Ein Modul für alle Antennen – neue Anwendung der Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie

Oberklassefahrzeuge sind heute mit durchschnittlich rund zehn Antennen ausgestattet, Tendenz steigend: Schätzungen gehen davon aus, dass es in Zukunft bis zu 16 sein werden. Nämlich dann, wenn zum Beispiel Systeme zur Überwachung und automatischen Regulierung des Fahrzeugabstands oder Warnsensoren zur Vermeidung von Bagatellschäden beim Rückwärtsfahren Verwendung finden. Bisher verteilten sich die Antennen häufig über das gesamte Automobil, was die Konstrukteure manchmal vor große Probleme stellt. Denn das Umfeld einer Antenne muss dieser genau angepasst werden, um einen optimalen Empfang sicherzustellen. Dass es auch anders geht, zeigt das Antennenmodul im Modell XC90, einem Geländewagen (Sport Utility Vehicle) von Volvo. In ihm sind alle Antennen und zugehörigen Empfangsgeräte – etwa für Radio, Fernseher oder GPS-System – vereint. Das Bauteil wurde in einem Gemeinschaftsprojekt von der Johnson Controls Sweden AB und der Volvo Car Corporation entwickelt. Hergestellt wird es mit Hilfe der Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie aus Stahlblech und dem Polyamid Durethan® BM 130 H2.0, das von der Bayer MaterialScience AG geliefert wird. Die auch Hybridtechnik genannte Konstruktionsweise hat sich besonders bei der Serienfertigung von Automobilfrontends etabliert.

Das rund 1,8 Kilogramm schwere Modul ist unter einer Kunststoffabdeckung am hinteren Dach des Geländewagens untergebracht. Die Antennen sind in einen Film eingearbeitet, der Teil dieser Abdeckung ist, damit die Antennenleistung nicht eingeschränkt wird. Aus Polyamid bestehen unter anderem die Auflage für den Film, die sich fast über die gesamte Autobreite erstreckt, und mehrere Befestigungselemente. Die Empfangsgeräte wie zum Beispiel der FM/AM-, Digital Audio Broadcasting (DAB) und TV-Tuner sind mit dem Stahlträger der Hybridkonstruktion verschraubt. Vorteil dieser kompakten Modulbauweise und der hohen Integration ist vor allem, dass sehr viele Kabel eingespart werden konnten.

Das Antennenmodul wird besonders bei Fahrten im Gelände stark erschüttert. Dadurch entstehen Beschleunigungen (shock load) mit Spitzenwerten von bis zu 50 m/s2, die das Bauteil überstehen muss, ohne zu brechen. „Dies war mit ein Grund dafür, dass sich die Entwickler für unser Polyamid entschieden haben. Denn es ist nicht nur sehr steif und fest, sondern weist auch eine sehr hohe Zähigkeit auf“, erklärt Frank Krause, Kunststoffkonstrukteur bei Bayer MaterialScience. Für den Werkstoff sprach auch, dass er gute elektrische Eigenschaften und speziell einen ausreichenden dielektrischen Verlustfaktor mitbringt. Dieser ist ein Maß dafür, wieviel Energie ein Isolierstoff im Hochfrequenzwechselfeld absorbiert und in Verlustwärme umwandelt. Das verwendete Polyamid weist bei hohen Frequenzen von bis zu zwei Gigahertz noch Werte auf, die eine gute Antennenleistung garantieren.

Außerdem konnte das Bauteil dank Verwendung dieses Kunststoffes ohne großen Aufwand so ausgelegt werden, dass seine Resonanzfrequenz über 35 Hertz liegt. Dadurch kommt es bei unruhiger Fahrt nicht zu einem lärmenden Dröhnen durch Schwingungen.