DE102004042217A1

DE102004042217A1 - Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche

Info

Publication number: DE102004042217A1
Application number: DE200410042217
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Görnig; Peter Dipl.-Ing. Murla
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2006-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche, wobei die Befestigungsvorrichtung aufweist DOLLAR A ein Gehäuse (1, 2) zur Aufnahme des Sensors (3), das an einem an der Oberfläche (30) zu befestigenden Gehäusebereich (10, 11, 12) zumindest teilweise flexibel derart ausgebildet ist, daß auftretende Toleranzen der Oberfläche und eine Krümmung der Oberfläche durch die durch den zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereich (10, 11, 12) gebildete Verformbarkeit des Gehäuses (1, 2) kompensiert werden können, und DOLLAR A Klebemittel (40), die zur klebenden Verbindung des zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereichs (10, 11, 12) an der Oberfläche (30) dienen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche gemäß Anspruch 1.

Im Bereich der aktiven und der passiven Sicherheit der Fahrzeugtechnik werden zunehmend sogenannte Pre-Crash-Sensoren eingesetzt, die den Bereich vor einem Fahrzeug optisch erfassen und entsprechende Signale an beispielsweise ein Insassenschutzsystem ausgeben. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Erfassung von sich dem Fahrzeug nähernden Hindernissen mittels eines sogenannten CV (Closing Velocity)-Sensors. Die Pre-Crash-Sensoren basieren häufig auf einer optischen Sensierung, z.B. im Fall von CV-Sensoren auf der Laufzeitmessung von ausgesandten und an Hindernissen reflektierten Laserpulsen.

Derartige optische Sensoren werden meistens hinter der Fahrzeugwindschutzscheibe im Bereich des Rückspiegels installiert. Hierzu werden sie mittels Klebung an der Windschutzscheibe fixiert. Die Fixierung der Sensoren hat sich als ein kritischer Punkt für die Funktionsfähigkeit der darauf basierenden Systeme herausgestellt, da eine genaue Lage und zuverlässige Verbindung über eine lange Zeit für eine korrekte Funktion garantiert werden muß. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist bei den eingesetzten Sensoren neben einer kraftschlüssigen auch sehr oft eine formschlüssige Verbindung zwischen Sensor und der Oberfläche gefordert, an welcher der Sensor fixiert wird.

Da wie bereits erwähnt häufig die Windschutzscheibe zur Fixierung der Sensoren eingesetzt wird, ergeben sich aufgrund der Beschaffenheit der Scheibe bei der Fixierung verschiedene Probleme. Da die bei den meisten Fahrzeugen gewölbte Windschutzscheibe bedingt durch den Herstellungsprozess mit teilweise erheblichen Toleranzen behaftet ist, werden die Sensoren mittels einer entsprechend dicken, ausgleichenden Klebschicht oder mittels einer dicken, flexiblen Klebefolie aufgeklebt, wie es beispielsweise aus der DE 102 61 245 A1 bekannt ist. Hierdurch sollen die Krümmung der Scheibe und die auftretenden Toleranzen ausgeglichen werden. Problematisch ist hierbei allerdings, daß derartige Verbindungen nicht kraftschlüssig sind und daher in der Regel keine sehr lange Lebensdauer besitzen. Zudem können sie sich während der Lebensdauer verändern, wodurch sich auch die Ausrichtung des Sensors ändern kann und Meßungenauigkeiten auftreten können.

Alternativ kann ein Sensor auch mit einer Klebschicht befestigt werden, die zwar eine kraft- und formschlüssige Verbindung ausbildet, jedoch bei der Befestigung des Sensors einen zusätzlichen Aufwand erfordert, da der Sensor mit einem sehr hohen Druck über eine bestimmte Zeitdauer bis zur Aushärtung des Klebers angepresst werden muß. Dies verursacht in der Produktion beispielsweise bei der Befestigung von CV-Sensoren an Windschutzscheiben zusätzliche Kosten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche vorzuschlagen, die einfach und stabil ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen flexibel ausgebildeten Bereich eines Sensorgehäuses vorzusehen, der die zur Aufnahme der Wölbung oder Toleranz notwendige Flexibilität besitzt. Durch die Verlagerung der Wölbungs- bzw. Toleranzaufnahme von der Klebung weg hin zum Gehäuse kann die Klebung kostengünstig, schnell und einfach ausgeführt und gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Stabilität sicherstellt werden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht vor allem darin, daß für die Klebung zur Fixierung an der Scheibe kein besonders hoher Anpreßdruck notwendig ist und keine besonders lange Zeitdauer, um ein erforderliches Aushärten eines Klebers zu gewährleisten.

Auch die Nachteile von dicken, flexiblen Klebefolien werden vermieden, wie beispielsweise Verformung oder Fliessen bei hohen Temperaturen oder allgemeine Genauigkeitsschwankungen und eine zu geringe oder nicht ausreichend direkte Kraftübertragung zwischen Sensor und Oberfläche. Da der Sensor mit dem auf die Oberfläche geklebten Gehäuse ausreichend durch eine kraft- und formschlüssige Verbindung mittels entsprechender Aufnahmen in dem Gehäuse verbunden werden kann, ist die Trennung von Gehäuse und Sensor im Montageablauf ebenso möglich wie ein einfacher späterer Austausch des Sensors. Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit das Gehäuse in einem anderen Montagezyklus, beispielsweise bereits im Herstellwerk der Scheibe, an exakt definierter Stelle und physikalisch und optisch optimiert auszuführen. Ein weiterer Vorteil eines wenigstens teilweise flexiblen Gehäuses kann darin bestehen, dass die Spannungen, die bedingt durch hohe Temperaturschwankungen aufgrund von Sonneneinstrahlung und Außentemperatur und damit verbundener unterschiedlicher Längenausdehnung auftreten, aufgelöst werden und sich so die Lebensdauer der Klebung erhöht. Des weiteren entsteht die Möglichkeit mit einem Gehäuse und einem Klebevorgang mehrere verschiedene Sensoren unabhängig voneinander zu fixieren wobei es sich dabei um Sensoren handeln kann die sowohl mit mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt zur Oberfläche der Scheibe arbeiten, wie beispielsweise Regensensoren, als auch ohne mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt zur Oberfläche der Scheibe, wie beispielsweise Kamerasysteme. Dabei kann durch das Gehäuse eine direkte kraftschlüssige Verbindung der Sensoren mit der Oberfläche der Scheibe gewährleistet werden indem der Sensor durch die Gehäuseausbildung an die Scheibenoberfläche gepresst wird.

Grundsätzlich ermöglicht die Erfindung eine vollautomatische, kostengünstige Montage des Sensors an der Oberfläche, beispielsweise einer Windschutzscheibe.

Die Erfindung betrifft nun eine Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche, wobei die Befestigungsvorrichtung aufweist
ein Gehäuse zur Aufnahme des Sensors, das an einem an der Oberfläche zu befestigenden Gehäusebereich zumindest teilweise flexibel derart ausgebildet ist, daß auftretende Toleranzen der Oberfläche und eine Krümmung der Oberfläche durch die durch den zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereich gebildete Verformbarkeit des Gehäuses kompensiert werden können, und
Klebemittel, die zur klebenden Verbindung des zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereichs an der Oberfläche dienen.

Das Gehäuse umfaßt vorzugsweise ein im Wesentlichen starr ausgebildetes Gehäuseunterteil und ein Gehäuseoberteil, das den zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereich aufweist. Durch die Teilung des Gehäuses ergeben sich Vorteile im Fertigungsablauf, wie z.B. eine vereinfachte Montage des Sensors und eine präzisere Positionierung des Sensors Gehäuseunterteil, das eine geringere Flexibilität als das obere Gehäuseteil aufweist. Ein weiterer Vorteil kann dadurch erzielt werden, daß das Gehäuseunterteil zur Aufnahme unterschiedlicher Sensoren oder wahlweise zur Aufnahme eines oder mehrerer Sensoren variieren kann, während das Gehäuseoberteil einheitlich ausgeführt ist. Dadurch können an dem Gehäuseoberteil verschiedene Unterteile mit unterschiedlichen Sensoren montiert werden, wodurch sich der Einsatz der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung in der Produktion vereinfacht. Dadurch sind vor allem Einsparungen in der Fertigung möglich und eine höhere Flexibilität in der Logistik des Herstellungsprozesses des Systems Scheibe-Gehäuse-Sensor. Ein weiterer Vorteil besteht in der leichteren Montage geometrisch ungünstigerer Sensoren in Form beispielsweise einer Leiterplatte im Gehäuseunterteil. Eine Leiterplatte kann in der einen Gehäusehälfte leicht montiert werden und danach werden die beiden Gehäusehälften wie oben beschrieben einfach zusammengefügt. Das Gehäuse kann auch mehr als zwei Teile umfassen, um die Montage, Flexibilität, Herstellung, oder Montage des Sensors weiter zu erleichtern.

Um die Montage zu vereinfachen, kann das Gehäuseunter- und oberteil jeweils Mittel zum Verschließen des Gehäuses aufweisen, insbesondere Schnapphaken und/oder entsprechende Schnapphakenaufnahmen. Dadurch sind keine zusätzlichen Verschlußmittel wie beispielsweise Schrauben, Nieten oder dergleichen Mittel erforderlich. Durch Schnapphaken kann eine schnelle und einfache kraft- und formschlüssige Montage unter Sicherstellung einer hinreichend genauen Positionierung des starren Gehäuseteils und der damit verbundenen Sensorik gewährleistet werden. Darüber hinaus kann eine Verbindung mit Schnapphaken gelöst und wieder zusammengefügt werden, wie dies zu Reparaturzwecken erforderlich sein könnte.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuseunterteil zur Aufnahme des Sensors vorgesehen und weist hierzu Sensorbefestigungsmittel, insbesondere entsprechend ausgebildete Aufnahmen für den Sensor auf, um den Sensor in eine definierte Lage zur Oberfläche zu bringen. Dadurch ist es möglich, zuerst das Gehäuseoberteil beispielsweise an einer Windschutzscheibe zu befestigen und anschließend das Gehäuseunterteil zusammen mit dem Sensor an dem Gehäuseoberteil zu befestigen. Hierdurch wird die Gefahr vermindert, daß der Sensor bei der Befestigung an der Windschutzscheibe beschädigt wird, bei der in der Regel ein bestimmter Druck auf das Sensorgehäuse ausgeübt werden muß.

Der zumindest teilweise flexibel ausgebildete Gehäusebereich kann beispielsweise durch mehrere im Wesentlichen starre Segmente gebildet werden, die über flexibel ausgebildete Anbindungen miteinander verbunden sind.

Als Klebemittel zur Befestigung des Gehäuseoberteils an der Oberfläche kann eine beidseitig klebende Folie verwendet werden. Insbesondere kann die Klebung des Gehäuseoberteils auf die mit Toleranzen behaftete und/oder gewölbte Oberfläche mittels einer kostengünstigen, dünnen, beidseitig klebenden Folie ausgeführt werden. Dadurch entstehen Vorteile gegenüber dem Prozess der Applikation herkömmlicher Klebstoffe und die Vorteile des flexiblen Gehäuses im Bereich der Klebungsanforderungen werden dadurch in optimierter Weise genutzt. Mit anderen Worten, die bekanntermaßen einfache Handhabung beidseitig klebender Folien, ohne die vorgenannten Nachteile dicker Klebefolien, wird erst durch die oben beschriebene Anordnung in einer den Anforderungen an die Verbindung entsprechenden Form möglich.

Um die Montage des Gehäuses weiter zu erleichtern, können in einer bevorzugten Ausführungsform die Gehäuseteile durch die Ausführung der Verbindung untereinander so zueinander positioniert werden, dass die Positionierung des Sensors in geeigneter Weise gewährleistet ist. Insbesondere die Verbindungen derart ausgeführt sein, daß sie das Gehäuse derart dicht verschließen, daß kein Staub oder Schmutz eindringen kann. Dadurch ist der Sensor vor Staub und Schmutz geschützt. Außerdem kann durch eine dunkle, matte Farbwahl und eine entsprechende Geometrie des Gehäuses im Falle eines optischen Sensors Streulichteinflüsse auf die Messungen des Sensors vermindert werden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in den Zeichnungen werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Gehäuses der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung für einen CV-Sensor; und
2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Befestigungsvorrichtung für einen Sensor, die das in 1 dargestellte Gehäuse umfasst und an einer Windschutzscheibe mittels einer dünnen, beidseitig klebenden Folie fixiert ist.
Das in 1 perspektivisch dargestellte Gehäuse 6 umfaßt ein starres Gehäuseunterteil 1 und ein Gehäuseoberteil 2 mit einem flexibel ausgebildeten Gehäusebereich 7 zur Befestigung an einer Toleranzen und eine Krümmung aufweisenden Oberfläche.
Im Gehäuseunterteil 1 ist eine Leiterplatte 3 untergebracht, die eine Sende- und Empfangsoptik 4 bzw. 5 eines CV-Sensors aufweist. Die Sendeoptik 4 weist eine (hier nicht sichtbare, da im Gehäuse verborgene) Laserdiode auf, die in kurzen zeitlichen Abständen Laserimpulse aussendet, die über die mehrere (hier nicht sichtbare, da im Gehäuse verborgene) Photodioden umfassende Empfangsoptik 5 empfangen werden. Auf die Leiterplatte 3 ist ferner eine Signalverarbeitungselektronik montiert, die zum Ansteuern der Laserdiode und zum Verarbeiten der von den Photodioden erzeugten elektrischen Signale vorgesehen ist. Die Leiterplatte 3 ist durch geeignete (hier nicht erkennbare) Aufnahmen mit dem starren Gehäuseunterteil 1 verbunden.
Beide Gehäuseteile 1 und 2 sind durch (hier nicht sichtbare) Schnapphaken miteinander verbunden. Die Verbindung durch die Schnapphaken ist derart ausgebildet, dass das Gehäuse dicht und fest verschlossen ist, um einerseits das Eindringen von Staub, Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern und andererseits eine stabile Verbindung der beiden Gehäuseteile 1 und 2 zu bewerkstelligen.
Der flexibel ausgebildete Gehäusebereich wird durch insgesamt drei Segmente 10, 11, 12 und zwei flexible Verbindungen 20 der Segmente 10 und 11 bzw. 11 und 12 gebildet. Die Segmente 10, 11, 12 selbst sind relativ starr, da sie aus einem dickeren Kunststoff gebildet sind. Die Verbindungen 20 bestehen dagegen aus dem gleichen, allerdings dünner ausgebildeten Kunststoff, aus dem das gesamte Gehäuse gefertigt ist. Aufgrund der Verbindungen 20 kann die Lage die Segmente 10 bis 12 relativ zueinander verändert werden. Insbesondere ermöglichen diese flexiblen Verbindungen 20 eine Anpassung des Gehäuseoberteils 2 an gekrümmte und mit Toleranzen behaftete Oberflächen, insbesondere an eine Windschutzscheibe. An dieser Stelle sein angemerkt, dass der flexibel ausgebildete Gehäusebereich auch anders ausgebildet sein kann, beispielsweise durch eine dünner ausgebildete Gehäusewandung, die sich an gekrümmte Oberflächen leichter als eine dicke und relativ starre Gehäusewandung anpassen kann.
Als Gehäusematerial kann beispielsweise ein widerstandsfähiger PC- oder PA-Kunststoff, wie beispielsweise PA6GF30 eingesetzt werden, der hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs auftreten können, über einen langen Zeitraum standhält. Insbesondere bei einem Gehäuse, das für die Aufnahme von optischen Sensoren vorgesehen ist, ist zudem eine dunkle, vorzugsweise schwarze Gehäusefarbe vorteilhaft, da Umgebungs- und Streulicht vom Gehäuse nicht oder zumindest nur schwach reflektiert wird und dadurch die Meßgenauigkeit nicht verschlechtert.
2 zeigt die Befestigungsvorrichtung in einer Seitenansicht. Hierbei ist das in 1 dargestellte Gehäuse durch eine dünne, beidseitig klebende Folie 40 an einer Windschutzscheibe 30 eines Kraftfahrzeugs montiert. Die Montage erfolgt derart, daß zuerst das Gehäuseoberteil 2 mit der Folie 40 auf die Windschutzscheibe 30 aufgeklebt wird. Beim Aufkleben paßt sich der flexible Gehäusebereich 7 an die Wölbung bzw. Krümmung der Windschutzscheibe 30 und zu einem gewissen Maß auch an Toleranzen der Windschutzscheibe 30 dadurch an, daß die einzelnen zueinander beweglichen Segmente 10 bis 12 im Wesentlichen ohne größere Zwischenräume oder Abstände auf der Windschutzscheibe 30 zum Aufliegen kommen. Durch Aufbringen von Druck auf das Gehäuseoberteil 2 wird es über die Folie 40 an der Windschutzscheibe 30 fixiert. Aufgrund des flexiblen Bereichs 7 und der damit verbundenen guten Anpassung an die Wölbung der Windschutzscheibe 30 reicht zum form- und auch kraftschlüssigen Befestigen eine dünne Folie 40 aus. Nach Befestigung des Gehäuseoberteils 2 an der Windschutzscheibe 30 kann das Gehäuseunterteil 1 in einem unmittelbar folgenden oder auch später folgenden Arbeitsschritt am Gehäuseoberteil 2 befestigt werden, wodurch das Gehäuse 6 komplett ist. Die zwei- oder mehrteilige Ausbildung des Gehäuses 6 ermöglicht es beispielsweise, daß bereits kurz nach der Windschutzscheiben-Produktion das Gehäuseoberteil entsprechend den Vorgaben eines Automobilherstellers das Gehäuseoberteil 2 an der Scheibe 30 montiert wird. Die Scheibe 30 wird dann mit montiertem Gehäuseoberteil 2 an den Automobilhersteller geliefert, der diese in Kraftfahrzeugen verbaut. Der Sensor kann dann einfach in der Produktion des Automobilherstellers durch Aufklippsen des Gehäuseunterteils 1 auf das Gehäuseoberteil 2 vervollständigt werden. Beim Automobilhersteller entfällt damit der Arbeitsschritt des Montierens des Gehäuseoberteils 2 an der Scheibe 30, der zudem bei einer bereits in einem Fahrzeug verbauten Scheibe fehleranfällig ist.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine vollautomatische und kostengünstige Montage eines Sensors, beispielsweise eines CV-Sensors, an der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Durch den Einsatz eines zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäuses für den Sensor können die mit dem Einsatz von flexiblen, dicken Klebefolien oder von Klebstoff verbundenen Nachteile wie zusätzliches Anpressen oder Aushärten von Klebstoff vermieden werden.

1: Gehäuseunterteil
2: Gehäuseoberteil
3: Sensorleiterplatte eines CV-Sensors
4: Sendeoptik
5: Empfangsoptik
6: Gehäuse
7: flexibel ausgebildeter Gehäusebereich
10–12: Segment
20: flexibel ausgebildete Segmentverbindung
30: Windschutzscheibe
40: beidseitig klebende Folie

Claims

Befestigungsvorrichtung für einen Sensor an einer mit Toleranzen behafteten, insbesondere gewölbten Oberfläche, wobei die Befestigungsvorrichtung aufweist ein Gehäuse (1, 2) zur Aufnahme des Sensors (3), das an einem an der Oberfläche (30) zu befestigenden Gehäusebereich (10, 11, 12) zumindest teilweise flexibel derart ausgebildet ist, daß auftretende Toleranzen der Oberfläche und eine Krümmung der Oberfläche durch die durch den zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereich (10, 11, 12) gebildete Verformbarkeit des Gehäuses (1, 2) kompensiert werden können, und Klebemittel (40), die zur klebenden Verbindung des zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereichs (10, 11, 12) an der Oberfläche (30) dienen.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein im Wesentlichen starr ausgebildetes Gehäuseunterteil (1) und ein Gehäuseoberteil (2) umfaßt, das den zumindest teilweise flexibel ausgebildeten Gehäusebereich (10, 11, 12) aufweist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunter- und oberteil (1, 2) jeweils Mittel zum Verschließen des Gehäuses aufweisen, insbesondere Schnapphaken und/oder entsprechende Schnapphakenaufnahmen.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseunterteil (1) zur Aufnahme des Sensors (3) vorgesehen ist und hierzu Sensorbefestigungsmittel, insbesondere entsprechend ausgebildete Aufnahmen für den Sensor (3) aufweist, um den Sensor (3) in eine definierte Lage zur Oberfläche (30) zu bringen.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest teilweise flexibel ausgebildete Gehäusebereich durch mehrere im Wesentlichen starre Segmente (10, 11, 12) gebildet wird, die über flexibel ausgebildete Anbindungen (20) miteinander verbunden sind.
Befestigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittel eine beidseitig klebende Folie sind.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile (1, 2) durch die Ausführung der Verbindung untereinander so zueinander positioniert werden können, dass die Positionierung des Sensors (3) in geeigneter Weise gewährleistet ist.
Verwendung einer Befestigungsvorrichung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Montage eines Pre-Crash-Sensors an einer Windschutzscheibe eine Kraftfahrzeugs.