DE102009029079A1

DE102009029079A1 - Streufeldkondensator für einen Regensensor, Regensensor und Verfahren zum Erfassen von Regen auf einer Windschutzscheibe

Info

Publication number: DE102009029079A1
Application number: DE200910029079
Authority: DE
Inventors: Szilard Szoke; Istvan Fater; Attila Denes Molnar; Robert Paku
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Streufeldkondensator für einen Regensensor, wobei der Streufeldkondensator ausgebildet ist, Regen und/oder kondensierte Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe zu erfassen und bevorzugt eine Streufeldkapazität in Abhängigkeit des Regens und/oder der kondensierten Feuchtigkeit zu ändern. Erfindungsgemäß weist der Streufeldkondensator eine insbesondere zentral oder exzentrisch angeordnete Referenzelektrode auf und wenigstens eine die Referenzelektrode umschließende weitere Gegenelektrode. Die Referenzelektrode und die wenigstens eine Gegenelektrode erstrecken sich in einer gemeinsamen Elektrodenebene.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Streufeldkondensator für einen Regensensor, wobei der Streufeldkondensator ausgebildet ist, Regen und/oder kondensierte Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe zu erfassen und bevorzugt eine Streufeldkapazität in Abhängigkeit des Regens und/oder der kondensierten Feuchtigkeit zu ändern.
Aus der DE 10 2006 030 208 B4 ist eine Sensoranordnung zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer Scheibe bekannt, bei der zwei Messkondensatoren auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Messkondensatoren weisen jeweils eine Mittenelektrode auf, welche von einer Gegenelektrode umschlossen ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist der Streufeldkondensator der eingangsgenannten Art eine insbesondere zentral oder exzentrisch angeordnete Referenzelektrode auf, und wenigstens eine die Referenzelektrode umschließende weitere Gegenelektrode. Bevorzugt erstrecken sich die Referenzelektrode und die wenigstens eine Gegenelektrode in einer gemeinsamen Elektrodenebene. Bevorzugt sind die Referenzelektrode und die wenigstens eine Gegenelektrode jeweils galvanisch voneinander getrennt. Weiter bevorzugt sind die Gegenelektroden galvanisch voneinander getrennt.
Bevorzugt weist der Streufeldkondensator wenigstens zwei Gegenelektroden auf, welche jeweils die Referenzelektrode umschließen. Die Gegenelektroden können beispielsweise jeweils zueinander verschiedene Durchmesser aufweisen.
Durch die Mehrzahl von Gegenelektroden sind vorteilhaft weitere Teilkapazitäten gebildet, welche jeweils zusammen mit der Referenzelektrode zueinander verschiedene Feldlinienformen ausbilden können. Denkbar ist auch die Ausbildung einer Teilkapazität zwischen zwei Gegenelektroden zum Erzeugen eines Streufeldes.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Streufeldkondensators weist die Referenzelektrode wenigstens zwei sich längserstreckende Elektrodenabschnitte auf, welche jeweils von einem geometrischen Zentrum der Referenzelektrode radial abweisend verlaufen. Durch diese Anordnung der sich längserstreckenden Elektrodenabschnitte in Bezug auf ein gemeinsames geometrisches Zentrum kann der Streufeldkondensator vorteilhaft weniger störanfällig gegenüber Verschmutzungen im Erfassungsbereich oder gegenüber störenden elektromagnetischen Feldern sein.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Referenzelektrode vier Elektrodenabschnitte auf, welche zusammen ein Kreuz bilden. Durch diese Anordnung kann vorteilhaft ein zentralsymmetrisches elektrisches Streufeld ausgebildet werden, welches sich in zwei zueinander verschiedenen, in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen erstreckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind radial um das geometrische Zentrum umlaufend insbesondere unmittelbar zueinander benachbarte Elektrodenabschnitte orthogonal zueinander angeordnet. Dadurch kann vorteilhaft ein Störeinfluss, welcher gerichtet auf das Streufeld einwirkt, sich weniger störend auswirken als vergleichsweise eine in nur eine Richtung sich längserstreckende Referenzelektrode des Streufeldkondensators.
In einer bevorzugten Ausführungsform schließen radial umlaufend zueinander insbesondere unmittelbar benachbarte Elektrodenabschnitte einen Winkel von kleiner als 90 Grad zwischeneinander ein. Durch diese Ausführungsform wird durch den Streufeldkondensator ein hinsichtlich verschmutzungsbedingter Störeinflüsse resistentes Streufeld ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Referenzelektrode des Streufeldkondensators acht Elektrodenabschnitte auf, wobei radial um das geometrische Zentrum umlaufend zueinander benachbarte Elektrodenabschnitte einen Winkel von 45° zwischeneinander einschließen. In dieser Ausführungsform kann der Streufeldkondensator durch die zentralsymmetrische Ausbildung vorteilhaft sowohl einen großen Erfassungsbereich ausbilden, welcher mittels der Elektrodenabschnitte in Teilbereiche aufgeteilt ist, als auch durch die Aufteilung des Erfassungsbereiches in Teilbereiche unempfindlicher gegen lokal wirkende Störeinflüsse, insbesondere Verschmutzung, ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Streufeldkondensators ist die Referenzelektrode oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode, bezogen auf das geometrische Zentrum punktsymmetrisch ausgebildet.
Dadurch kann vorteilhaft eine Interferenz, die von außen auf den Streufeldkondensator wirkt, reduziert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Streufeldkondensators ist die Referenzelektrode, oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode, punktförmig oder kreisförmig, insbesondere vollkreisförmig ausgebildet.
Durch die punktförmig oder kreisförmig ausgebildete Referenzelektrode kann vorteilhaft, insbesondere in Verbindung mit einer ringförmig ausgebildeten Gegenelektrode, ein annular ausgebildetes Streufeld erzeugt werden. Das annular geformte Streufeld weist vorteilhaft eine gleichmäßige Flächenabdeckung eines Erfassungsbereichs auf.
Die punktförmige oder kreisförmig ausgebildete Referenzelektrode ist beispielsweise nicht zentral, insbesondere exzentrisch angeordnet. Dadurch kann beispielsweise mittels eines Streufeldes eines Streufeldkondensators sowohl ein von Regen besetzbarer Erfassungsbereich erfasst werden, als auch ein Erfassungsbereich, in welchem sich die Windschutzscheibe befindet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Streufeldkondensators ist die Referenzelektrode, oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode, oval oder ellipsenförmig ausgebildet. Dadurch kann vorteilhaft ein längsgestreckter Erfassungsbereich erzeugt werden, welcher beispielsweise bei entsprechender Anordnung des Streufeldkondensators auf der Windschutzscheibe mittels einer Projektion eines Fahrzeugrückspiegels verdeckt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Streufeldkondensators weist die Referenzelektrode, oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode, zwei parallel zueinander verlaufende Elektrodenabschnitte auf, wobei in gleiche Richtung weisende Elektrodenabschnittsenden mittels eines sich in die Richtung erstreckenden Rundabschnittes, insbesondere einer Kreishälfte, miteinander verbunden sind. Dadurch kann vorteilhaft eine Geometrie der Elektrode in Form eines Stadions gebildet sein.
Weiter bevorzugt sind die parallel zueinander verlaufenden Elektrodenabschnitte mittels eines einen Steg bildenden Stegabschnittes miteinander verbunden. So kann beispielsweise die Form eines Spielfeldes eines Stadions mit zwei Spielhälften gebildet sein. Durch die Elektrodenform des Stadions mit den mittels eines Steges verbundenen parallel zueinander verlaufenden Elektrodenabschnitten können vorteilhaft sowohl von dem Steg, als auch zusätzlich von dem Ringanteil der Referenzelektrode Feldlinien erzeugt werden, welche zu der ringförmig ausgebildeten Gegenelektrode verlaufen. Dadurch wird der Streufeldkondensator vorteilhaft weniger anfällig gegenüber Störeinflüssen.
Der Streufeldkondensator weist bevorzugt eine Rückseite auf, welche eine flächig ausgebildete Elektrode als Abschirm-Schild aufweist. Das Abschirm-Schild ist bevorzugt auf einem Substrat angeordnet. Beispielsweise können das Abschirm-Schild und der Streufeldkondensator jeweils auf einem gesonderten Substrat angeordnet sein. Dadurch kann der Regensensor vorteilhaft in einem Dünnschichtverfahren oder in einem Ätz-Verfahren hergestellt sein. Weiter vorteilhaft kann so das Streufeld nicht von einer mit dem Streufeldkondensator verbundenen Erfassungselektronik störend beeinflusst werden.
Die Erfindung betrifft auch einen Regensensor mit einem Streufeldkondensator, insbesondere einem Streufeldkondensator der vorbeschriebenen Art. Der Regensensor ist bevorzugt ausgebildet, eine Kapazitätsänderung des Streufeldkondensators zu erfassen und in Abhängigkeit der Kapazitätsänderung ein den Regen und/oder die kondensierte Feuchtigkeit repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen.
Der Streufeldkondensator des Regensensors weist bevorzugt wenigstens zwei Streufeldkapazitäten und Mittel zur Differenzbildung auf, wobei der Regensensor ausgebildet ist, wenigstens eine Differenzkapazität zwischen zwei der Streufeldkapazitäten durch Differenzbildung zu ermitteln. Dadurch kann vorteilhaft ein Einfluss einer Windschutzscheibe und/oder von Verschmutzung auf der Windschutzscheibe mittels der Differenzbildung eliminiert werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist zu dem Streufeldkondensator ein Stützkondensator in Serie oder parallel geschaltet. Dadurch kann der Streufeldkondensator vorteilhaft an einen Messbereich eines erfassenden Messgerätes angepasst werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erfassen von Regen und/oder kondensierter Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe mittels wenigstens eines Streufeldkondensators, insbesondere mittels eines Streufeldkondensators der vorbeschriebenen Art.
Bei dem Verfahren werden ausgehend von einer Referenzelektrode mindestens zwei Streufeldkapazitäten von mindestens zwei Gegenelektroden erzeugt, wobei die Gegenelektroden jeweils die Referenzelektrode umschließen und die Gegenelektroden radial zur Referenzelektrode in zueinander verschiedenem Abstand ausgebildet sind, so dass Streufeldlinien zwischen der Referenzelektrode und den Gegenelektroden sich zueinander verschieden weit in einen insbesondere dielektrischen Erfassungsraum erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mittels wenigstens eines aus zwei der Elektroden gebildeten Streufeld-Teilkondensators ein Gesamtfeld des Streufeldkondensators moduliert, insbesondere spannungsmoduliert. Durch die Modulation des insbesondere stationären Streufeldes des Gesamtfeldes mittels des Teilkondensators kann vorteilhaft eine Differenzbildung der durch die Modulation erzeugten zueinander verschiedenen Streufeldkapazitäten erfolgen. Beispielsweise kann ein Regensensor mittels Differenzbildung die durch die Modulation erzeugten zueinander verschiedenen Streufeldkapazitäten voneinander subtrahieren und so in Abhängigkeit des Subtraktionsergebnisses ein Regen und/oder kondensierte Feuchtigkeit repräsentierendes Ausgangssignal erzeugen.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
1 zeigt Ausführungsbeispiele für vorteilhafte Streufeldkondensatoren. 1 zeigt einen Streufeldkondensator 10. Der Streufeldkondensator 10 weist eine Referenzelektrode auf, wobei die Referenzelektrode ein Zentrum 40 und von dem Zentrum 40 radial abweisende Elektrodenabschnitte 42, 44, 46 und 48 aufweist. Die Elektrodenabschnitte 42 und 46 sind jeweils rechtwinklig zu den Elektrodenabschnitten 44 und 48 angeordnet. Dadurch bilden die Elektrodenabschnitte 42, 44, 46 und 48 ein Kreuz. Die Referenzelektrode, gebildet durch die Elektrodenabschnitte 42, 44, 46 und 48 ist von einer Gegenelektrode 50 umschlossen. Die Gegenelektrode 50 bildet somit wie die Referenzelektrode die Form eines Kreuzes. Beispielsweise umrahmt die Gegenelektrode die Referenzelektrode in Form einer Konturlinie in einem vorbestimmten Abstand in der Elektrodenebene. Vorteilhaft ist die Gegenelektrode galvanisch von der Referenzelektrode getrennt.
Die Gegenelektrode 50 weist einen Anschluss 52 zum elektrischen Verbinden mit einer Steuereinheit eines Regensensors auf. Die Referenzelektrode weist einen Anschluss zum Verbinden mit der Steuereinheit auf, welcher mit dem Zentrum 40 zusammenfällt.
Die Referenzelektrode und die Gegenelektrode 50 sind zusammen auf einem beispielsweise eben ausgebildeten Substrat 35 angeordnet.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 12. Der Streufeldkondensator 12 weist eine Referenzelektrode auf, welche Elektrodenabschnitte 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68 umfasst. Diese Elektrodenabschnitte sind jeweils von einem Zentrum 69 abweisend angeordnet. Die Elektrodenabschnitte 58 und 66 verlaufen koaxial zueinander. Die Elektrodenabschnitte 56 und 64 verlaufen koaxial zueinander, die Elektrodenabschnitte 54 und 62 verlaufen koaxial zueinander und die Elektrodenabschnitte 68 und 60 verlaufen koaxial zueinander. Radial umlaufend unmittelbar zueinander benachbarte Elektrodenabschnitte, so beispielsweise die Elektrodenabschnitte 56 und 58, 58 und 60, 66 und 68 schließen jeweils einen Winkel von 45 Grad zwischen einander ein.
Die Referenzelektrode ist von einer Gegenelektrode 70 umschlossen. Die Gegenelektrode 70 bildet somit eine Umrahmung oder Konturlinie der Referenzelektrode derart, dass die Gegenelektrode 70 dieselbe Großform aufweist wie die Referenzelektrode. Die Gegenelektrode 70 ist mit einem elektrischen Anschluss 72 zum Verbinden mit einer Steuereinheit eines Regensensors verbunden. Die Referenzelektrode weist einen Anschluss zum Verbinden mit der Steuereinheit auf, welcher mit dem Zentrum 69 zusammenfällt. Die Elektroden des Streufeldkondensators 12 sind zusammen auf einem Substrat 35 angeordnet und galvanisch voneinander getrennt. Der Streufeldkondensator 12 kann durch die so ausgebildete Schneeflockenform vorteilhaft weitgehend unanfällig gegenüber störenden Feldern sein. Weiter vorteilhaft kann der so ausgebildete Streufeldkondensator einen großen Erfassungsbereich abdecken, wobei die Erfassungsbereiche der jeweiligen Elektrodenabschnitte weitgehend unabhängig voneinander Regen und/oder kondensierte Feuchtigkeit erfassen können.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 14. Der Streufeldkondensator weist eine Referenzelektrode 80 auf, welche ringförmig ausgebildet ist und zwei zueinander parallel verlaufende Elektrodenabschnitte aufweist, wobei in die gleiche Richtung weisende Enden mittels eines halbkreisförmigen Elektrodenabschnittes miteinander verbunden sind. So ist durch die Referenzelektrode beispielsweise die Großform eines Spielfeldes eines Stadions gebildet. Die Referenzelektrode 80 ist von einer Gegenelektrode 82 umschlossen und von dieser galvanisch getrennt. Die Gegenelektrode 82 weist dieselbe Großform auf wie die Referenzelektrode 80. Die Referenzelektrode 80 weist – anders als die Gegenelektrode 82 – einen Steg 76 auf, welcher die zueinander parallelen Elektrodenabschnitte der Referenzelektrode 80 miteinander verbindet. Die Hälfte der Längsabmessung des Steges 76 ist länger als ein kürzester oder umlaufend gleichmäßiger Abstand in der Elektrodenebene zwischen der Referenzelektrode 80 und der Gegenelektrode 82. Der Steg 76 weist einen mittig auf dem Steg 76 angeordneten Anschluss 74 zum Verbinden mit einer Steuereinheit eines Regensensors auf. Die Gegenelektrode 82 weist einen Anschluss 78 zum Verbinden mit einer Steuereinheit eines Regensensors auf. Der Steg 76 teilt die Referenzelektrode 80 in zwei zueinander gleichgroße Hälften auf, beispielsweise wie eine Mittellinie eines Spielfeldes eines Stadions.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 16. Der Streufeldkondensator 16 weist eine Referenzelektrode auf, welche genauso wie die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 10 ausgebildet ist. Die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 16 weist wie die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 10 Elektrodenabschnitte 42, 44, 46 und 48 auf, welche von einem Zentrum 40 radial abweisen. Der Streufeldkondensator 16 weist – anders als der Streufeldkondensator 10 – eine Gegenelektrode 86 auf, welche die Referenzelektrode umschließt. Die Gegenelektrode 86 des Streufeldkondensator 16 ist – anders als die Gegenelektrode 50 des Streufeldkondensators 10 – vollflächig ausgebildet und weist eine kreuzförmige Aussparung auf, in der die Referenzelektrode mit den Elektrodenabschnitten 42, 44, 46 und 48 angeordnet ist. Sowohl die Referenzelektrode als auch die Gegenelektrode 86 sind auf einem insbesondere eben ausgebildeten Substrat angeordnet und galvanisch voneinander getrennt. Die vollflächig ausgebildete Gegenelektrode 86 deckt in diesem Ausführungsbeispiel das Substrat überwiegend ab.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 18. Der Streufeldkondensator 18 weist eine Referenzelektrode auf, welche wie die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 12 ausgebildet ist. Die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 18 mit den Elektrodenabschnitten 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 und 68 ist wie die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 12 ausgebildet. Die Gegenelektrode des Streufeldkondensators 18 umschließt die Referenzelektrode des Streufeldkondensators 18, beispielsweise in Form einer Umrahmung. Die Gegenelektrode 86 weist eine Aussparung auf, welche die Großform – in diesem Ausführungsbeispiel eine Schneeflocke – der Referenzelektrode aufweist, wobei die Referenzelektrode in der Aussparung von der Gegenelektrode hinreichend beabstandet angeordnet ist. Die Gegenelektrode 86 und die Referenzelektrode sind zusammen auf einem Substrat angeordnet, wobei die Gegenelektrode 86 das Substrat – von der Aussparung abgesehen – überwiegend abdeckt.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 20. Der Streufeldkondensator 20 weist eine Referenzelektrode 88 auf, welche ringförmig ausgebildet ist und zwei zueinander parallel verlaufende Elektrodenabschnitte aufweist, wobei in die gleiche Richtung weisende Enden jeweils mittels eines halbkreisförmigen Elektrodenabschnittes miteinander verbunden sind. So ist durch die Referenzelektrode 88 beispielsweise die Großform eines Spielfeldes eines Stadions gebildet. Die Referenzelektrode 88 ist von einer Gegenelektrode 92 umschlossen und von dieser galvanisch getrennt. Die Gegenelektrode 92 weist dieselbe Großform auf wie die Referenzelektrode 88. Die Referenzelektrode 88 weist – anders als die Gegenelektrode 92 – einen Steg 90 auf, welcher die zueinander parallelen Elektrodenabschnitte der Referenzelektrode 88 miteinander verbindet. Die Gegenelektrode 92 weist einen Anschluss 94 zum Verbinden mit einer Steuereinheit eines Regensensors auf. Der Steg 90 teilt die Referenzelektrode 88 in zwei zueinander gleichgroße Hälften auf, beispielsweise wie eine Mittellinie eines Spielfeldes eines Stadions. Die Hälfte der Längsabmessung des Steges 90 ist kürzer als ein kürzester oder umlaufend gleichmäßiger Abstand zwischen der Referenzelektrode 88 und der Gegenelektrode 92 in der Elektrodenebene. Die ringförmig ausgebildete Referenzelektrode 88 ist somit von der Gegenelektrode 92 weiter beabstandet als die Referenzelektrode 80 von der Gegenelektrode 82. Dadurch können Streufeldlinien, welche von der Referenzelektrode 88 zur Elektrode 92 verlaufen, weiter in einen an die Elektroden anschließenden dielektrischen Raum hineinragen.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 22. Der Streufeldkondensator 22 weist eine ovale und vollflächig ausgebildete Referenzelektrode 98 auf, welche von einer Gegenelektrode 96 umschlossen und von dieser galvanisch getrennt ist. Die Gegenelektrode 96 weist eine oval ausgebildete Aussparung auf, welche die Referenzelektrode 98 einschließt. Die Gegenelektrode 96 deckt ein Substrat, auf dem die Referenzelektrode und die Gegenelektrode 96 gemeinsam angeordnet sind, – die oval ausgebildete Aussparung ausgenommen – überwiegend ab.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 24. Der Streufeldkondensator 24 weist eine punktförmige ausgebildete Referenzelektrode 100 auf. Die punktförmige ausgebildete Referenzelektrode 100 wird von einer kreisförmig ausgebildeten Gegenelektrode 102 eingeschlossen. Die ringförmig ausgebildete Gegenelektrode 102 ist von einer ringförmig ausgebildeten Gegenelektrode 104 eingeschlossen, wobei die Gegenelektrode 104 einen größeren Durchmesser aufweist als die Gegenelektrode 102. Die Referenzelektrode 100 kann zusammen mit der Gegenelektrode 102 einen Teilkondensator bilden. Die Referenzelektrode 100 kann zusammen mit der Gegenelektrode 104 einen Teilkondensator bilden. Denkbar ist auch ein Teilkondensator des Streufeldkondensators 24, gebildet aus den Gegenelektroden 102 und 104. Die Elektroden des Streufeldkondensators 24 können beispielsweise mit einer Steuereinheit eines Regensensors verbunden sein. Eine beispielhafte Ansteuerung der Elektroden des Streufeldkondensators 24 ist im Folgenden in 2 beschrieben.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 26. Der Streufeldkondensator 26 weist eine elliptisch ausgebildete Referenzelektrode 106 auf, welche von einer elliptisch ausgebildeten Gegenelektrode 108, und einer elliptisch ausgebildeten Gegenelektrode 110 umschlossen ist. Die Gegenelektrode 110 weist einen größeren Durchmesser auf als die Gegenelektrode 108. Die Referenzelektrode 106, die Gegenelektrode 108 und die Gegenelektrode 110 sind jeweils galvanisch voneinander isoliert. Die Referenzelektrode 106 ist exzentrisch in den Gegenelektroden 108 und 110 angeordnet. Die exzentrische Form der Elektroden des Streufeldkondensator 26 bewirkt vorteilhaft, dass zwischen der Referenzelektrode und den Gegenelektroden sowohl kurze als auch lange Streufeldlinien ausgebildet werden können, wobei die langen Streufeldlinien länger sind als die kurzen Feldlinien und in einen dielektrischen Raum zum Erfassen von Regen hineinragen können.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 28. Der Streufeldkondensator 28 ist ähnlich wie der Streufeldkondensator 22 ausgebildet und weist eine Referenzelektrode 114 und eine Gegenelektrode 112 auf. Die Referenzelektrode 114 weist die gleiche Großform auf die Referenzelektrode 98, wobei ein kleinerer Halbmesser eines durch die Referenzelektrode gebildeten Ovals kleiner ist als ein kleinster oder umlaufend gleichmäßiger Abstand zwischen der Referenzelektrode 114 und der Gegenelektrode 112 in der Elektrodenebene. Bei einem Vergleich der Streufeldkondensatoren 28 und 22 ist die Gegenelektrode 112 genauso ausgebildet wie die Gegenelektrode 96. Durch die kleinere Ausbildung der Referenzelektrode 114 im Vergleich zur Referenzelektrode 98 kann der Streufeldkondensator 28 längere Feldlinien erzeugen, welches von der Referenzelektrode 114 durch einen dielektrischen Raum hindurch zur Gegenelektrode 112 verlaufen.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 30.
Der Streufeldkondensator 30 weist eine vollkreisförmig ausgebildete Referenzelektrode 120 und eine die Referenzelektrode 120 kreisförmig umschließende erste Gegenelektrode 116 und eine die erste Gegenelektrode 116 und die Referenzelektrode kreisförmig umschließende zweite Gegenelektrode 118 auf. Die Referenzelektrode ist mittig in der Gegenelektrode 116 angeordnet. Ein radialer Abstand der Gegenelektrode 118 von der Gegenelektrode 116 beträgt mehr als das Doppelte oder mehr als das dreifache des radialen Abstands der Gegenelektrode 116 von der Referenzelektrode 120.
1 zeigt auch einen Streufeldkondensator 32. Der Streufeldkondensator 32 weist eine elliptisch ausgebildete Referenzelektrode 122 auf, welche von einer elliptisch ausgebildeten Gegenelektrode 126, und einer elliptisch ausgebildeten Gegenelektrode 124 umschlossen ist. Die Gegenelektrode 124 weist einen größeren Durchmesser auf als die Gegenelektrode 126. Die Referenzelektrode 122, die Gegenelektrode 124 und die Gegenelektrode 126 sind jeweils galvanisch voneinander isoliert. Die Referenzelektrode 122 ist exzentrisch in den Gegenelektroden 124 und 126 angeordnet. Ein kleinster Abstand zwischen der Gegenelektrode 126 und 124 beträgt das Doppelte, das Dreifache, mindestens das Doppelte oder mindestens das Dreifache eines kleinsten Abstandes zwischen der Referenzelektrode 122 und der Gegenelektrode 126. Die exzentrische Form der Elektroden des Streufeldkondensator 30 bewirkt vorteilhaft, dass zwischen der Referenzelektrode und den Gegenelektroden sowohl kurze als auch lange Streufeldlinien ausgebildet werden können, wobei die langen Streufeldlinien länger sind als die kurzen Feldlinien und in einen dielektrischen Raum zum Erfassen von Regen hineinragen können. Die Streufeldkondensatoren 10, 12, 14 und 20 können – anders als in 1 dargestellt – beispielsweise zwei, drei oder mehrere Gegenelektroden aufweisen, welche jeweils zueinander verschiedene Durchmesser aufweisen und jeweils die Elektroden mit kleinerem Durchmesser umschließen.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Streufeldkondensator 34. Der Streufeldkondensator 34 weist eine vollkreisförmig ausgebildete Referenzelektrode 130, eine kreisförmig ausgebildete Gegenelektrode 132, eine kreisförmig ausgebildete Gegenelektrode 134 und eine kreisförmig ausgebildete Gegenelektrode 136 auf. Die kreisförmig ausgebildete Gegenelektrode 132 umschließt die Referenzelektrode 130 und ist von dieser galvanisch getrennt. Ein Durchmesser der Gegenelektrode 132 ist größer als ein Durchmesser der Referenzelektrode 130. Ein Durchmesser der Gegenelektrode 134 ist größer als der Durchmesser der Gegenelektrode 132. Ein Durchmesser der Gegenelektrode 136 ist größer als der Durchmesser der Gegenelektrode 134. Dargestellt ist auch ein Schnitt durch den Streufeldkondensator 34 entlang einer Schnittlinie 131. Die Elektroden des Streufeldkondensators 130, 132, 134 und 136 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Windschutzscheibe 170 angeordnet, welche abschnittsweise dargestellt ist. Die Referenzelektrode 130 ist mit einem Pluspol 150 einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Elektrode 132 ist über einen Schalter 144 mit einem Minuspol 152 der Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Gegenelektrode 134 ist über einen Schalter 142 mit dem Minuspol 152 verbunden. Die Gegenelektrode 136 ist über einen Schalter 140 mit dem Minuspol 152 verbunden. Die Schalter 144, 142 und 140 sind Bestandteil einer Schalteinheit 138, welche – beispielsweise elektronisch von einem Rechenprogramm gesteuert – Bestandteil eines Regensensors sein kann.
Eine beispielhafte Arbeitsweise der Steuereinheit 138 zusammen mit der Referenzelektrode 130, und den Gegenelektroden 132, 134 und 136 ist zu 3 beschrieben.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ansteuerung des in 2 dargestellten Streufeldkondensators 34, welche in 3 zum Teil in einer Schnittdarstellung dargestellt ist. Zusätzlich zu dem in 2 dargestellten Streufeldkondensator 34 ist in 3 auch ein weiterer Streufeldkondensator als Referenzkondensator dargestellt. Der weitere Streufeldkondensator weist eine Elektrode 160 und ein Elektrode 162 auf, welche derart angeordnet sind, dass der weitere Streufeldkondensator ein Streufeld 186 ausbilden kann. Der weitere Streufeldkondensator und der in 2 bereits dargestellte Streufeldkondensator 34 mit den Elektroden 130, 132, 134 und 136 ist in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam mit dem Streufeldkondensator 34 auf einer Windschutzscheibe 170 angeordnet. Der weitere Streufeldkondensator kann bei einer Streufeldkapazitätsmessung als Referenzkapazität dienen. Denkbar ist auch ein Referenzkondensator, welcher wie der Streufeldkondensator 34 ausgebildet ist.
Die Referenzelektrode 130 – in diesem Schaltzustand als Referenzelektrode 130' bezeichnet – ist in diesem Schaltzustand mit dem Pluspol 150 verbunden. Die Gegenelektrode 132 – in diesem Schaltzustand als Gegenelektrode 132' bezeichnet – ist mittels eines Schalters 144' mit dem Minuspol 152 verbunden. Der Schalter 142' und der Schalter 140' sind jeweils geöffnet, so dass die Gegenelektrode 134' und die Gegenelektrode 136' von dem Minuspol 152 getrennt sind. Dadurch wird zwischen der Referenzelektrode 130' und der Gegenelektrode 132' ein elektrisches Feld 180 ausgebildet, welches – aufgrund des Abstandes der Elektroden 130 und 132 voneinander – nur die Windschutzscheibe 170 durchsetzt.
3 zeigt auch einen Schaltzustand des in 2 dargestellten Streufeldkondensators 34, bei welchem die Referenzelektrode 130'' mit dem Pluspol 150 verbunden ist, und die Gegenelektrode 132'' und die Gegenelektrode 134'' jeweils über den Schalter 144'' beziehungsweise den Schalter 142'' mit dem Minuspol 152 verbunden sind. Der Schalter 140'' ist in diesem Schaltzustand geöffnet, so dass die Elektrode 136'' von dem Minuspol 152 getrennt ist.
Zwischen der Referenzelektrode 130'' und der Gegenelektrode 132'' wird – wie bereits erläutert – zwischen der Referenzelektrode 130'' und der Gegenelektrode 132'' ein elektrisches Feld 180 erzeugt. Zwischen der Referenzelektrode 130'' und der Gegenelektrode 134'' wird ein elektrisches Feld 182 erzeugt, welches in einen dielektrischen Raum außerhalb der Windschutzscheibe 170 hineinreicht. Der Streufeldkondensator 34 kann so Regen oder kondensierte Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe 170 erfassen.
3 zeigt auch einen Schaltzustand des Streufeldkondensator 34, indem alle drei Schalter, nämlich die Schalter 144''', der Schalter 142''' und der Schalter 140''' geschlossen sind. Dadurch wird zwischen der Referenzelektrode 130''' und der Gegenelektrode 132''' das Feld 180 erzeugt, und zusätzlich zwischen der Referenzelektrode 130''' und den Gegenelektroden 134''' und 136''' ein Streufeld 182 beziehungsweise ein Streufeld 184 erzeugt.
3 veranschaulicht auch ein Verfahren zum Erfassen von Regen und/oder kondensierter Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe 170. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt zwischen einer Referenzelektrode 130 und einer Gegenelektrode 132 ein elektrisches Feld erzeugt, welches nur die Windschutzscheibe 170 durchsetzt. Dieser erste Schritt kann beispielsweise als Referenz-Messung, insbesondere als Null-Referenz-Messung oder als resultierende Offset-Messung erfolgen. In einem weiteren Schritt wird ein elektrisches Feld 182 erzeugt, welches in einen dielektrischen Raum außerhalb der Windschutzscheibe 170 hineinreicht. In einem weiteren Schritt wird ein elektrisches Feld 184 erzeugt, welches in den dielektrischen Raum außerhalb der Windschutzscheibe 170 weiter hineinreicht als das elektrische Feld 182. Das Verfahren kann beispielsweise dadurch ausgeführt werden, dass eine mit den Schaltern 144, 142 und 140 verbundene Steuereinheit die Schalter 144, 142 und 140 zeitlich nacheinander schließt und die Streufeldkapazität zwischen der Referenzelektrode 130 und den Gegenelektroden 132, 134 und 136 erfasst. Die Schalter 140, 142 und 144 sind beispielsweise Halbleiterschalter, insbesondere Transistoren.
Denkbar ist auch ein sequenzielles Erfassen der Streufeldkapazität zwischen zwei Elektroden und weiteren Elektroden, wobei die Elektrode 132, die Elektrode 134 oder die Elektrode 136 die Referenzelektrode bildet, welche beispielsweise mit dem Pluspol 150 – oder dem Minuspol 152 – verbunden ist.
Bei dem Verfahren kann mittels des von dem Streufeldkondensator 34 beabstandeten Referenz-Streufeldkondensators mit den Elektroden 160 und 162 eine Referenzmessung durchgeführt werden, wobei eine mittels der Referenzmessung erfasste Referenzkapazität zwischen den Elektroden 160 und 162 mit den sequenziell mittels des Streufeldkondensators 34 erfassten Streufeldkapazitäten verglichen werden kann, um so in Abhängigkeit eines so erzeugten Vergleichsergebnisses insbesondere mittels der Steuereinheit zu entscheiden, ob die Windschutzscheibe 170 von Regen oder kondensierter Feuchtigkeit benetzt oder nicht benetzt ist. Die Feldlinien 186 erfassen in diesem Ausführungsbeispiel die Kapazität der Windschutzscheibe 170 und einen Bereich des an die Windschutzscheibe angrenzenden Erfassungsbereichs welcher von Verschmutzung besetzt sein kann. Denkbar ist auch, dass die Elektroden 130 und 132 Feldlinien erzeugen, welche zusätzlich zur Windschutzscheibe 170 den Erfassungsbereich erfassen, welcher von Verschmutzung besetzt sein kann.
Die Steuereinheit kann beispielsweise durch einen Mikrocomputer, einen Mikrocontroller oder ein Field-Programmable-Gate-Array gebildet sein.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum Erfassen von Regen, kondensierter Feuchtigkeit oder beidem auf einer Windschutzscheibe mittels eines Streufeldkondensators 36. Der Streufeldkondensator 36 weist eine zentral angeordnete Referenzelektrode 127 und eine die Referenzelektrode 127 umschließende Gegenelektrode 128 auf. Der Streufeldkondensator 36 weist auch eine die Gegenelektrode 128 umschließende Gegenelektrode 129 auf, welche einen größeren Durchmesser aufweist als die Gegenelektrode 128. Die Referenzelektrode 127, und die Gegenelektroden 128 und 129 sind jeweils kreis- und ringförmig ausgebildet und in einer gemeinsamen Elektrodenebene angeordnet. Die Referenzelektrode 127, die Gegenelektrode 128 und die Gegenelektrode 129 sind jeweils galvanisch voneinander getrennt und sind derart angeordnet und ausgebildet, dass zwischen der Referenzelektrode 127 und den Gegenelektroden 128 beziehungsweise 129 ein elektrisches Streufeld ausgebildet werden kann.
4 zeigt auch eine Schnittdarstellung 37 entlang eines Schnittes 133 durch den Streufeldkondensator 36 senkrecht zur Elektrodenebene. Die Referenzelektrode 127 ist mit einem Pluspol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die Gegenelektrode 128 ist mit einem Minuspol einer Spannungsquelle 190 zum Erzeugen eines das Streufeld zwischen den Elektroden 127 und 129 modulierenden elektrischen Streufeldes verbunden. Die Gegenelektrode 129 ist mit einem Minuspol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden. Die zum Modulieren ausgebildete Spannungsquelle 190 kann von einer Steuereinheit eines Regensensors zu- oder weggeschaltet werden. Denkbar ist auch ein Variieren, beispielsweise ein sinusförmiges, rechteckförmiges oder sägezahnförmiges zeitliches Verändern der Spannung der Spannungsquelle 190. Der Regensensor, welcher in diesem Ausführungsbeispiel den Streufeldkondensator 36 umfasst, kann so mittels der Spannungsquelle 190 ein stationäres Streufeld zwischen der Referenzelektrode 127 und der Gegenelektrode 129 modulieren.
Das so mittels der Spannungsquelle 190 modulierte Streufeld kann während des Modulierens nur die Windschutzscheibe durchsetzen, oder in einen dielektrischen Raum außerhalb der Windschutzscheibe treten, um dort Regen oder kondensierte Feuchtigkeit zu erfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006030208 B4 [0002]

Claims

Streufeldkondensator (10, 12, 14, 24, 26, 34, 36), welcher ausgebildet ist, Regen und/oder kondensierte Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Streufeldkondensator (10, 12, 14, 24, 26, 34, 36) eine insbesondere zentral oder exzentrisch angeordnete Referenzelektrode (42, 44, 46, 48, 80, 100, 106, 130, 127) aufweist, und wenigstens eine die Referenzelektrode (42, 44, 46, 48, 80, 100, 106, 130) umschließende weitere Elektrode als Gegenelektrode (50, 82, 102, 104, 108, 110, 132, 134, 136) aufweist, wobei die Referenzelektrode (42, 44, 46, 48, 80, 100, 106, 130) und die Gegenelektrode (50, 82, 102, 104, 108, 110, 132, 134, 136) sich in einer gemeinsamen Elektrodenebene erstrecken.
Streufeldkondensator (24, 26, 34, 36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streufeldkondensator wenigstens zwei Gegenelektroden (132, 134, 136, 102, 104) aufweist, welche jeweils wenigstens die Referenzelektrode (100, 130) umschließen.
Streufeldkondensator (10, 12, 16, 18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (42, 44, 46, 48, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) wenigstens zwei sich längserstreckende Elektrodenabschnitte aufweist, welche jeweils von einem geometrischen Zentrum (40, 69) der Referenzelektrode radial abweisend verlaufen.
Streufeldkondensator (10, 16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (42, 44, 46, 48) vier Elektrodenabschnitte (42, 44, 46, 48) aufweist, welche zusammen ein Kreuz bilden.
Streufeldkondensator (10, 16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass radial umlaufend zueinander unmittelbar benachbarte Elektrodenabschnitte (42, 44) orthogonal zueinander angeordnet sind.
Streufeldkondensator (12, 18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial umlaufend zueinander benachbarte Elektrodenabschnitte (54, 56) einen Winkel von kleiner als 90 Grad zwischeneinander einschließen.
Streufeldkondensator (12, 18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode des Streufeldkondensators acht Elektrodenabschnitte (54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68) aufweist, wobei radial umlaufend zueinander benachbarte Elektrodenabschnitte (54, 56) einen Winkel von 45 Grad zwischeneinander einschließen.
Streufeldkondensator (10, 12, 24, 34, 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode oder zusätzlich die Gegenelektrode bezogen auf das Zentrum (40, 69, 100, 130, 127) punktsymmetrisch ausgebildet sind.
Streufeldkondensator (24, 26, 34, 36) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzelektrode (100, 106, 127, 130) punktförmig oder kreisförmig, oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode (102, 106, 132, 128) kreis- und/oder ringförmig ausgebildet ist.
Streufeldkondensator (14, 20, 22, 26, 32) nach Anspruch 1, wobei die Referenzelektrode (80, 88, 98, 106, 122), oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode (82, 92, 96, 108, 110, 124, 126), oval oder ellipsenförmig ausgebildet ist.
Streufeldkondensator (14, 20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzelektrode, oder zusätzlich die wenigstens eine Gegenelektrode, zwei parallel zueinander verlaufende Elektrodenabschnitte aufweist, wobei in gleiche Richtung weisende Elektrodenabschnittsenden mittels eines sich in die Richtung erstreckenden Rundabschnittes, insbesondere Kreishälfte, miteinander verbunden sind.
Streufeldkondensator (14, 20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zueinander verlaufenden Elektrodenabschnitte mittels eines einen Steg bildenden Stegabschnittes miteinander verbunden sind.
Streufeldkondensator (10, 12, 14, 34, 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Streufeldkondensators eine flächig ausgebildete Elektrode als Abschirmschild aufweist.
Regensensor mit einem Streufeldkondensator (10, 12, 14, 34, 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regensensor ausgebildet ist, eine Kapazitätsänderung des Streufeldkondensators zu erfassen und in Abhängigkeit der Kapazitätsänderung ein den Regen und/oder die kondensierte Feuchtigkeit repräsentierendes Ausgangssignal zu erzeugen.
Regensensor nach Anspruch 14, wobei der Streufeldkondensator (10, 12, 14, 34, 36) wenigstens zwei Streufeldkapazitäten aufweist und der Regensensor Mittel zur Differenzbildung aufweist und der ausgebildet ist, wenigstens eine Differenzkapazität zwischen zwei der Streufeldkapazitäten durch Differenzbildung zu erfassen.
Verfahren zum Erfassen von Regen und/oder kondensierter Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe (170) mittels wenigstens eines Streufeldkondensators, insbesondere mittels eines Streufeldkondensators (34, 36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ausgehend von einer Referenzelektrode (127, 130) mindestens zwei Streufeldkapazitäten mittels mindestens zwei Gegenelektroden (132, 134, 136, 128, 129) erzeugt werden, wobei die Gegenelektroden jeweils die Referenzelektrode umschließen und die Gegenelektroden radial zur Referenzelektrode in zueinander verschiedenem Abstand ausgebildet sind, so dass Feldlinien (180, 182, 184) zwischen der Referenzelektrode und den Gegenelektroden sich zueinander verschieden weit in einen insbesondere dielektrischen Erfassungsraum erstrecken.
Verfahren zum Erfassen von Regen und/oder kondensierter Feuchtigkeit auf einer Windschutzscheibe (170) mittels wenigstens eines Streufeldkondensators (36), insbesondere mittels eines Streufeldkondensators (36) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ausgehend von einer Referenzelektrode (127) mindestens zwei Streufeldkapazitäten mittels mindestens zwei Gegenelektroden (128, 129) erzeugt werden, wobei die Gegenelektroden (128, 129) jeweils radial zur Referenzelektrode (127) in zueinander verschiedenem Abstand angeordnet sind, so dass Feldlinien zwischen der Referenzelektrode und den Gegenelektroden sich zueinander verschieden weit in einen insbesondere dielektrischen Erfassungsraum erstrecken, wobei mittels wenigstens eines aus zwei der Elektroden gebildeten Streufeld-Teilkondensators ein Gesamtfeld des Streufeldkondensators moduliert, insbesondere spannungsmoduliert wird.