WO2020188093A1

WO2020188093A1 - Radarantennenstruktur und herstellungsverfahren zum herstellen einer radarantennenstruktur

Info

Publication number: WO2020188093A1
Application number: PCT/EP2020/057808
Authority: WO
Inventors: Constantin BAUER; Miroslav Knezevic; Thomas Schalk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: DE102019203842A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Radarantennenstruktur, und auf eine gemäß dem Herstellungsverfahren hergestellte Radarantennenstruktur. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Platzieren von ein oder mehreren Formkernen in einer Gusskammer. Die ein oder mehreren Formkerne sind aus einem ersten Material gefertigt. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Herstellen eines Grundkörpers der Radarantennenstruktur durch Einbringen eines zweiten Materials in die Gusskammer. Das Herstellungsverfahren umfasst ferner ein Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne. Das zweite Material weist zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen höheren Schmelzpunkt auf als das erste Material. Durch das Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne werden ein oder mehrere Hohlräume in dem Grundkörper ausgebildet. Die ein oder mehreren Formkerne sind so geformt, dass nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne die ein oder mehreren Hohlräume jeweils eine Hohlkammerstruktur und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen aufweisen. Die Hohlkammerstruktur ist dazu ausgelegt, um empfangene Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln.

Description

Radarantennenstruktur und Herstellungsverfahren

zum Herstellen einer Radarantennenstruktur

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Radarantennenstruktur, und auf eine gemäß dem Herstellungsverfahren hergestellte Radar antennenstruktur.

Radarantennen werden genutzt, um eine hochfrequent emittierte Energie eines Radarsen ders in elektromagnetische Felder umzusetzen, deren Leistung durch die Radarantenne in bestimmte Richtungen verteilt wird. Gleichzeitig werden die Antennen auch für den Empfang der Echosignale, die auf den emittierten Signalen basieren, genutzt. Eine mögliche Imple mentierung von Radarantennen stellen sogenannte Hornstrahler dar. Hornstrahler umfassen im Allgemeinen eine trichterähnliche Struktur (die etwa an die Form eines Exponentialtrich- ters angenähert sein kann) und ein oder mehrere Hohlleiter, die der Speisung eines Signals in die trichterähnliche Struktur dienen. In anderen Radarantennen können auch komplexere Strukturen genutzt werden, um das Signal in die ein oder mehreren Hohlleiter einzuspeisen. Diese Radarantennen werden im Folgenden als Hohlraumantennen bezeichnet. Hornanten nen sind dabei eine spezielle Form der Hohlraumantennen.

Hornantennen werden im Stand der Technik verschiedentlich hergestellt. So offenbart die Schrift DE 69304983 T2 eine mittels Kunststoffspritzguss geformte Mikrowellenantenne mit metallisierter Oberfläche. Dabei wird die Mikrowellenantenne in verschiedene, in einem Spritzgussverfahren gegossene Unterbaugruppen unterteilt, die anschließend mechanisch verbunden werden, um die komplexen Strukturen der Mikrowellenantenne zu bilden.

Alternativ werden in manchen Fällen additive Herstellungsverfahren genutzt, wie sie aus dem 3D-Druck bekannt sind, um Radarantennen herzustellen.

Beiden Ansätzen ist gemein, dass sie zeitaufwändig und teuer sind und sich daher für die Fertigung von Radarantennen in Großserien, etwa für den Bereich der Fahrzeugsensoren, nur bedingt eignen.

Aus der Druckschrift DE 3820574 A1 ist zudem bekannt, mit Elastomer oder Duroplast um mantelte verlorene Kerne zu verwenden, um Ku nststoffh oh Iform körper herzustellen. Zudem ist in Schrift DE 7036315 U ein Reflektor für elektromagnetische Wellen auf Basis eines gal vanisierten Kunststoffbauteils vorgestellt. Es stellt sich die erfindungsgemäße Aufgabe eine Radarantennenstruktur mittels eines Her stellungsverfahrens herzustellen, das eine kostengünstige Herstellung der Radarantennen struktur mit komplexen inneren Hohlleitern ermöglicht.

Die Erfindung basiert auf der Idee, die Radarantenne in einem Urform verfahren, wie etwa dem Spritzguss, unter der Verwendung von sogenannten verlorenen Kernen (Formkernen) herzustellen. Dabei werden ein oder mehrere Formkerne in einer Gusskammer platziert. An schließend wird ein Grundkörper der Radarantenne in der Gusskammer hergestellt. Um eine Hohlkammerstruktur (etwa eine Trichterstruktur) und eine oder mehrere Hohlleiterstrukturen der Radarantennen zu erhalten werden anschließend die ein oder mehreren Formkerne ausgeschmolzen und aus dem Grundkörper entfernt. Dazu ist es notwendig, dass zumindest zum Zeitpunkt des Ausschmelzens der Grundkörper einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die ein oder mehreren Formkerne. Ist der Grundkörper aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt, so ist kein weiterer Schritt nötig. Ist dies nicht der Fall, so wird eine Oberfläche der Hohlkörper, die die Hohlkammerstruktur und die ein oder mehreren Hohllei terstrukturen bilden, ferner durch eine elektrisch leitfähige Metallisierung beschichtet.

Durch Nutzung von verlorenen Kernen können auch komplexe Strukturen, wie etwa die Hohlkammerstruktur und die Hohlleiterstrukturen hergestellt werden, ohne dass die Radaran tennenstruktur aus verschiedenen Teilen zusammengefügt oder additiv aufgebaut werden muss. Dadurch wird eine kostengünstige Fertigung der Radarantennenstruktur möglich.

Ausführungsbeispiele schaffen somit ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Radar antennenstruktur. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Platzieren von ein oder mehreren Formkernen in einer Gusskammer. Die ein oder mehreren Formkerne sind aus einem ersten Material gefertigt. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Herstellen eines Grundkörpers der Radarantennenstruktur durch Einbringen eines zweiten Materials in die Gusskammer. Das Herstellungsverfahren umfasst ferner ein Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne. Das zweite Material weist zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen höheren Schmelzpunkt auf als das erste Material. Durch das Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne wer den ein oder mehrere Hohlräume in dem Grundkörper ausgebildet. Die ein oder mehreren Formkerne sind so geformt, dass nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formker ne die ein oder mehreren Hohlräume jeweils eine Hohlkammerstruktur und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen aufweisen. Die Hohlkammerstruktur ist dazu ausgelegt, um empfangene Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln. Dabei kann die Hohlkammerstruktur jeweils als Trichterstruktur ausgebildet sein.

In manchen Ausführungsbeispielen, etwa in Ausführungsbeispielen, in denen das zweite Material nicht selbst elektrisch leitfähig ist, umfasst das Herstellungsverfahren ferner ein Be schichten einer Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume durch eine elektrisch leitfähige Metallisierung. Dies ermöglicht die Nutzung der ein oder mehreren Hohlräume als Teil einer Radarantenne, da durch die elektrisch leitfähige Oberfläche die Radarstrahlung reflektiert und entlang der Hohlleiter geleitet wird. Alternativ kann das zweite Material ein elektrisch leitfähiges Material sein, so dass eine Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume elektrisch leitend ausgebildet ist.

Beispielsweise kann die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume mittels eines galvani schen Verfahrens metallisiert werden. Die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume kann beispielsweise mittels einer stromlosen Galvanik metallisiert werden. Dies ermöglicht eine Metallisierung der Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume auch bei komplexen Strukturen.

In zumindest einigen Ausführungsbeispielen ist das zweite Material ein Kunststoff. Bei spielsweise kann das zweite Material ein thermoplastischer Kunststoff sein. Thermoplasten lassen sich einfach in Spritzgussverfahren anwenden. Alternativ kann das zweite Material ein duroplastischer Kunststoff sein. Duroplasten haben den Vorteil, dass sie nach ihrer Aushär tung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können, etwa beim Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne. Duroplaste können auch eine niedri gere Verarbeitungstemperatur aufweisen, wodurch die thermische Belastung der Formkerne und somit die Gefahr eines lokalen Aufschmelzens reduziert werden kann. Ein Aufschmelzen würde zu Abweichungen der gewünschten Hohlleitergeometrie führen.

In Ausführungsbeispielen ist der Grundkörper der Radarantennenstruktur einteilig ausgebil det. Da ein Zusammenfügen von verschiedenen Bauelementen vermieden wird kann so die Zahl der Herstellungsschritte verringert werden.

In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Herstellungsverfahren ferner ein Herstellen der ein oder mehreren Formkerne in einem Gussverfahren oder in einem additiven Herstel lungsverfahren. Diese Formkerne können anschließend im Herstellungsverfahren genutzt werden. Ausführungsbeispiele schaffen ferner eine Radarantennenstruktur, hergestellt nach dem Herstellungsverfahren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche Ausführungsbeispiele generell jedoch nicht insgesamt beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:

Fign. 1 a und 1 b zeigen Flussdiagramme von Ausführungsbeispielen eines Herstellungsver fahrens zum Herstellen einer Radarantennenstruktur;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Radarantennenstruktur in einer 3D-Ansicht und einer Schnittansicht;

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Herstellungsver fahrens zum Herstellen einer Radarantennenstruktur;

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Formkerns;

Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Platzierung eines Formkerns in einer Guss kammer;

Fig. 6a bis 6c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Konzepten zum Entfernen von flüssigen Rückständen eines Formkerns aus einem Grundkörper einer Radaranten nenstruktur; und

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Radarantennenstruktur.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszei chen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungs beispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Die Fign. 1a und 1 b zeigen Flussdiagramme von Ausführungsbeispielen eines Herstellungs verfahrens zum Herstellen einer Radarantennenstruktur. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Platzieren 120 von ein oder mehreren Formkernen in einer Gusskammer. Die ein oder mehreren Formkerne sind aus einem ersten Material gefertigt. Das Herstellungsverfahren umfasst ferner ein Herstellen 130 eines Grundkörpers der Radarantennenstruktur durch Ein bringen eines zweiten Materials in die Gusskammer. Das Herstellungsverfahren umfasst ferner ein Ausschmelzen 140 der ein oder mehreren Formkerne. Das zweite Material weist zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen höheren Schmelzpunkt auf als das erste Material. Durch das Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne werden ein oder mehrere Hohl räume in dem Grundkörper ausgebildet. Die ein oder mehreren Formkerne sind so geformt, dass nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne die ein oder mehreren Hohlräume jeweils eine Hohlkammerstruktur und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen auf weisen. Die Hohlkammerstruktur ist dazu ausgelegt, um empfangene Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln. Dabei kann die Hohlkammerstruktur je weils als Trichterstruktur ausgebildet sein.

Das Herstellungsverfahren basiert darauf, ein oder mehrere Formkerne, sogenannte„verlo rene Kerne“, aus einem ersten Material in eine Gusskammer einzusetzen und diese Guss kammer anschließend mit einem zweiten Material zu füllen, um den Grundkörper der Radar antennenstruktur herzustellen. Die ein oder mehreren Formkerne sind aus einem ersten Ma terial gefertigt. Beispielsweise kann das erste Material einer (niedrigschmelzenden) Metallle gierung entsprechen oder eine solche umfassen, oder das erste Material kann einem Kunst stoff (mit einem niedrigen Schmelzpunkt) entsprechen oder einen solchen umfassen. Bei spielsweise kann der Schmelzpunkt des ersten Materials geringer als 200° C (oder geringer als 150° C, geringer als 100° C, geringer als 80° C) sein. Damit sich die ein oder mehreren Formkerne aus dem Grundkörper ausschmelzen lassen weist das zweite Material, aus dem der Grundkörper gefertigt ist, zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen höheren Schmelz punkt auf als das erste Material. Beispielsweise kann das zweite Material zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumindest 20° C (oder zumindest 50° C, zumindest 100° C) über dem Schmelzpunkt des ersten Materials liegt.

Dabei kann der Schmelzpunkt des zweiten Materials auch schon bei dem Herstellen des Grundkörpers höher sein als der Schmelzpunkt des ersten Materials, etwa, falls das zweite Material ein thermoplastischer Kunststoff ist. Thermoplastische Kunststoff sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich reversibel verformen lassen. Alternativ kann der Schmelzpunkt des zweiten Materials nach dem Herstellen des Grundkörpers höher liegen als vor Beginn der Herstellung, etwa, falls das zweite Material ein duroplastischer Kunststoff ist. Duroplastische Kunststoffe sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können. Da duroplasti sche Kunststoffe nach dem Aushärten keinen Schmelzpunkt mehr aufweisen sondern in die Pyrolyse übergehen, ist der Schmelzpunkt des duroplastischen Materials im Sinne dieser Anmeldung als höher anzusehen als der Schmelzpunkt des ersten Materials, falls das erste Material bei einer Temperatur schmilzt, bei der sich das zweite Material (noch) nicht pyroly tisch zersetzt. In anderen Worten ist im Sinne dieser Anmeldung als Schmelztemperatur bei duroplastischen Kunststoffen die Temperatur anzusetzen, bei der im zweiten Material ein Bindungsbruch innerhalb großer Moleküle in kleinere Moleküle erzwungen wird.

In zumindest manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren, wie in Fig. 1 b gezeigt ist, ferner ein Herstellen 1 10 der ein oder mehreren Formkerne in einem Gussverfahren (et wa ein Spritzgussverfahren) oder in einem additiven Herstellungsverfahren (etwa in einem 3D-Druck-Verfahren wie der Stereolithographie oder der Schmelzschichtung).

Die ein oder mehreren Formkerne sind so geformt, dass nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne die ein oder mehreren Hohlräume jeweils eine Hohlkammerstruk tur und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen aufweisen. Beispielseise kann jeder Formkern, wie in Fig. 4 gezeigt, zwar einteilig ausgebildet sein, aber mehrere Teilabschnitte umfassen, die nach dem Ausschmelzen die Hohlkammerstruktur und die ein oder mehreren Hohllei terstrukturen ausbilden. Dabei kann der Formkern einen Teilabschnitt 42a umfassen, der die Hohlkammerstruktur 42 (etwa als Sammeltrichter einer T richterstruktur) ausbildet, und ein oder mehrere Teilstrukturen 44a; 46a, die die ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen 44; 46 (etwa als Kanäle) ausbilden. Dabei kann ein Hohlraum 40 durch die Hohlkammerstruktur 42 und die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen 44; 46 gebildet werden. Die Hohlkam merstruktur 42 bildet zusammen mit den ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen 44; 46 einen zusammenhängenden Hohlleiter 40. In anderen Worten bildet jeder Hohlraum der ein oder mehreren Hohlräume einen zusammenhängenden Hohlleiter. Dieser Hohlleiter kann durch diejenigen Abschnitte 40a des Formkerns gebildet werden, die sich bei dem Einbringen des zweiten Materials in der Gusskammer 20 befinden. Zudem kann jeder Formkern Positionier- und Fixierungshilfen 410; 420; 430 umfassen, mit denen der Formkern in oder an der Guss kammer 20 befestigt wird. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen können die ein oder mehreren Formkerne vor dem Einbringen des zweiten Materials größer sein als die ein oder mehreren Hohlräume, die nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne entstehen. Dies kann darin be gründet sein, dass sich die ein oder mehreren Formkerne bereits beim Einbringen des zwei ten Materials in die Gusskammer aufgrund einer Wärme des zweiten Materials verformen können, und dadurch etwa durch das zweite Material zusammengedrückt werden können. Durch Herstellen einer Reihe von Prototypen lässt sich dabei experimentell herausfinden, mit welchen Dimensionen ein Formkern geformt sein kann, um eine gewünschte Form eines Hohlraums zu erreichen.

Das Herstellungsverfahren umfasst ferner das Herstellen 130 eines Grundkörpers der Ra darantennenstruktur durch Einbringen des zweiten Materials in die Gusskammer. Beispiels weise kann das zweite Material verflüssigt werden und in einem flüssigen Zustand in die Gusskammer eingeführt werden. So kann das zweite Material ein Kunststoff sein, etwa ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Kunststoff (etwa ein ausgehärtetes Kunstharz). Ist das zweite Material ein thermoplastischer Kunststoff, so kann das zweite Ma terial geschmolzen werden und im geschmolzenen Zustand in die Gusskammer gefüllt wer den. Ist das zweite Material ein duroplastischer Kunststoff, so kann das zweite Material in flüssiger Form (etwa geschmolzen oder in einer Lösung) in die Gusskammer gefüllt werden und dort ausgehärtet werden, etwa thermisch gehärtet oder durch einen Katalysator oder Härter gehärtet. So kann das zweite Material etwa bei dem Einbringen in die Gusskammer aus mehreren Komponenten bestehen, die bei der Herstellung des Grundkörpers verbunden werden, etwa durch Härten des zweiten Materials. In anderen Worten kann das Herstel lungsverfahren ferner ein Härten des zweiten Materials umfassen, etwa, falls das zweite Ma terial ein duroplastischer Kunststoff ist.

In zumindest einigen Ausführungsbeispielen kann der Grundkörper der Radarantennenstruk tur einteilig ausgebildet sein. In anderen Worten kann der Grundkörper nicht aus mehreren Schichten, die mechanisch oder durch ein chemisches Verfahren verbunden sind, bestehen. So kann der Grundkörper zumindest einen Hohlraum umfassen (etwa eine Mehrzahl von Hohlräumen), der eine Hohlkammerstruktur, etwa eine Trichterstruktur einer Hornantenne, und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen (etwa ein oder mehrere Zuleitungskanäle der Hornantenne) umfasst. Die Hohlkammerstruktur kann dazu ausgelegt sein, um empfangene Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln Eine Hohllei terstruktur der ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen kann dabei als kanalartige Struktur mit einer länglichen Ausdehnung und einem im Wesentlichen konstanten Querschnitt definiert sein. Dabei kann der Querschnitt beispielsweise rund oder rechteckig ausgeführt sein. Eine Hohlleiterstruktur kann dabei einen Verlauf haben, der nicht notwendigerweise gerade ist, d.h. ein Verlauf der Hohlleiterstruktur kann zumindest eine Abbiegung aufweisen, wobei die Abbiegung etwa einen Winkel von 45 oder 90 aufweisen kann. Dabei kann jede Hohllei terstruktur auch Abbiegungen in mehreren Richtungen und Orientierungsebenen umfassen. Dabei kann ein Hohlraum nach dem Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne an zumindest zwei verschiedenen Seiten des Grundkörpers zugänglich (offen) sein. So kann der Grundkörper für jeden Hohlraum an einer ersten Seite eine erste Öffnung aufweisen, an der die Hohlkammerstruktur des Hohlraums angeordnet ist. Der Grundkörper kann an zu mindest einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Seite ein oder mehrere zweite Öffnun gen aufweisen, über die die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen des Hohlraums zugäng lich sind.

Das Herstellungsverfahren umfasst ferner das Ausschmelzen 140 der ein oder mehreren Formkerne (nach dem Herstellen des Grundkörpers). Zum Ausschmelzen 140 der ein oder mehreren Formkerne kann der Grundkörper mit den ein oder mehreren Formkernen erhitzt werden, beispielsweise in einem Tauchbad oder durch eine Heizung, die den Grundkörper mit den Formkernen zumindest teilweise umhüllt. In den Figuren 6a bis 6c, die später detail lierter beschrieben werden, sind mehrere Varianten dargestellt. Beispielsweise kann der Grundkörper mit den ein oder mehreren Formkernen, wie in Fig. 6a gezeigt, in einem beheiz ten Tauchbad 610a erhitzt werden, um die ein oder mehreren Formkerne auszuschmelzen. Zusätzlich kann der Grundkörper im Tauchbad gedreht werden, so dass das geschmolzene erste Material durch die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen (oder durch die Hohlkam merstruktur) aus dem Grundkörper geleitet wird.

Alternativ kann der Grundkörper mit den ein oder mehreren Formkernen außerhalb eines Flüssigkeitsbads erhitzt werden. Für jeden Hohlraum kann an einer Öffnung des Grundkör pers ein Überdruck p erzeugt werden, so dass das geschmolzene erste Material durch den Überdruck aus dem Hohlraum gepresst wird, etwa in eine Auffangschale 620b. Dabei kann beispielsweise, wie in Fig. 6b gezeigt, der Überdruck an der Öffnung der Hohlkammerstruk tur /T richterstruktur 42 erzeugt werden und das geschmolzene Material kann durch die ein oder mehreren Hohlleiter 44; 46 in die Auffangschale 620b gepresst werden. Alternativ kann der Überdruck an den Öffnungen zu den ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen erzeugt werden. Alternativ kann an zumindest einer der Öffnungen des Grundkörpers ein Unterdrück erzeugt werden, so dass das geschmolzene erste Material durch den Unterdrück aus dem Hohlraum gesaugt wird. Beispielsweise kann, wie in Fig. 6c gezeigt, der Unterdrück an den Öffnungen zu den ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen 44; 46 erzeugt werden, etwa in der Auffang schale 620c, und das geschmolzene Material der ein oder mehreren Formkerne kann durch den Unterdrück aus dem Hohlraum in die Auffangschale 620c gesaugt werden.

Durch das Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne werden ein oder mehrere Hohl räume in dem Grundkörper ausgebildet. In anderen Worten entspricht die Form der ein oder mehreren Hohlräume im Wesentlichen der Form zumindest eines Teils der Formkerne, der in der Gusskammer angeordnet ist.

Um als Radarantenne zu dienen ist die Oberfläche der Hohlkammerstruktur und der ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen elektrisch leitfähig, so dass die Radarstrahlung an der Ober fläche reflektiert wird. Dabei kann beispielsweise das zweite Material ein elektrisch leitfähi ges Material sein, so dass eine Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume elektrisch lei tend ausgebildet ist. Dazu kann das zweite Material etwa ein Metall sein. Alternativ kann die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume nach dem Herstellen des Grundkörpers metal lisiert werden. In anderen Worten kann das Verfahren, wie in Fig. 1 b gezeigt, ferner ein Be schichten 150 einer Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume 40 durch eine elektrisch leitfähige Metallisierung umfassen. Beispielsweise kann zumindest 95% (oder zumindest 98%, zumindest 99%, oder 100%) der Oberfläche jedes Hohlraums metallisiert werden. Da zu kann beispielsweise die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume 40 mittels eines galvanischen Verfahrens metallisiert werden. Dazu kann, wie in in Fig. 3 Bezugszeichen 350 gezeigt, beispielsweise durch ein elektrolytisches Bad Strom geleitet werden. An einer Ano de kann sich dabei das Metall, das aufgebracht werden soll (etwa Kupfer), befinden, an der Kathode kann sich der Grundkörper befinden (etwa falls das zweite Material ein Metall ist).

Ist das zweite Material ein Kunststoff, so kann eine sogenannte Kunststoffgalvanisierung genutzt werden. Beispielsweise kann die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume mit tels einer stromlosen (außenstromlosen) Galvanik metallisiert werden. Doch auch andere Kunststoffmetallisierungsverfahren können genutzt werden, etwa eine physikalische Gas phasenabscheidung (wie etwa Kathodenzerstäubung oder thermisches Verdampfen) oder eine chemische Gasphasenabscheidung.

Resultat des Herstellungsverfahrens ist in zumindest einigen Ausführungsbeispielen eine Radarantennenstruktur, etwa eine Radarantenne, die zum Anschluss an einen Radar- Sende-Empfänger vorgesehen ist. Dabei können die ein oder mehreren Hohlräume jeweils eine Hohlraumantenne, etwa eine Hornantenne, mit dazugehöriger Hohlleiterstruktur der Radarantenne bilden. In anderen Worten kann die Radarantennenstruktur oder die Radaran tenne eine Mehrzahl von Hohlraumantennen umfassen, etwa ein sogenanntes Antennen- Array (eine regelmäßige Anordnung von Antennen). Die ein oder mehreren Hohlraumanten nen, die durch die ein oder mehreren Hohlräume gebildet werden, können über die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen mit dem Radar-Sende-Empfänger verbunden werden. Bei spielsweise kann die Radarantennenstruktur oder Radarantenne eine Mikrowellenantenne sein, also aufgrund ihrer Ausmaße für das Aussenden und Empfangen von Signalen im Mik rowellenbereich vorgesehen sein.

In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die erste Seite des Grundkörpers eine Breite und Länge der Radarantenne definieren, und eine weitere Seite, die Orthogonal zu der ersten Seite verläuft, kann die Höhe der Radarantenne definieren. Dabei kann die Höhe und Breite der Radarantenne jeweils mindestens doppelt so groß sein (oder zumindest drei mal so groß, zumindest viermal so groß) wie die Höhe der Radarantenne. Beispielhaft kann die Radarantenne, etwa in einer automobilen Applikation, eine Höhe von etwa 20 mm und eine Breite und Länge von etwa 100 mm aufweisen. Denkbar wäre auch eine halbrunde Sei te der Antenne, um die Hohlleiter in einem breiteren Winkelband abstrahlen und empfangen zu lassen.

Das Herstellungsverfahren kann ferner weitere Schritte umfassen. Dazu zählen verschiede ne Reinigungsschritte, die zwischen oder nach den o.g. Schritten ausgeführt werden können, um die ein oder mehreren Formkerne oder den Grundkörper für den jeweils nächsten Schritt vorzu bereiten oder um das Herstellungsverfahren abzuschließen.

Mehr Details und Aspekte des Herstellungsverfahrens und/oder der Radarantennenstruktur werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher beschrieben werden. Das Herstellungsverfahren und/oder die Radarantennenstruktur kann ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspek ten des vorgeschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.

Zumindest einige Ausführungsbeispielen befassen sich mit einer Adaption der Schmelzkern technologie zur Fertigung von sehr feinen dreidimensionalen Radarantennen in Kombination mit der geeigneten Materialauswahl zur späteren Oberflächenbeschichtung. Dies ermöglicht ein großserientaugliches Fertigungsverfahren für eine 3D-Radarantenne (etwa die Radaran tennenstruktur).

Eine dreidimensionale Radarantenne, wie exemplarisch in Fig. 2 zu sehen ist, setzt sich im Allgemeinen aus mehreren voneinander unabhängigen Leitern zusammen. Ein Leiter enthält (oder besteht aus) einen beliebig komplexen Sammeltrichter (etwa die Hohlkammerstruktur) und einen einfach oder mehrfach verzweigten Kanal (etwa die ein oder mehreren Hohllei terstrukturen). Durch die Leitergeometrien entsteht eine Hohlstruktur (etwa die ein oder meh reren Hohlräume) mit vielfältigen Hinterschnitten und sehr feinen Strukturen. Zusätzlich zur komplexen Geometrie kommt die Anforderung an eine elektrisch leitfähige Oberfläche der Leiter. Die Hohlstruktur selbst (Kanäle und Sammeltrichter) kann durchgängig mit einem Die lektrikum, vorzugsweise Luft, gefüllt sein und sollte keine Barrieren aufweisen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Radarantennenstruktur in einer 3D-Ansicht und einer Schnittansicht, etwa eine exemplarische Darstellung einer 3 D- Radarantenne. Fig.

2 zeigt dabei eine Radarantennenstruktur 200 mit einem Grundkörper 30 und einer Mehrzahl von Hohlstrukturen 40 (Hohlräumen), die eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen. Die Hohlstrukturen umfassen Hohlkammerstruktur en42 und Hohlleiterstrukturen 44. Der Grund körper der Radarantennenstruktur 200 ist dabei aus einem Vollmaterial hergestellt. Die linke Seite der Fig. 2, Bezugszeichen 210, zeigt eine 3D-Ansicht, die rechte Seite der Fig. 2, Be zugszeichen 220, zeigt eine Schnittansicht einer einzelnen Hohlstruktur (Hohlraum) 40. Um eine Vorstellung von den Dimensionen der einzelnen Elemente zu erhalten seien im Folgen den Ausmessungen einer Test-Radarantennenstruktur genannt. Diese stellen jedoch nur ein exemplarisches Ausführungsbeispiel dar. Dabei kann der Sammeltrichter, in einem Beispiel, an seiner Öffnung etwa einem Durchmesser von ca. 12 mm aufweisen, die einzelnen Hohl leiter können eine Höhe von ca. 1 ,5 mm aufweisen, der gemeinsame Abschnitt der beiden Hohlleiter, der an den Trichter anschließt, kann etwa 3 mm breit sein, was in etwa auch der Länge des daran anschließenden Querabschnitts der Hohlleiter entsprechen kann.

In Ausführungsbeispielen der Erfindung wird eine Schmelzkerntechnologie mit anschließen der Oberflächenbeschichtung verwendet, um eine großserientaugliche und günstige Herstel lung von Radarantennenstrukturen zu ermöglichen.

Der Fertigungsprozess umfasst in manchen Ausführungsbeispielen folgende Punkte:

1. (Spritz-)Gießen des verlorenen Kerns (mit der Form der„Hohlleiterstruktur“ in Fig.

2) aus einem Material (etwa dem ersten Material) mit geringerer Schmelztempera- tur als das Antennenmaterial (etwa dem zweiten Material), welches im zweiten (Spritz-)Gießprozess eingesetzt wird. Hierbei kann es sich etwa um eine niedrig schmelzende Metalllegierung oder einen Kunststoff mit niedrigem Schmelzpunkt handeln.

2. Umspritzen oder umgießen des Kerns mit Kunststoff (etwa durch Einbringen des zweiten Materials in die Gusskammer). Dieses Material bildet das„Vollmaterial“ aus Fig. 2.

3. Ausschmelzen des Kerns (etwa der ein oder mehreren Formkerne) in einem

T auchbad mit einer T emperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Kernmate rials und unterhalb der Temperatur des Antennenmaterials (aus Schritt 2).

4. Oberflächenbeschichtung der Antenne mit elektrisch leitfähiger Schicht, etwa in einem Tauchprozess, um die gesamte Hohlstruktur beschichten zu können.

Dabei kann Schritt 1 weggelassen werden, wenn der verlorene Kern bereits zur Verfügung steht. Schritt 4 kann weggelassen werden, wenn das Antennenmaterial selbst leitfähig ist.

Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines entsprechenden Ausführungsbeispiels eines Herstel lungsverfahrens zum Herstellen einer Radarantennenstruktur. Fig. 3 Bezugszeichen 310 zeigt einen gegossenen Kern 10 (etwa einen Formkern der ein oder mehreren Formkerne). Dieser wird in Fig. 3 Bezugszeichen 320 in eine Gusskammer 20 eingesetzt. In Fig. 3 Be zugszeichen 330 wird der Kern 10 mit dem Antennenmaterial umgossen, so dass ein Grund körper 20 der Radarantennenstruktur gebildet wird, der den Kern 10 umfasst. In Fig. 3 Be zugszeichen 340 wird die Antenne entformt, in Fig. 3 Bezugszeichen 350 wird der Kern aus dem Grundkörper in einem beheizten Tauchbad ausgeschmolzen. In Fig. 3 Bezugszeichen 360 wird die Oberfläche eines Hohlraums 40, der durch das Ausschmelzen des Kerns 10 entstanden ist, mittels einer Galvanik beschichtet. In Fig. 3 Bezugszeichen 370 ist die herge stellte Radarantennenstruktur 300 gezeigt, die einen Grundkörper 30 mit einem Hohlraum 40 umfasst. Der Hohlraum umfasst dabei eine Hohlkammerstruktur 42, die als Trichterstruktur ausgebildet ist, sowie zwei Hohlleiterstrukturen 44 und 46, die mit der Hohlkammerstruktur 42 verbunden sind. Die Oberfläche 48 des Hohlraums 40 ist durch eine Metallisierung be schichtet.

Die Fign. 4 und 5 befassen sich mit dem Umgang und mit der Fixierung der verlorenen Ker ne. Ein Merkmal der Hohlleiter der Radarantenne ist der beidseitige Kontakt zur Umgebung. Dies ist der T atsache geschuldet, dass die Radarwellen über die Sammeltrichter (die Hohl kammerstruktur) an der Oberseite (der ersten Seite) in die Hohlleiter geleitet und dort über die verzweigten Kanäle (die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen) zu den Sensoren an der Unterseite (der zweiten Seite) transportiert werden. Dadurch ist es möglich die Einlegekerne durch bereits (mit-)angegossenen Positionierhilfen im Werkzeug zu positionieren und zu fi xieren. Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Formkerns 10. Der Formkern ist ein teilig ausgeführt, verfügt aber über mehrere Teilabschnitte. So umfasst der Formkern über einen ersten Teilabschnitt 42a, dessen Form der Hohlkammerstruktur 42 entspricht, ein oder mehrere Teilabschnitte 44a; 46a, deren Form den ein oder mehreren Hohlleitern 44; 46 ent sprechen, sowie Positionier- und Fixierungshilfen 410; 420 und 430. Die kombinierten For men der Teilabschnitte 40a bilden später in der Gusskammer den Hohlraum 40. Die Fixie rungshilfen 410 bis 430 sind später meist nicht in der Gusskammer angeordnet, sondern sind dazu ausgelegt, die Teilabschnitte 40a innerhalb der Gusskammer zu fixieren, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Fig. 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer Platzierung eines Formkerns 10 in einer Gusskammer 20. Durch die Positionier- und Fixierungshilfen 410 bis 430 wird der Formkern 10 in der Gusskammer 20 fixiert und positioniert.

Fig. 6a bis 6c zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele von Konzepten zum Entfernen von flüssigen Rückständen eines Formkerns aus einem Grundkörper eine Radarantennenstruk tur. Zur Metallisierung der Hohlleiterstruktur kann ein vollständiges Ausschmelzen des Kerns vorteilhaft oder unerlässlich. Um diese zu ermöglichen sind mehrere Hilfsmaßnahmen denk bar:

1. Drehen der Radarantenne während des Ausschmelzprozesses im Tauchbad: Wie in Fig. 6a gezeigt ist kann der Grundkörper einer Radarantennenstruktur 600a während des Aufschmelzens des ersten Materials in einem Tauchbad 610a gedreht werden, so dass das geschmolzene Material durch das Drehen und dadurch, dass das erste Material schwerer ist als die Tauchflüssigkeit, durch die Schwerkraft über die Hohllei terstrukturen aus dem Grundkörper ausfließen kann und sich an dem Boden des Tauchbads 610a ansammelt.

2. Beaufschlagung der Hohleiterstruktur mit einseitigem Überdruck während der Erwär mung: Wie in Fig. 6b gezeigt ist kann die Hohlleiterstruktur (der Hohlraum) einer Ra darantennenstruktur 600b einseitig, etwa an der Öffnung zu der Hohlkammerstruktur 42 hin, während des Ausschmelzens des Kerns mit Überdruck p beaufschlagt wer den, so dass das geschmolzene Material durch den Überdruck aus der Hohllei terstruktur gepresst wird, etwa über die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen 44;

46, und in einer Auffangwanne 620b aufgefangen werden kann. Dabei kann die Auf fangwanne 620b ebenfalls abgedichtet sein. 3. Beaufschlagung der Hohleiterstruktur mit einseitigem Unterdrück während der Er wärmung: Wie in Fig. 6c gezeigt ist kann die Hohlleiterstruktur (der Hohlraum) einer Radarantennenstruktur 600c einseitig, etwa an der Öffnung zu den ein oder mehre ren Hohlleiterstrukturen 44; 46 hin, während des Ausschmelzens des Kerns mit Un terdrück p beaufschlagt werden, so dass das geschmolzene Material durch den Un terdrück aus der Hohlleiterstruktur gesaugt wird, etwa über die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen 46, und in einer Auffangwanne 620c aufgefangen werden kann. Dabei kann der Unterdrück in der Auffangwanne 620c erzeugt werden.

Möglich ist auch eine Kombination von Überdruck auf der einen Seite und von Unter drück auf der anderen Seite.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Radarantennenstruktur 700, wie sie nach dem vorgestellten Herstellungsverfahren herstellbar ist. Fig. 7 zeigt einen Grundkörper 30 der Radarantennenstruktur mit einem Hohlraum, der eine Hohlkammerstruktur 42 und An sätze von Hohlleitern 44 umfasst. Dabei ist die Hohlkammerstruktur nicht trichterförmig aus gestaltet, sondern weist eine komplexere Geometrie auf, die dazu ausgelegt ist, um empfan gene Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln.

Bezuqszeichen Formkern

Gusskammer

Grundkörper

Hohlraum

a Teilabschnitt eines Formkerns mit Form eines Hohlraums

Hohlkammerstruktur

a Teilabschnitt eines Formkerns mit Form einer Hohlkammerstruktur, 46 Hohlleiterstruktur

a, 46a Teilabschnitt eines Formkerns mit Form einer Hohlleiterstruktur

Oberflächenmetallisierung

0 Herstellen von ein oder mehreren Formkernen

0 Platzieren von ein oder mehreren Formkernen in Gusskammer0 Herstellen eines Grundkörpers

0 Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne

0 Beschichten einer Oberfläche von ein oder mehreren Hohlräumen0 Radarantennenstruktur, Radarantenne

0 3D-Ansicht

0 Schnittansicht

0 Radarantennenstruktur, Radarantenne

0 - 370 Schritte eines beispielhaften Herstellungsverfahrens

0 - 430 Positionier- und Fixierungshilfen

0a - c Radarantennenstruktur, Radarantenne

0a Tauchbad

0b, 620c Auffangwanne

Claims

Patentansprüche

1. Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Radarantennenstruktur (200; 300; 600a;

600b; 600c; 700), das Herstellungsverfahren umfassend:

Platzieren (120) von ein oder mehreren Formkernen (10) in einer Gusskammer (20), wobei die ein oder mehreren Formkerne (10) aus einem ersten Material gefertigt sind;

Herstellen (130) eines Grundkörpers (30) der Radarantennenstruktur durch Einbrin gen eines zweiten Materials in die Gusskammer (20); und

Ausschmelzen (140) der ein oder mehreren Formkerne (10), wobei das zweite Material zum Zeitpunkt des Ausschmelzens einen höheren

Schmelzpunkt aufweist als das erste Material,

wobei durch das Ausschmelzen der ein oder mehreren Formkerne (10) ein oder meh rere Hohlräume (40) in dem Grundkörper (30) ausgebildet werden,

wobei die ein oder mehreren Formkerne (10) so geformt sind, dass nach dem Aus schmelzen der ein oder mehreren Formkerne (10) die ein oder mehreren Hohlräume (40) jeweils eine Hohlkammerstruktur (42) und ein oder mehrere Hohlleiterstrukturen (44; 46) aufweisen, wobei die Hohlkammerstruktur dazu ausgelegt ist, um empfange ne Radarsignale in die ein oder mehreren Hohlleiterstrukturen einzukoppeln.

2. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 , ferner umfassend Beschichten (150) einer Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume (40) durch eine elektrisch leitfä hige Metallisierung.

3. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume (40) mittels eines galvanischen Verfahrens metallisiert wird.

4. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume mittels einer stromlosen Galvanik metallisiert wird.

5. Das Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das zweite Material ein Kunststoff ist.

6. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5, wobei das zweite Material ein ther moplastischer Kunststoff ist.

7. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5, wobei das zweite Material ein duro plastischer Kunststoff ist.

8. Das Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das zweite Material ein

elektrisch leitfähiges Material ist, so dass eine Oberfläche der ein oder mehreren Hohlräume elektrisch leitend ausgebildet ist.

9. Das Herstellungsverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper der Radarantennenstruktur einteilig ausgebildet ist.

10. Das Herstellungsverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohl kammerstruktur (42) der ein oder mehreren Hohlräume jeweils als Trichterstruktur ausgebildet ist.

1 1. Das Herstellungsverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfas send Herstellen (1 10) der ein oder mehreren Formkerne in einem Gussverfahren o- der in einem additiven Herstellungsverfahren.

12. Radarantennenstruktur (200; 300; 600a; 600b; 600c; 700), hergestellt nach dem Her stellungsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.