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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundscheibenanordnung, insbesondere
für Kraftfahrzeuge,
mit einer Verbundscheibe und wenigstens einer optischen Sensoreinrichtung
zur Erfassung von Feuchtigkeit auf einer Außenfläche der Verbundscheibe.
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Stand der Technik
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Moderne
Kraftfahrzeuge sind häufig
mit einer optischen Sensoreinrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit
auf einer Außenfläche der
Frontscheibe ausgerüstet,
welche mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung einer Scheibenwischanlage
der Frontscheibe so gekoppelt ist, dass Wischvorgänge in Abhängigkeit
des Grades der Benetzung der Frontscheibe automatisch steuerbar
sind. Derartige optische Sensoreinrichtungen – meist als ”Regensensoren” bezeichnet – werden
in der Praxis in zahlreichen Varianten eingesetzt und sind bereits
vielfach in der Patentliteratur beschrieben worden. Sie basieren
auf dem Grundprinzip, dass die Frontscheibe als optischer Wellenleiter
dient, wobei von einem optischen Sender erzeugtes Licht auf der
dem Fahrgastraum zugewandten Scheibeninnenseite eingekoppelt und nach
Totalreflexion an der vom Fahrgastraum abgewandten Scheibenaußenseite
auf der Scheibeninnenseite ausgekoppelt und von einem optischen Empfänger erfasst
wird. Je nach Grad der Benetzung der Außenfläche der Frontscheibe, welche
mit einer Änderung
des Brechungsindex für
den Übergang Scheibe/Luft
der Scheibenaußenseite
einhergeht, variiert der Anteil des reflektierten Lichts, so dass
indirekt auf die Menge an Flüs sigkeit
bzw. Grad der Benetzung auf der Außenfläche der Frontscheibe geschlossen
werden kann.
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Regensensoren
müssen
einerseits im Wischfeld der Frontscheibe angebracht sein, dürfen andererseits
aber die freie Sicht des Fahrers zumindest nicht wesentlich beeinträchtigen.
Gewöhnlicher Weise
werden Regensensoren zu diesem Zweck im Bereich des Innenrückspiegels
auf der Innenseite der Frontscheibe montiert. Zudem kann in diesem
Fall der im Bereich der Frontscheibe befindliche Anteil der elektrischen
Leitungen zur Versorgung des Regensensors mit elektrischer Leistung
und zur Signalübertragung
an die Steuereinrichtung der Scheibenwischanlage relativ kurz gehalten
werden.
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In
Kraftfahrzeugen mit Verbundscheiben, welche typischer Weise aus
einer Außen-
und Innenscheibe mit einer Zwischenlage aus beispielsweise Polymermaterial
bestehen, wird das Licht auf der dem Fahrgastraum zugewandten Innenseite
der Verbundscheibe eingekoppelt, passiert die Zwischenlage, und
wird nach Totalreflexion an der Außenseite der Außenscheibe
auf der Innenseite der Verbundscheibe wieder ausgekoppelt.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Verbundscheibenanordnung
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Verbundscheibenanordnung, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Verbundscheibenanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gezeigt.
Die Verbundscheiben anordnung umfasst eine Verbundscheibe, die aus
wenigstens zwei beispielsweise gläsernen Scheiben besteht, die
durch eine beispielsweise aus Polymermaterial bestehende Zwischenlage
miteinander verbunden sind. In einem Kraftfahrzeug sind dies eine
auf Seite der Fahrgastzelle angeordnete Innenscheibe und eine die
Verbundscheibe zur Umgebung hin abgrenzende Außenscheibe, die über die
Zwischenlage zur Verbundscheibe verbunden sind. Sie umfasst weiterhin
wenigstens eine optische Sensoreinrichtung zur optischen Erfassung
von Feuchtigkeit auf einer von der Zwischenschicht abgewandten Außenfläche der
Verbundscheibe. Wesentlich hierbei ist, dass die optische Sensoreinrichtung
zwischen den beiden Scheiben angeordnet und mittels transparenter,
flächiger Leiterbahnen
elektrisch kontaktiert ist. Die optische Sensoreinrichtung umfasst
zu diesem Zweck einen optischen Sender zum Erzeugen von Licht, sowie
gegebenenfalls ein dem Sender zugeordnetes Lichteinkoppelelement,
durch das das erzeugte Licht in geeigneter Weise unmittelbar in
jene Scheibe eingekoppelt werden kann, deren Benetzung erfasst werden soll.
Sie umfasst weiterhin einen optischen Empfänger zum Erfassen von an der
Außenfläche der
Verbundscheibe reflektierter Strahlung, sowie gegebenenfalls ein
dem Empfänger
zugeordnetes Lichtauskoppelelement, durch das das erzeugte Licht
in geeigneter Weise aus jener Scheibe, deren Benetzung erfasst werden
soll, ausgekoppelt werden kann. Des Weiteren umfasst die optische
Sensoreinrichtung typischer Weise eine Auswerteeinheit zur Auswertung elektronischer
Signale des optischen Detektors, deren Ausgangssignale beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Scheibenwischanlage
einer Frontscheibe zugeführt werden
können.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere in eine solche Steuereinrichtung
integriert sein.
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Die
transparenten, flächigen
Leiterbahnen bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise
eine auf die Zwischenlage aufgedampfte dünne Schicht aus einem metallischen
Material oder ein durch Zusatz eines metallischen Materials leitfähig gemachtes
Polymermaterial. Insbesondere kann es sich hierbei um ein transparentes,
leitfähiges
Oxid auf Basis oxidischer Halbleiter mit einem niedrigen spezifischen
Widerstand handeln, beispielsweise Indiumzinnoxid (In2O3:SnO2), Aluminiumzinkoxid
(ZnO:Al) und Fluorzinnoxid (SnO2:F).
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In
Sinne vorliegender Erfindung umfasst der Ausdruck ”Licht” elektromagnetische
Strahlung, die auch außerhalb
des sichtbaren Wellenlängenbereichs
liegen kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Verbundscheibenanordnung
kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Licht unmittelbar
in jene Scheibe eingekoppelt wird, auf deren Außenfläche die Benetzung erfasst werden
soll. Im Kraftfahrzeug ist dies die Außenfläche der Außenscheibe der Verbundscheibe.
In vorteilhafter Weise kann hierdurch vermieden werden, dass das
Licht die andere Scheibe (Innenscheibe im Kraftfahrzeug) der Verbundscheibe
und die Zwischenlage passiert, so dass die Messgenauigkeit aufgrund
unvermeidlicher optischer Inhomogenitäten und Streufehler verbessert
werden kann. In besonders vorteilhafter Weise ist die freie Sicht
des Fahrers aufgrund der transparenten, flächigen Leiterbahnen zur elektrischen
Kontaktierung der optischen Sensoreinrichtung nicht beeinträchtigt,
wobei es möglich ist,
die transparenten Leiterbahnen in beliebiger Weise an einen oder
mehrere Ränder
der Verbundscheibe zu führen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
ist die optische Sensoreinrichtung in einer zur Außenfläche der
Verbundscheibe hin offenen Ausnehmung bzw. Tiefung der Zwischenlage
angeordnet. Durch diese Maßnahme
kann die Verbundscheibenanordnung in besonders einfacher Weise hergestellt
werden, ohne die Struktur der Verbundscheibe wesentlich zu beeinträchtigen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
sind die transparenten, flächigen
Leiterbahnen zur Kontaktierung der optischen Sen soreinrichtung auf
einer Oberfläche
der Zwischenschicht aufgebracht, was eine besonders einfache Herstellbarkeit
der Leiterbahnen ermöglicht.
So können
die Leiterbahnen beispielsweise durch flächiges Beschichten der Zwischenlage
mit leitfähigem
Material beispielsweise mittels Aufdampfen und anschließender Formung
der Leiterbahnen durch selektives Entfernen von leitfähigem Material
hergestellt werden. Die transparenten Leiterbahnen können insbesondere auf
jener Oberfläche
der Zwischenlage geformt sein, welche der Außenfläche der Verbundscheibe, deren Benetzung
detektiert werden soll, zugewandt ist. Dies erleichtert die elektrische
Kontaktierung der optischen Sensoreinrichtung, da die transparenten
Leiterbahnen in einfacher Weise bis zur optischen Sensoreinrichtung
geführt
werden können.
Gleichermaßen
ist es jedoch auch möglich,
dass die transparenten Leiterbahnen auf jener Oberfläche der
Zwischenlage geformt sind, welche von der Außenfläche der Verbundscheibe, deren
Benetzung detektiert werden soll, abgewandt ist. In diesem Fall
kann die optische Sensoreinrichtung über elektrische Brücken, beispielsweise
Kontaktstifte, innerhalb der Zwischenlage mit den transparenten
Leiterbahnen elektrisch verbunden werden. Denkbar wäre auch,
die Zwischenlage beispielsweise mit Durchgangsöffnungen zu versehen, die mit
einem transparenten elektrischen Material verfüllt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
ist die oben genannte Auswerteeinheit zur Auswertung elektronischer
Signale des optischen Empfängers
außerhalb
der Verbundscheibe angeordnet. Durch diese Maßnahme kann der im Bereich der
Verbundscheibe angeordnete Teil der optischen Sensoreinrichtung,
im Wesentlichen bestehend aus dem optischen Sender und optischen
Empfänger,
in seinen Abmessungen relativ klein gestaltet werden. Insbesondere
in diesem Fall kann die optische Sensoreinrichtung auch im Sichtfeld
des Fahrers eines Kraftfahrzeugs platziert werden, ohne die Sicht
wesentlich zu beeinträchtigen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
in einem Kraftfahrzeug kann es von Vorteil, wenn die optische Sensoreinrichtung
in der Nähe
eines Innenrückspiegels
des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Insbesondere in diesem Fall kann
es weiterhin von Vorteil sein, wenn die transparenten Leiterbahnen
zu den seitlichen Rändern
und/oder einem Oberrand und/oder einem Unterrand der Verbundscheibe geführt sind,
wodurch elektrische leitende Verbindungen zwischen der optischen
Sensoreinrichtung und einer Spannungsquelle (beispielsweise Autobatterie) zur
Versorgung der Sensoreinrichtung mit elektrischer Leistung und/oder
der Auswerteeinheit zur Auswertung elektrischer Signale des optischen
Empfängers
kurz gehalten werden können,
um in der industriellen Serienfertigung in vorteilhafter Weise Material
und Kosten einzusparen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
erstreckt sich die Verbundscheibe in Form einer so genannten ”Panoramascheibe” bis zu
einem die beiden gegenüberliegenden
B-Säulen
einer Fahrzeugkarosserie miteinander verbindenden Dachquerträger. In
diesem Fall ist eine nicht-sichtbare, elektrische Kontaktierung
der optischen Sensoreinrichtung durch die transparenten, flächigen Leiterbahnen
besonders vorteilhaft.
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Die
Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit
wenigstens einer wie oben beschriebenen Verbundscheibenanordnung
ausgerüstet
ist.
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Ausführungsbeispiele
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht in Fahrzeuglängsrichtung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung
eines Kraftfahrzeugs;
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2 eine
Detailansicht der Verbundscheibenanordnung von 1;
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3A–3D schematische
perspektivische Ansichten der Verbundscheibe der Verbundscheibenanordnung
von 1 zur Veranschaulichung verschiedener beispielhafter
Varianten der transparenten Leiterbahnen zur Kontaktierung der optischen
Sensoreinrichtung.
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In 1 ist
in einer schematischen Übersichtsdarstellung
eine insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Verbundscheibenanordnung
eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht. Demnach umfasst die erfindungsgemäße Verbundscheibenanordnung 1 eine
als Windschutzscheibe dienende, frontale Verbundscheibe 2,
die sich von einem frontalen Karosserieabschnitt 9 bis
zu einem die beiden B-Säulen 5 der
Karosserie miteinander verbindenden Dachquerträger 6 erstreckt. Die
beiden B-Säulen 5 stellen
wie üblich
eine tragende Verbindung zwischen dem Fahrzeugboden und Fahrzeugdach
im Bereich der Mitte der Fahrgastzelle dar. Insofern kann die Verbundscheibe 2 in
einen sich schräg
zur Horizontalen bzw. Fahrbahn erstreckenden Frontabschnitt 3 und
einen sich zumindest annähernd
parallel zur Horizontalen bzw. Fahrbahn erstreckenden Dachabschnitt 4 unterteilt
werden. Im Bereich eines Innenrückspiegels 8 des
Kraftfahrzeugs umfasst die Verbundscheibenanordnung 1 einen
optischen Sensor zur Erfassung der Benetzung der Außenfläche 10 der
Verbundscheibe 2, im Weiteren als Regensensor 7 bezeichnet.
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In 2 ist
der Aufbau der Verbundscheibe 2 näher dargestellt. Demnach umfasst
die Verbundscheibe 2 zwei gläserne Scheiben, nämlich eine
Außenscheibe 11 und
eine Innenscheibe 12, durch die eine Fahrgastzelle 18 des
Kraftfahrzeugs von der äußeren Umgebung
getrennt ist. Außen-
und Innenscheibe 11, 12 sind durch eine Zwischenlage 13 aus klebendem
Polymermaterial miteinander verbunden. Im Bereich zwischen Außen- und Innenscheibe 11, 12 der
Verbundscheibe 2 ist der Regensensor 7 angeordnet,
wobei der Regensensor 7 in einer sich zur Außenscheibe 11 hin öffnenden
Ausnehmung 19 der Zwischenlage 13 aufgenommen
ist. Die Ausnehmung 19 ist als Tiefung einer der Außenscheibe 11 zugewandten,
ersten Oberfläche 20 der
Zwischenlage 13 geformt. Auf einer der Innenscheibe 12 zugewandten,
zweiten Oberfläche 21 der
Zwischenlage 13 sind eine Mehrzahl optisch transparenter,
flächiger
Leiterbahnen 14 aus einem elektrisch leitfähigen Material
geformt. Eine elektrische Verbindung zwischen dem Regensensor 7 und
den transparenten Leiterbahnen 14 erfolgt durch die elektrischen
Kontaktstifte 15. Alternativ könnten die transparenten, flächigen Leiterbahnen 14 auf
der ersten Oberfläche 20 der
Zwischenlage 13 geformt sein, was die Kontaktstifte 15 verzichtbar
macht.
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Der
Regensensor 7 dient zur Erfassung einer Benetzung der Außenfläche 10 der
Außenscheibe 11 der
Verbundscheibe 2 mit Flüssigkeit.
Zu diesem Zweck umfasst der Regensensor 7 einen optischen Sender 22 zum
Erzeugen von Licht, das über
ein nicht näher
dargestelltes Lichteinkoppelelement als einfallender Lichtstrahl 16 unmittelbar
in die Außenscheibe 11 eingekoppelt
wird. Ein Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls 16 ist
hierbei so gewählt, dass
der Lichtstrahl 16 an der Außenfläche 10 der Außenscheibe 11 totalreflektiert
wird. Die Intensität des
reflektierten Lichtstrahls 17 hängt hierbei von der Benetzung
der Außenfläche 10 der
Außenscheibe 11 ab.
Der reflektierte Lichtstrahl 17 wird über ein nicht näher dargestelltes
Lichtauskoppelelement von einem optischen Empfänger 23 des Regensensors 7 detektiert,
der ein auf der empfangenen Lichtintensität basierendes, elektrisches
Signal erzeugt. Der Aufbau und die Funktionsweise der Komponenten
eines solchen Regensensors 7, einschließlich der Lichtein- und Lichtauskoppelelemente,
sind dem Fachmann an sich bekannt, so dass es sich erübrigt hier
näher darauf
einzugehen.
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Der
Regensensor 7 ist über
die transparenten, flächigen
Leiterbahnen 14 mit einer schematisch dargestellten Auswerteeinheit 25 zur
Auswertung der elektrischen Signale des optischen Empfängers verbunden,
wobei die Auswerteeinheit 25 in eine schematisch dargestellte
Steuereinrichtung 24 zur automatischen Steuerung einer
nicht näher
dargestellten Scheibenwischanlage zum Wischen der Verbundscheibe 2 integriert
ist. Die Steuereinrichtung 24 und somit die Auswerteinheit 25 befindet
sich außerhalb der
Verbundscheibe 2.
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Die
transparenten, flächigen
Leiterbahnen 14 bestehen aus einem transparenten, leitfähigen Oxid
auf Basis eines oxidischen Halbleiters mit einem niedrigen spezifischen
Widerstand, beispielsweise Indiumzinnoxid (In2O3:SnO2). Sie werden
durch Aufdampfen einer Oxidschicht auf die zweite Oberfläche 21 der
Zwischenlage 13 und anschließendes selektives Entfernen
von Schichtabschnitten hergestellt. Über die Breite der flächigen Leiterbahnen 14 kann gezielt
deren elektrischer Widerstand eingestellt werden. Es wäre auch
denkbar, als Alternative die zweite Oberfläche 21 der Zwischenlage 13 zu
maskieren, wobei die Maske entsprechend der gewünschten Leiterbahnen 14 ausgespart
ist, gefolgt von einem Aufdampfen einer Oxidschicht auf die maskierte
zweite Oberfläche 21.
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In
den 3A–3D sind
verschiedene beispielhafte Varianten für den Verlauf der transparenten,
flächigen
Leiterbahnen 14 dargestellt. In 3A erstrecken
sich die transparenten Leiterbahnen 14 in Fahrzeugquerrichtung
zu den beiden Seitenrändern 26 der
Verbundscheibe 2. In 3B erstrecken
sich die transparenten Leiterbahnen 14 in Fahrzeuglängsrichtung
zu einem am Dachquerträger 6 angeordneten
Oberrand 28 der Verbundscheibe 2. In 3C erstrecken
sich die transparenten Leiterbahnen 14 sowohl in Fahrzeugquerrichtung
zu den beiden Seitenrändern 26 als
auch in Fahrzeuglängsrichtung
zu einem am frontalen Karosserieabschnitt 9 angeordneten
Unterrand 27 der Verbundscheibe 2. In 3D erstrecken
sich die transparenten Leiterbahnen 14 sowohl in Fahrzeugquerrichtung
zu den beiden Seitenrändern 26 als
auch schräg
zur Fahrzeuglängsrichtung
zum Oberrand 28 der Verbundscheibe 2.
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Wie
bereits in Verbindung mit 2 erläutert wurde,
dienen die transparenten Leiterbahnen 14 für eine elektrische
Verbindung des Regensensors 7 mit der Steuereinrichtung 24 zur Übertragung
der elektrischen Signale zur automatischen Steuerung der Scheibenwischanlage
in Abhängigkeit
des Grads der Benetzung der Außenfläche 10 der
Verbundscheibe 2. Die transparenten Leiterbahnen 14 dienen
weiterhin für
eine elektrische Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Fahrzeugbatterie
zur Speisung des Regensensors 7 mit elektrischer Leistung.
Wie in Verbindung mit den 3A–3D veranschaulicht,
kann der jeweilige Verlauf der transparenten Leiterbahnen 14 an
die Lage der Steuereinrichtung 24 bzw. Fahrzeugbatterie
gezielt angepasst werden, um die elektrischen Verbindungen möglichst
kurz zu halten.
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In
der erfindungsgemäßen Verbundscheibenanordnung 1 wird
der einfallende Lichtstrahl 16 zur Erfassung der Benetzung
der Außenfläche 10 der Außenscheibe 11 unmittelbar
in die Außenscheibe 11 eingekoppelt,
so dass sich optische Inhomogenitäten der Innenscheibe 10 bzw.
Zwischenlage 13 nicht auswirken können. Der Regensensor 7 kann
vergleichsweise klein ausgeführt
werden, da die Auswerteeinheit 25 außerhalb der Verbundscheibe 2 angeordnet ist.
Durch einen wahlfrei gestaltbaren Verlauf der transparenten Leiterbahnen 14,
welche die freie Sicht des Fahrers nicht beeinträchtigen, können kurze elektrische Verbindungen
zwischen dem Regensensor 7 und der Auswerteeinheit 25 bzw.
Fahrzeugbatterie realisiert werden.
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- 1
- Verbundscheibenanordnung
- 2
- Verbundscheibe
- 3
- Frontabschnitt
- 4
- Dachabschnitt
- 5
- B-Säule
- 6
- Dachquerträger
- 7
- Regensensor
- 8
- Innenrückspiegel
- 9
- frontaler
Karosserieabschnitt
- 10
- Außenfläche
- 11
- Außenscheibe
- 12
- Innenscheibe
- 13
- Zwischenlage
- 14
- Leiterbahn
- 15
- Kontaktstift
- 16
- einfallender
Lichtstrahl
- 17
- reflektierter
Lichtstrahl
- 18
- Fahrgastzelle
- 19
- Ausnehmung
- 20
- erste
Oberfläche
- 21
- zweite
Oberfläche
- 22
- Sender
- 23
- Empfänger
- 24
- Steuereinrichtung
- 25
- Auswerteeinheit
- 26
- Seitenrand
- 27
- Unterrand
- 28
- Oberrand