-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, welche einen Sensor und eine über dem Sensor angeordnete Decklage umfasst, die eine dem Sensor abgewandte Metallisierung aufweist. Der Sensor ist insbesondere ein kapazitiver Sensor.
-
Derartige Sensoranordnungen sind grundsätzlich bekannt und kommen zum Beispiel als elektrische Betätigungsschalter an Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wobei eine manuelle Verformung der Decklage beispielsweise eine Entriegelung eines Türschlosses des Fahrzeugs auslöst.
-
Die Metallisierung der Decklage besitzt primär ästhetische Zwecke, indem der Außenfläche der Decklage insbesondere in einem sichtbaren Bereich durch die Metallisierung eine ansprechende äußere Erscheinung verliehen werden kann. In Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der Metallisierung kann die Decklage besonders solide und edel wirken und sich wahlweise harmonisch in eine Umgebung der Sensoranordnung einfügen. Dies ist besonders bei Fahrzeugen erwünscht, deren Karosserie eine metallische bzw. metallisch wirkende Außenfläche aufweist. Im Hinblick auf eine Verwendung der Sensoranordnung als Betätigungsschalter kann die Metallisierung darüber hinaus haptische Eigenschaften besitzen, die als hochwertiger wahrgenommen werden als solche von Kunststoffen.
-
Ein wesentlicher Nachteil der Metallisierung besteht in ihrer elektrisch abschirmenden Wirkung, welche zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Funktionalität eines unter der Decklage angeordneten Sensors führen kann. Insbesondere kann durch die Abschirmwirkung der Metallisierung ein solcher Sensor beeinträchtigt werden, welcher ein Objekt durch die Decklage hindurch detektieren soll, ohne dass das Objekt die Decklage berührt. So kann die Metallisierung beispielsweise einen kapazitiven Näherungssensor, welcher aufgrund einer Kapazitätsänderung ein nahe dem Näherungssensor angeordnetes Objekt grundsätzlich kontaktlos, d.h. ohne Berührung der Decklage, detektieren könnte, derart abschirmen, dass dieser zumindest nicht mehr zuverlässig funktioniert. Dieses Problem wird im Folgenden beispielhaft für einen als kapazitiven Näherungsschalter ausgebildeten Sensor näher erläutert, welcher dazu ausgebildet ist, eine Veränderung des elektrischen Wechselfeldes in der Umgebung einer Sensorelektrode zu messen.
-
Grundsätzlich beruht die Funktionsweise eines solchen Näherungssensors darauf, dass ein metallisches oder nicht metallisches Objekt in einen Nahbereich um die Sensorelektrode gebracht wird und so eine Veränderung der Kapazität zwischen der Sensorelektrode und einem Referenzpotential, insbesondere der Masse, herbeiführt. Sofern die Veränderung der Kapazität einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, detektiert der Näherungssensor das Objekt, welches die Kapazitätsänderung verursacht hat. Befindet sich ein leitender Gegenstand, insbesondere eine Metallfläche zwischen der Sensorelektrode und dem zu detektierenden Objekt, so induziert das elektrische Feld der Sensorelektrode ein elektrisches Feld in der Metallfläche, welches dem elektrischen Feld der Sensorelektrode (Sensorfeld) entgegengerichtet ist. Somit schwächt das induzierte Feld das Sensorfeld ab, welches zur Detektion eines Objekts notwendig ist. Die Stärke des induzierten Feldes hängt unter anderem von dem Sensorfeld und den Ausmaßen der Metallfläche ab, in der das Feld induziert wird. Typischerweise besitzen die Ausmaße der Metallfläche einen besonderen Einfluss auf die Abschwächung des Sensorfeldes und somit auf die Abschirmwirkung der Metallfläche.
-
Herkömmlicherweise wird eine z.B. aus Kunststoff gebildete Decklage durch Galvanisierung metallisiert. Die Abschirmwirkung der resultierenden Metallisierung ist hierbei in der Regel bereits so groß, dass ein unter der Decklage angeordneter Näherungssensor nicht mehr zuverlässig auslöst, wenn ein Objekt in einen Nahbereich um den Näherungssensor gebracht wird und sich die Decklage mit der Metallisierung zwischen dem Näherungssensor und dem Objekt befindet.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässigere kontaktlose Objektdetektion ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Metallisierung zumindest abschnittsweise derart durchlässig ausgebildet ist, dass ein Objekt in einem Detektionsbereich des Sensors durch die Decklage hindurch von dem Sensor kontaktlos detektierbar ist.
-
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Abschirmwirkung der Metallisierung durch bestimmte, im Folgenden beispielhaft beschriebene Merkmale so herabgesetzt werden kann, dass insbesondere ein kapazitiver Sensor ein Objekt innerhalb eines dem Sensor zugeordneten Detektionsbereichs durch die Decklage hindurch zuverlässig detektieren kann. Hierdurch kann auf bewegliche Teile, insbesondere Schaltteile, zum Erfassen einer herkömmlichen manuellen Betätigung, verzichtet werden.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben.
-
Die Dicke der Metallisierung beträgt vorzugsweise nicht mehr als wenige 100 nm, besonders bevorzugt nicht mehr als 200 nm. Hierdurch ist gewährleistet, dass das von dem Sensor ausgehende elektrische Feld die Metallisierung mit lediglich geringfügiger Dämpfung durchdringen kann, d.h. dass ein in der Metallisierung induziertes elektrisches Gegenfeld das Sensorfeld zumindest nicht vollständig kompensiert. Die Dicke der Metallisierung weist vorzugsweise eine Mindestdicke von 100 nm auf, so dass die Metallisierung optisch als solche erkennbar ist und eine durchgängige, blickdichte Metallfläche bildet. Darüber hinaus kann eine Mindestdicke auch gewährleisten, dass die Metallisierung haptisch als eine "solide" metallisierte Fläche wahrgenommen wird, beispielsweise bei Berührung der Metallisierung mit einem Finger.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist die Metallisierung eine variierende Dicke auf. Hierdurch kann einerseits ein Durchgriff des elektrischen Sensorfeldes gewährleistet werden, wenn die Metallisierung zumindest bereichsweise eine ausreichend geringe Dicke aufweist, welche einen Durchgriff des Sensorfeldes ermöglicht. Andererseits kann die Metallisierung in anderen Bereichen eine höhere Dicke aufweisen, so dass die Metallisierung beispielsweise ein Substrat der Decklage, auf welches die Metallisierung aufgebracht ist, blickdicht verdeckt und die Metallisierung robust gegenüber äußeren Einflüssen ist.
-
Zusätzlich oder alternativ kann die Metallisierung voneinander isolierte Abschnitte und/oder wenigstens ein Loch aufweisen. Die Metallisierung kann beispielsweise aus voneinander isolierten Metallisierungsinseln gebildet sein, wodurch die Metallisierung in den Bereichen zwischen den Inseln besonders durchlässig gegenüber elektrischen Feldern ist. Die elektrische Isolation der Inseln trägt dazu bei, dass kein Gegenfeld in den Inseln bzw. der Metallisierung induziert wird, welches den Durchgriff des Sensorfeldes wirksam behindert. Ferner können Löcher in der Metallisierung die elektrischen Durchgriffeigenschaften der Metallisierung so weit verbessern, dass ein Sensor durch die Decklage hindurch ein Objekt in einem Detektionsbereich des Sensors noch zuverlässiger kontaktlos detektieren kann.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Metallisierung zumindest bereichsweise einseitig lichtdurchlässig und/oder blickdicht. Auf diese Weise kann ein sensorseitig angeordnetes Leuchtmittel Licht durch die Decklage emittieren. Gleichzeitig wird das Leuchtmittel von der Metallisierung derart verdeckt, dass es zumindest im inaktiven Zustand von außen nicht sichtbar ist. Mit anderen Worten kann die Metallisierung semipermeabel ausgebildet sein, d.h. die Metallisierung ist von einer ersten Seite blickdicht und zumindest subjektiv lichtundurchlässig und von einer zweiten Seite lichtdurchlässig ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Einbringen von Löchern in die Metallisierung geschehen, welche einen vorbestimmten Durchmesser nicht überschreiten, so dass die Metallisierung für das menschliche Auge als durchgehende Fläche wahrgenommen wird, aber gleichzeitig zumindest einseitig durchlässig für Licht ist. Die Metallisierung kann auch frequenzselektiv lichtdurchlässig ausgebildet sein, d.h. die Metallisierung filtert das Licht bezüglich eines vorbestimmten Frequenzbereichs. Alternativ kann die Metallisierung auch beidseitig lichtdurchlässig und nicht blickdicht sein. Beispielsweise kann es erwünscht sein, dass die Farbe eines Substrats, auf dem die Metallisierung aufgebracht ist, durch die Metallisierung sichtbar ist und die Metallisierung lediglich einen metallischen Glanz, etwa einen Chromlook, hervorruft.
-
Eine Sensoranordnung mit semipermeabel ausgebildeter Metallisierung kann beispielsweise an solchen Bereichen eines Fahrzeugs vorgesehen sein, in denen die Decklage sichtbar exponiert ist und gleichzeitig beleuchtet sein soll, etwa um die Decklage im Dunkeln besser orten zu können. Hierzu kann eine Sensoranordnung mit einem sensorseitigen Leuchtmittel versehen werden. Je nach Stärke des Leuchtmittels und der Anordnung der Sensoranordnung kann die Sensoranordnung an dem Fahrzeug vielfältige Funktionen erfüllen, wie z.B. eine Vorfeldund/oder eine Kennzeichenbeleuchtung.
-
Die Metallisierung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines Physical-Vapor-Deposition-(PVD-)Prozesses, insbesondere eines Magnetron-Sputterprozesses auf ein Substrat der Decklage aufgebracht. Mittels eines solchen Prozesses kann besonders gut sichergestellt werden, dass die Metallisierung eine vorbestimmte Dicke, wie vorstehend beschrieben, nicht überschreitet. Des Weiteren können bei Verwendung eines solchen Prozesses voneinander isolierte Inseln und/oder Löcher bereits bei dem Auftragen der Metallisierung definiert werden, so dass zu deren Herstellung kein zusätzlicher Prozessschritt erforderlich ist.
-
Zwischen der Metallisierung und dem Substrat kann eine Grundierungsschicht vorgesehen sein, um beispielsweise herstellungsbedingte Unebenheiten des Substrats auszugleichen und eine möglichst glatte, haltbare Trägerschicht für die Metallisierung bereitzustellen. Eine solche Grundierung kann somit dazu beitragen, dass die Metallisierung besonders gleichmäßig ausfällt und optisch eine glatte, saubere Oberfläche bildet. Die Grundierungsschicht weist bevorzugt einen UV-Lack und eine Dicke im Bereich von einigen 10 µm, z.B. 15 µm, auf. Ferner kann die Grundierungsschicht transparent ausgebildet sein, um die Farbe des Substrats nicht zu beeinflussen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Metallisierung von außen nicht blickdicht ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Metallisierung zumindest bereichsweise von einer Schutzschicht überdeckt. Beispielsweise kann die Metallisierung in einem besonders exponierten Bereich oder auch vollständig von einem UV-Lack überzogen sein, um die Metallisierung vor äußeren Einflüssen zu schützen und die Haltbarkeit der Metallisierung zu verbessern. Vorzugsweise ist die Schutzschicht transparent ausgebildet, so dass zumindest die farblichen Eigenschaften der Metallisierung unbeeinträchtigt zur Geltung kommen können. Zusätzlich kann die Schutzschicht die optischen Eigenschaften der Metallisierung verbessern, beispielsweise indem die Schutzschicht als Glanz- oder Mattlack ausgebildet ist. Ferner kann die Schutzschicht derart dünn sein, dass auch die haptischen Eigenschaften der Metallisierung erhalten bleiben. Bevorzugt weist die Schutzschicht eine Dicke im Bereich von einigen 10 µm, z.B. 15 µm, auf.
-
Vorteilhafterweise ist die Metallisierung chrom- und/oder nickelfrei ausgebildet. Insbesondere umfasst die Metallisierung kein mehrwertiges Chrom, so dass insbesondere eine Chrom-6-Freiheit und eine Einhaltung von gesetzlichen Richtlinien, wie etwa der ELV-, ROHS- und WEEE-Richtlinien gewährleistet ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Metallisierung Indium auf, welches dazu beitragen kann, dass die Metallisierung optisch hochwertig und insbesondere wie Chrom oder chromähnlich aussieht, ohne Chrom zu enthalten.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Decklage der Sensoranordnung plastisch verformbar. Hierdurch können die haptischen Eigenschaften der Decklage und/oder der Metallisierung weiter verbessert werden. Ferner kann die Zuverlässigkeit des Sensors dahingehend verbessert werden, dass eine Detektion des Objekts auch durch plastische Verformung der Decklage, d.h. unter Druckeinwirkung ausgelöst werden kann. Zusätzlich zu einem kapazitiven Sensor kann beispielsweise auch ein resistiver Drucksensor vorgesehen sein, welcher bei Ausfall oder temporärem Versagen des kapazitiven Sensors zumindest eine kraftsensorische Detektion des Objekts ermöglicht.
-
Die Sensoranordnung kann vorteilhaft in einem Türgriff oder einem Heckleistenmodul eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein und zwar derart, dass die metallisierte Decklage eine Schaltfläche zumindest zum Entriegeln eines Tür- oder Heckklappenschlosses des Kraftfahrzeugs bildet. Selbstverständlich können bei Annäherung eines Objekts, z.B. eines Fingers, an die Schaltfläche oder bei Berührung der Schaltfläche auch weitere Funktionen des Kraftfahrzeugs ausgelöst werden, wie etwa das Einschalten einer Vorfeldbeleuchtung ("coming-home Funktion"). Die Sensoranordnung bietet bei Einsatz in einem Türgriff oder einem Heckleistenmodul zudem besondere Vorteile, da auf herkömmliche, bewegliche Schaltflächen, welche in Folge von Benutzung und Wettereinflüssen bei einem Kraftfahrzeug oftmals besonders stark verschleißen, vollständig verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann eine bewegliche Schaltfläche dennoch vorgesehen werden, um z.B. in unfallbedingten Notfällen ein manuelles Entriegeln eines Tür- oder Heckklappenschlosses bewirken zu können.
-
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine Querschnittansicht einer Sensoranordnung gemäß einer Ausführungsform;
-
2 eine Querschnittansicht einer Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
-
3 eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
-
4 eine Querschnittansicht der Sensoranordnung von 3;
-
5 eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
-
6 eine Querschnittansicht der Sensoranordnung von 5; und
-
7 eine Querschnittansicht einer Sensoranordnung in einem Heckleistenmodul eines Kraftfahrzeugs.
-
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Sensoranordnung 11, welche einen kapazitiven Sensor 13 sowie eine Decklage 15 umfasst. Die Decklage 15 weist eine Metallisierung 17 mit einer Dicke 18 im Bereich von wenigen 100 nm auf, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 170 nm.
-
Der genaue Aufbau der Decklage 15 ist wie folgt. Als Basisschicht ist ein aus Kunststoff gebildetes Substrat 19 vorgesehen, welches mit einer transparenten Grundierungsschicht 21 überdeckt ist. Die Metallisierung 17 ist mittels eines Magnetron-Sputter-Prozesses flächig auf die Grundierungsschicht 21 aufgebracht und mit einer transparenten Schutzschicht 23 überdeckt.
-
Dem Sensor 13 ist ein Detektionsbereich 25 zugeordnet, in dem der Sensor 13 Objekte, z.B. einen Finger 27, detektieren kann. Die Metallisierung 17 ist aufgrund seiner geringen Dicke 18 durchlässig für ein vom Sensor 13 ausgesendetes, nicht sichtbares elektrisches Feld, d.h. die Metallisierung 17 wirkt gegenüber dem Sensor 13 derart gering abschirmend, dass der Finger 27, welcher sich in dem Detektionsbereich 25 befindet, von dem Sensor 13 detektierbar ist, ohne dass der Finger 27 die Decklage 15 berühren oder eindrücken muss. Die Detektion wird dabei durch eine von dem Finger 27 verursachte Kapazitätsänderung einer nicht gezeigten Sensorelektrode des Sensors 13 ermöglicht.
-
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung 11, welche ähnlich zu der in 1 gezeigten Sensoranordnung 11 ist. Im Unterschied zu 1 weist die Metallisierung 17 von 2 eine variierende Dicke auf, d.h. die Metallisierung 17 besitzt ein Wellenprofil mit Bergen 29 und Tälern 31. Im Bereich der Täler 31 ist die Metallisierung 17 mit einer Dicke im Bereich von 80 nm bis 120 nm, hier 100 nm, so dünn, dass das von dem Sensor 13 ausgesendete elektrische Feld zur Detektion von Objekten zumindest im Bereich der Täler 31 ohne signifikante Beeinträchtigung durchgreifen kann.
-
In 3 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung 11 gezeigt, wobei lediglich ein beispielhafter, stark vergrößerter Ausschnitt einer Außenfläche 35 der Decklage 15 dargestellt ist. Die Metallisierung 17 ist abschnittsweise bzw. unterbrochen ausgeführt und nicht flächig durchgehend wie in 1 und 2. Konkret weist die Metallisierung 17 von 3 Metallisierungsinseln 33 auf, welche nicht leitfähig miteinander verbunden sind, d.h. die Bereiche zwischen den Inseln 33 sind metallisierungsfrei.
-
4 zeigt eine Querschnittansicht der Sensoranordnung von 3 entlang der Linie IV-IV'. Wie in 4 gezeigt ist, weisen die Inseln 33 eine im Wesentlichen konstante Dicke 18 auf, die wie zuvor im Bereich von wenigen 100 nm liegen kann. Zwischen den Inseln 33 erstreckt sich keine Metallisierung 17, wodurch das von dem Sensor 13 ausgesendete elektrische Feld besonders verlustarm durch die Bereiche zwischen den Inseln 33 durchgreifen kann. Die Inseln 33 sowie die Bereiche zwischen den Inseln 33 sind mit der Schutzschicht 23 überzogen. Die lateralen Ausdehnungen der Inseln 33 sowie der Bereiche zwischen den Inseln 33 sind so bemessen, dass die durch die Inseln 33 gebildete Metallisierung 17 für das menschliche Auge als eine durchgängige, flächige Metallisierungsschicht wahrgenommen wird, wobei allerdings eine Farbe des Substrats 19 durch die Metallisierung 17 durchscheint. Hierzu kann beispielsweise bei dem Aufbringen der Metallisierung 17 das Verhältnis der Fläche der Inseln 33 zu der Fläche zwischen den Inseln 33 auf einen Wert festgelegt werden, der z.B. im Bereich von 1:1 bis 100:1 liegt.
-
5 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung 11, welche sich von der in 3 und 4 gezeigten Sensoranordnung 11 dadurch unterscheidet, dass die Metallisierung 17 grundsätzlich flächig durchgängig, d.h. inselfrei, ausgebildet ist und lediglich durch Löcher 37 unterbrochen ist. Die Löcher 37 sind hier rein beispielhaft entlang einer Geraden angeordnet, können aber auch jede andere geeignete Anordnung aufweisen. 6 zeigt eine Querschnittansicht entlang der in 5 eingezeichneten Linie VI-VI'. Das von dem Sensor 13 ausgesendete elektrische Feld kann die Decklage 15 durch die Löcher 37 besonders einfach durchdringen und somit ein Objekt durch die Decklage 15 hindurch detektieren. Die Anzahl und Ausmaße der Löcher 37 sind dabei derart festgelegt, dass die Metallisierung 17 von einem Benutzer als durchgängige, flächige Metallfläche wahrgenommen wird.
-
7 zeigt eine Querschnittansicht eines Ausschnitts eines Heckleistenmoduls 38, welches an einer Heckklappe (nicht gezeigt) eines PKWs (nicht gezeigt) vorgesehen ist. Die Decklage 15 ist gemäß einer der in 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ausgebildet. Zusätzlich zu dem Sensor 13 ist ein Leuchtmittel 39 vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, ein Kennzeichen 41 des PKWs durch die Decklage 15 hindurch zu beleuchten und gleichzeitig die Decklage derart zu illuminieren, dass diese von außen als leuchtende Fläche wahrnehmbar ist. Die Konturen des Leuchtmittels 39 sind allerdings von außen nicht erkennbar. Im ausgeschalteten Zustand ist das Leuchtmittel 39 für das menschliche Auge durch die Decklage 15 gänzlich unsichtbar. Die Decklage 15 bildet eine Schaltfläche 43 zum Entriegeln der Heckklappe, wobei in der vorstehend beschriebenen Weise bereits eine Annäherung an die Schaltfläche 43 ausreicht, um eine Entriegelung der Heckklappe zu bewirken. Zusätzlich ist ein kapazitiver Drucksensor (nicht gezeigt) vorgesehen, welcher nur auf eine Verformung der Decklage 15 aufgrund einer Berührung der Schaltfläche 43 reagiert.
-
Entsprechend dem vorstehend erläuterten Anwendungsfall des Heckleistenmoduls 38 kann die Sensoranordnung 11 auch an einem nicht gezeigten Türaußengriff eingesetzt werden. Anstelle der Kennzeichenbeleuchtung kann das Leuchtmittel 39 eine Vorfeldbeleuchtung bewerkstelligen. Ferner können grundsätzlich auch zusätzliche Leuchtmittel 39 vorgesehen werden, um die Decklage in unterschiedlichen Farben oder Intensitätsstufen zu illuminieren. So kann beispielsweise bei erfolgreicher Detektion des Fingers 27 durch den Sensor 13 ein optisches Bestätigungssignal in Gestalt eines Farbwechsels oder einer erhöhten Leuchtintensität ausgegeben werden. Hierdurch kann eine besonders hohe Nutzer- und Erlebnisqualität erzielt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 11
- Sensoranordnung
- 13
- Kapazitätssensor
- 15
- Decklage
- 17
- Metallisierung
- 18
- Dicke
- 19
- Substrat
- 21
- Grundierungsschicht
- 23
- Schutzschicht
- 25
- Detektionsbereich
- 27
- Finger
- 29
- Berg
- 31
- Tal
- 33
- Insel
- 35
- Außenfläche
- 37
- Loch
- 38
- Heckleistenmodul
- 39
- Leuchtmittel
- 41
- Kennzeichen
- 43
- Schaltfläche
