DE102008031307A1

DE102008031307A1 - Kapazitive Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102008031307A1
Application number: DE200810031307
Authority: DE
Inventors: Carsten Cilensek; Rolf Herrmann; Brigitte Nitsche
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein kapazitive Sensoranordnung. Zur Überwachung lang gestreckter Bereiche ist es bisher erforderlich, eine Vielzahl separater Sensoren zu installieren, was mit einem entsprechenden Aufwand verbunden ist. Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine kapazitive Sensoranordnung für längere zu sensierende Bereiche zu schaffen, die preiswert herzustellen und einfach zu montieren ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Erregerleitung und die Sensorleitung länglich sind und dass mindestens ein Sensor durch partielles Entfernen der Abschirmung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Sensoren sind an sich bekannt und werden im Kraftfahrzeugbau eingesetzt, um bei elektromotorisch angetriebenen Vorrichtungen z. B. Schutzfunktionen zu bewirken. Diese Vorrichtungen sind z. B. Klappen, Türen, falt- oder klappbare Dächer. Die bekannten Sensoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie jeweils einen nur kurzen Bereich überwachen können. Daher ist für längere zu sensierende Bereiche eine Vielzahl von Sensoren erforderlich, was mit einem entsprechenden Aufwand für die Herstellung und Montage verbunden ist.
Aus der DE 102 48 761 A1 ist ein kapazitiver Sensor bekannt, der eine Anordnung aus einer Mehrzahl von Elektroden auf einem Träger und Mittel zur Messung einer Kapazität oder Kapazitätsänderung umfasst. Der Träger ist flächig aus einem Folienmaterial gebildet. Wenn längere Bereiche zu sensieren sind, muss eine entsprechende Anzahl von Trägern angeordnet werden, was entsprechend aufwändig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kapazitive Sensoranordnung für längere zu sensierende Bereiche zu schaffen, die preiswert herzustellen und einfach zu montieren ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erregerleitung und die Sensorleitung sind länglich. Hierdurch können handelsübliche Kabel und ähnliche Leitungen verwendet werden. Mindestens ein Sensor ist durch partielles Entfernen der Abschirmung gebildet. Hierfür wird über eine bestimmte Länge der Sensorleitung die Abschirmung so herausgetrennt, dass die Sensorleitung zu einem zu überwachenden Bereich offen ist. Dies ist einfach durchführbar. Weiterhin können so in einer einzigen Sensorleitung mehrere Sensoren hintereinander angeordnet werden, so dass für viele Sensoren nur wenige oder bei einer besonderen Ausführung nur ein einziges – Kabel montiert werden müssen.
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.
Bevorzugt wird Flachbandsubstrat wie Flachbandkabel oder Folienkabel eingesetzt, das minimalen Bauraum benötigt und auf einfachstem Weg die Anordnung von mehreren parallelen Sensorleitungen ermöglicht. Als Abschirmung sind hier einerseits geerdete Leitungen jeweils zwischen den Sensorleitungen und den Erregerleitungen sowie als äußerste Leiter angeordnet. Andererseits dienen angrenzende Karosserieteile und eine leitende Folie als Abschirmung. Die Folie weist an den Stellen, an denen ein Sensor gebildet sein soll, Aussparungen auf, also eine partielle Abschirmung, und ist in montiertem Zustand auf einer von der Karosserie abgewandten und dem zu überwachenden Bereich zugewandten Seite des Flachbandsubstrats befestigt. Das Flachbandsubstrat ist besonders gut geeignet, um einen langen Bereich, der aufgrund seiner Geometrie hohe Ansprüche stellt, wie z. B. eine Kante eines Kofferraumdeckels oder einer Schiebetür komplett zu überwachen.
In einer Alternative sind die Sensorleitung und die Abschirmung in einem Koaxialkabel zusammengefasst. Hierbei können die Sensorleitungen bis zu einer Auswertevorrichtung geführt sein, ohne dass ein anderes Kabel angeschlossen werden muss. Ein einziges Koaxialkabel eignet sich z. B. besonders für die Überwachung von Bereichen, die über eine Länge verteilt sind.
In einer bevorzugten Alternative sind mehr als ein Sensor in einer Sensorleitung gebildet. Auf diese Weise ist eine große Länge eines zu überwachenden Bereichs abgedeckt, ohne dass die Auswertung entsprechend komplexer wird.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Flachbandsubstrat mit Sensoren in der Draufsicht und
2 eine als Koaxialkabel ausgebildete Sensoranordnung in perspektivischer Ansicht.
Wie die 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt, umfasst eine kapazitive Sensoranordnung ein Flachbandsubstrat 1, das eine Vielzahl, hier dreizehn elektrischer Leiter 2, 3, 4 aufweist. Die allgemeine Formel lautet hier N = 4·n + 1, wobei N für die Anzahl der Leiter und n für eine beliebige natürliche Zahl steht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist N = 13 und n = 3. Die Leiter 2, 3, 4 sind gegeneinander elektrisch isoliert. Drei der Leiter sind als Sensorleitungen 2 ausgebildet, die als gestrichelte Linien dargestellt sind. Drei weitere der Leiter sind als Erregerleitungen 3 ausgebildet und als punktierte Linien dargestellt. Die Übrigen der Leiter dienen als Abschirmleitungen 4 und sind als durchgezogene Linie dargestellt. Die Leiter 2, 3, 4 sind geradlinig und parallel zueinander mit kurzem gegenseitigen Abstand angeordnet, wobei in der 1 von rechts nach links wiederholt folgende Reihenfolge eingehalten ist: Abschirmleitung 4, Erregerleitung 3, Abschirmleitung 4, Sensorleitung 2; die Reihenfolge schließt endgültig mit einer letzten der Abschirmleitungen 4 ab. In dem dargestellten Beispiel ist die Reihenfolge insgesamt dreimal wiederholt. Die gegenseitigen Abstände der Leiter 2, 3, 4 sind wegen der besseren Deutlichkeit stark vergrößert dargestellt.
Das Flachbandsubstrat 1 ist z. B. ein handelsübliches Flachbandkabel oder ein längliches Folienkabel, das heißt ein nicht leitendes Folienmaterial mit entsprechend aufgedruckten Leitern 2, 3, 4. Isolierendes Material des Flachbandsubstrats 1 weist eine geringe Dielektrizitätskonstante auf.
Das Flachbandsubstrat 1 ist einseitig, hier oben von einer abschirmenden Folie 5 bedeckt, die als graue Fläche dargestellt ist. Die Folie 5 ist z. B. ein selbstklebendes Kupferlaminat. Die Folie 5 weist eine Vielzahl von Aussparungen 6 auf, die gegeneinander versetzt genau über den Sensorleitungen 2 bis zu einer nächsten der Erregerleitungen 3 angeordnet und länglich sind. Eine Breite der Aussparungen 6 entspricht in etwa einem gegenseitigen Abstand der Leiter 2, 3, 4. Die Abschirmleitungen 4, die Folie 5 und in eingebautem Zustand ein angrenzender Teil einer Fahrzeug- Karosserie bilden eine Abschirmung für die Sensorleitungen 2, wobei die Aussparungen 6 ei nem partiellen Entfernen der Abschirmung entsprechen. Die Anzahl, die Anordnung und die Länge der Aussparungen 6 ist entsprechend den Anforderungen eines zu überwachenden Bereichs gewählt. Eine Länge der Aussparungen beträgt z. B. 5 mm bis 500 mm.
Die Leiter 2, 3, 4 sind elektrisch mit einer Auswertevorrichtung 8 verbunden. Hierfür sind hier entsprechend Koaxialverbindungskabel 7 angeordnet, je eines für die Erregerleitungen 3, die Abschirmleitungen 4 und jede der Sensorleitungen 2. Für die Abschirmleitungen 4 und die Sensorleitungen 2 sind auch andere, einfache Kabel einsetzbar.
Für die Herstellung der Sensoranordnung wird ein Stück Flachbandsubstrat 1 mit der gewünschten Anzahl der Leiter 2, 3, 4 in einer erforderlichen Länge von einer Vorratsrolle abgeschnitten und an den Enden mit entsprechenden Steckern, die nicht dargestellt sind, bestückt. In die Folie 5 werden an den erforderlichen Stellen die Aussparungen 6 gestanzt, so dass der oder die zu überwachende Bereich durch die Sensoren abgedeckt sind. Anschließend wird die Folie 5 auf eine bestimmte Seite des Flachbandsubstrats 1 geklebt. Die Herstellung ist also äußerst einfach. Hierbei sind Längen bis z. B. 2,0 m möglich.
Zur Montage wird die Sensoranordnung an einer entsprechenden Stelle eines Kraftfahrzeugs so befestigt, dass die Folie 5 von einer Karosserie weg und zu dem zu überwachenden Bereich weist, und mittels Steckverbindungen mit der Auswerteeinheit 8 verbunden.
Der Betrieb erfolgt wie bekannt über eine Auswertung von Kapazitätsänderungen.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Flachbandsubstrat 1 sind die Erregerleitungen 3 bei einer anderen Ausführungsart auf der Folie 5 befestigt. In diesem Fall erstrecken sich die Aussparungen 6 nur über den Sensorleitungen 2, also nicht über die angrenzenden Abschirmleitungen 4 und ist somit schaler. Jede Erregerleitung 3 verläuft jeweils angrenzend an die Aussparungen 6 der zugehörigen Sensorleitung 2
Ein aus der 2 ersichtliches Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung unterscheidet sich von dem Vorigen durch Folgendes:
Anstatt des Flachbandsubstrats 1 sind ein Koaxialkabel 9 und unmittelbar angrenzend parallel dazu die Erregerleitung 3 angeordnet. Eine Seele des Koaxialkabels 9 dient als die Sensorleitung 2, die konzentrisch von der Abschirmleitung 4 umgeben ist.
In vorbestimmten Abständen ist zur Bildung von Sensoren die Abschirmleitung 4 partiell entfernt. Hierfür sind in einem Mantel und in der Abschirmleitung 4 entsprechende Ausschnitte 10 angeordnet, wo das Material herausgeschnitten ist. Jeder Ausschnitt 10 ist länglich und weist im Querschnitt die Form eines Kreissegments auf. Die Erregerleitung 3 verläuft neben dem Bereich der Ausschnitte 10.
Die Länge des Koaxialkabels 9 und der Erregerleitung 3 sind so bemessen, dass ein direkter Anschluss an die Auswertevorrichtung 8 erfolgen kann.
Für die Herstellung der Sensoranordnung wird ein Koaxialkabel entsprechend den Erfordernissen abgelängt. Zur Bildung der Sensoren werden an entsprechenden Stellen die Ausschnitte 10 herausgeschnitten. Anschließend wird die Erregerleitung 3 so an dem Koaxialkabel 9 befestigt, dass sie im Bereich neben den Ausschnitten 10 verläuft.
Zur Montage wird die Sensoranordnung an einer entsprechenden Stelle des Kraftfahrzeugs so befestigt, dass die Ausschnitte von der Karosserie weg und zu dem zu überwachenden Bereich weist, und mit der Auswerteeinheit 8 verbunden.

1: Flachbandsubstrat
2: Sensorleitung
3: Erregerleitung
4: Abschirmleitung
5: Folie
6: Aussparung
7: Koaxialverbindungskabel
8: Auswertevorrichtung
9: Koaxialkabel
10: Ausschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10248761 A1 [0003]

Claims

Kapazitive Sensoranordnung umfassend mindestens eine Erregerleitung (3), mindestens eine Sensorleitung (2), wobei der Sensorleitung (2) eine Abschirmung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerleitung (3) und die Sensorleitung (2) länglich sind und dass mindestens ein Sensor durch partielles Entfernen der Abschirmung gebildet ist.
Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Flachbandsubstrat (1) mit einer Vielzahl von Leitern (2, 3, 4) umfasst, wobei das Flachbandsubsrat (1) mindestens einen Sensor bildet, wobei eine Anzahl N der Leiter (2, 3, 4) mindestens fünf beträgt und sich nach der Formel N = 4·n + 1, mit n gleich einer beliebigen natürlichen Zahl, berechnet, wobei die Leiter (2, 3, 4) im Wesentlichen geradlinig und parallel verlaufen, und wobei das Flachbandsubstrat (1) in einem Bereich, in dem die Sensoren angeordnet sind, einseitig von einer abschirmenden Folie (5) bedeckt ist, die zum Bilden eines Sensors partiell entfernt ist.
Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbandsubstrat (1) ein Folienkabel ist.
Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbandsubstrat (1) ein Flachbandkabel ist.
Kapazitive Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorleitung (2) und die Abschirmung (4) als Koaxialkabel (9) zusammengefasst sind.
Kapazitive Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sensorleitung (2) mehr als ein Sensor gebildet ist.
Kapazitive Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (2, 3, 4) an Koaxialverbindungskabel (7) angeschlossen sind.