den Seitenbereichen oder auf der der Oberfläche 10 abgewandten Fläche der Abdeckung 1 (hier nicht dargestellt) oder andere Lackfehlstellen führen zu optischen ungenügenden Bereichen 12, die hier einen inneren Bereich mit optisch guter Qualität 11 umgeben.
Fig. 2A zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Flutbeschichtungsprozesses eines erfindungsgemäßen Grundkörpers 3 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung 1.
Fig. 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberfläche 10 eines erfindungsgemäßen Grundkörpers 3 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung 1 nach Fig. 2A.
Für den Grundkörper 3 kann ein Polymermaterial ausgewählt werden, das eine hohe mechanische Stabilität, eine hohe Schlagzähigkeit, eine sehr gute Resistenz gegen Umwelteinflüsse wie UV-Licht und Witterungen aufweist. Der Grundkörper 3 besteht hier beispielsweis aus einem mittels Spritzgussverfahren hergestellten transparenten Polymermaterial, beispielsweise aus Polycarbonat.
Es versteht sich, dass der Grundkörper 3 auch aus anderen Polymermaterialien bestehen kann. Alternativ kann der Grundkörper 3 mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Polymermaterialien und dadurch unterschiedlichen physikalischen und insbesondere optischen Eigenschaften aufweisen.
Der Grundkörper 3 kann verschiedene Größen und Formen aufweisen. Er kann bevorzugt flach/planar, ein- oder zweidimensional gekrümmt oder als Zylinderausschnitt ausgeführt sein. Die in den Figuren gewählte Darstellung als flache Platte soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Materialstärke (Dicke) D der Abdeckung 1 liegt beispielsweise im Bereich von 1 bis 4 mm, bevorzugt 1 ,5 bis 3,5 mm.
Der Grundkörper 3 wird mit Hilfe eines Lackierroboter mit einer Beschichtung 5 (Lackschicht) beschichtet. Die Beschichtung 5 ist beispielsweise eine Antikratzbeschichtung.
Dazu appliziert der Lackierroboter über eine Lackierdüse an einem Lackierroboterarm 14 einen Lack 15 zur Ausbildung der Beschichtung 5 auf einen Anflutbereich 21 an der Oberkante des Grundkörpers 3. Die zu beschichtende Oberfläche 10 des Grundkörpers 3 hat einen sogenannten Lackierwinkel a (alpha) von beispielsweise 45° gegenüber der Horizontalen. Da der Anflutbereich 21 auf der Oberfläche 10 des Grundkörpers 3 liegt, fließt der gesamt Lack 15 auf der Oberseite 10 des Grundkörpers 3 entlang und bildet eine Beschichtung 5 auf dem Grundkörper 3. Ein rückseitiger Lackumgriff, wie er mit dem Bezugszeichen 16 in Fig. 1A nach dem Stand der Technik auftritt, kann dadurch vermieden werden.
Fig. 2B zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberfläche 10 eines Grundkörpers 3, der mit einer Beschichtung 5 durch die Flutbeschichtung nach Fig. 2A hergestellt ist. Fig. 2B zeigt zudem noch den sogenannten (Fächer-)Anguss 13, in dem das Polymermaterial in die Spritzgussform eingespritzt wird.
Der in den Fig. 2A und 2B dargestellte Grundkörper 3 als Bruttoteil (II) weist ein Übermaß mit den Maßen c * d auf, aus welchem eine Abdeckung 1 mit den Maßen a * b als Nettoteil (I) entnommen werden kann. Die Abdeckung 1 wird daher aus dem optisch guten Bereich 11 des Grundkörpers 3 entnommen. Der Abstand v des Bereichs der Abdeckung 1 zur äußeren Umrandung des Grundkörpers 3 ist ausreichend dimensioniert, um eine hohe optische Qualität der Abdeckung 1 zu gewährleisten.
Nach der Flutbeschichtung im zweiten Verfahrensschritt (b) wird die Abdeckung 1 durch Fräsen von dem Grundkörper 3 abgetrennt. Da der Bereich der Abdeckung 3 mit einer besonders homogenen Beschichtung 5 ohne Lackfehler, Magerlack oder Lackirritationen 17 und ohne Fettkante 18 beschichtet ist, entsteht eine Abdeckung 1 mit besonders guten optischen Eigenschaften, die den besonderen Anforderungen moderner Fahrassistenzsysteme genügt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Oberfläche 10 eines erfindungsgemäßen Grundkörpers 3 zur Herstellung von sechs erfindungsgemäßen Abdeckungen 1. Für die Details des Herstellungsverfahrens wird auf die Figuren 2A und 2B verwiesen, so dass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Der Grundkörper 3, also das Bruttoteil (III) weist die Maße c * d auf, die größer sind als der Bereich, der hier beispielsweise sechs Abdeckungen 1 in zwei Spalten mit jeweils drei Zeilen umfasst. Durch Abtrennen können sechs Abdeckungen 1 mit besonders guten optischen Eigenschaften hergestellt werden. Gleichzeitig ist der Verschnitt pro Abdeckung deutlich reduziert, da die gemeinsamen Randbereiche verringert sind.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abdeckung 1 mit zusätzlichem Heizelement. Dazu weist die Abdeckung 1 eine Folie auf, beispielsweise eine Polycarbonatfolie, an der beispielsweise Heizdrähte 20 und zwei Stromsammelschienen 19 angeordnet sind. Die Heizdrähte 20 und die Stromsammelschienen 19 werden beispielsweise zunächst auf die Polycarbonatfolie aufgebracht und anschließend durch Folienhinterspritzung mit dem Grundkörper 3 verbunden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Abdeckung, wobei
- in einem ersten Schritt S1 ein Grundkörper 3 mit größeren Abmessungen als mindestens eine Abdeckung 1 bereitgestellt wird,
- in einem zweiten Schritt S2 eine Beschichtung 5 durch ein Flutbeschichtungsverfahren auf mindestens einer, bevorzugt genau einer, Oberfläche 10 des Grundkörpers 3 angeordnet wird, und
- in einem dritten Schritt S3 die Abdeckung 1 aus einem inneren Bereich des Grundkörpers 3 herausgetrennt wird. Bezugszeichenliste
I Abdeckung
3 Grundkörper
5 Beschichtung
10 Oberfläche des Grundkörpers 3
I I Optisch guter Bereich
12 Optisch ungenügender Bereich
13 Anguss
14 Lackierroboterarm
15 Lack
16 umgegriffener Lack
17 Magerlack / Lackirritation
18 Fettkante
19 Busbar
20 Heizdraht
21 Anflutbereich
22 Abtropfbereich
I Nettoteil
II, III Bruttoteil a (alpha) Lackierwinkel a Länge der Abdeckung 1 b Breite der Abdeckung 1 c Länge des Grundkörpers 3 d Breite des Grundkörpers 3
D Dicke, Materialstärke v Abstand

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung einer Abdeckung (1) für ein Sensormodul und insbesondere für ein Fahrzeugsensormodul, wobei in der angegebenen Reihenfolge: a) ein Grundkörper (3) mit größeren Abmessungen als mindestens eine Abdeckung (1) bereitgestellt wird, b) eine Beschichtung (5) durch ein Flutbeschichtungsverfahren auf mindestens einer, bevorzugt genau einer, Oberfläche (10) des Grundkörpers (3) angeordnet wird, und c) die Abdeckung (1) aus einem inneren Bereich des Grundkörpers (3) mit einem Abstand v zu einer äußeren Umrandung des Grundkörpers (3) von mindestens 0,5 cm herausgetrennt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Abdeckung (1) mit einem Abstand v zur äußeren Umrandung des Grundkörpers (3) von mindestens 1 cm, bevorzugt von 1 cm bis 3 cm und insbesondere von 1 cm bis 2 cm herausgetrennt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Grundkörper (3) in Schritt a) durch ein Spritzgussverfahren oder bevorzugt durch ein Spritzprägeverfahren hergestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abdeckung (1) im Schritt c) aus dem Grundkörper (3) herausgeschnitten, bevorzugt durch Laserstrahlschneiden oder Wasserstrahlschneiden, gesägt oder gefräst wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine, bevorzugt mehr als eine, besonders bevorzugt zwei, vier, sechs oder acht Abdeckungen (1) aus dem Grundkörper (3) abgetrennt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Schritt b) als Beschichtung (5) eine Beschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, eine Antibeschlagbeschichtung und/oder eine Antireflexbeschichtung auf dem Grundkörper (3) angeordnet wird.
7. Abdeckung (1), hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abdeckung (1) zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, ein transparentes Polymermaterial enthält oder daraus besteht, bevorzugt ist das Polymermaterial Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol- Acrylnitril (SAN), Polyethylenterephthalat (PET) und / oder Copolymere oder Gemische davon.
8. Abdeckung (1) nach Anspruch 7, wobei die Abdeckung (1) transparent für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder im infraroten Wellenlängenbereich, bevorzugt im Wellenlängenbereich eines Light Detection and Ranging(LiDaR)-Sensors ist.
9. Abdeckung (1) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei ein Wave Front Error in allen Durchsichtzonen der Abdeckung (1) kleiner 75 prad beträgt.
10. Abdeckung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Abdeckung (1) zusätzlich eine Folie mit einer Enteisungsfunktion und bevorzugt mindestens einen Heizdraht (20) oder eine beheizbare elektrisch leitfähige Schicht, aufweist.
11 . Sensormodul, insbesondere Fahrzeugsensormodul, mindestens umfassend eine Abdeckung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und mindestens einen optischen Sensor, bevorzugt eine optische Kamera oder einen Light Detection and Ranging-Sensor.
12. Sensormodul nach Anspruch 11 , wobei ein Strahlengang des optischen Sensors zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig durch die Abdeckung (1) gerichtet ist.
13. Sensormodul nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Abdeckung (1) eine äußere sichtbare Oberfläche des Sensormoduls und insbesondere eines Fahrzeugsensormoduls ist und bevorzugt den optischen Sensoren vor Umwelteinflüssen schützt.
14. Fahrzeug aufweisend eine Abdeckung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 oder einem Sensormodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die 18
Abdeckung (1) oder das Sensormodul ein Teil von einem Anbauteil des Fahrzeugs oder ein vollständiges Anbauteil des Fahrzeugs ist. Verwendung einer Abdeckung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 oder eines Sensormodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13 in einem Advanced
Driver Assist System, bevorzugt für Systeme mit optische Kameras, Mid-Range und Long-Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren, Regensensoren, Tageslichtsensoren, Gegenlichtsensoren und/oder Light Detection and Ranging- Sensoren.
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