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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Frontpartie mit einem Sensor zur Erfassung eines Kontakts mit einem Fußgänger.
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Eine Frontpartie mit einem kapazitiven Sensor, der bei Erkennung des Kontakts mit einem Fußgänger eine Schutzvorrichtung aktiviert, ist aus
US 2009/0218159 A1 bekannt. Bei diesem Sensor soll der Abstand zwischen zwei Kondensatorplatten durch den Zusammenstoß mit einem fahrzeugfremden Objekt verringert und aus der daraus resultierenden Kapazitätsänderung entschieden werden, ob das Objekt belebt oder unbelebt ist, um nur im Falle eines belebten Objekts Fußgängerschutzmaßnahmen auszulösen. Die Kondensatorplatten sind Metallfolien von ein paar Zoll Kantenlänge. Da der Sensor nur auf unmittelbare Berührung durch ein Objekt anspricht, müssen zahlreiche solche Sensoren über eine Kraftfahrzeug-Frontpartie verteilt sein, um einen Kontakt mit einem Fußgänger zuverlässig zu erfassen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftfahrtzeug-Frontpartie zu schaffen, die mit kostengünstigen Mitteln eine Erfassung eines Fußgängerkontakts auf großer Fläche ermöglicht.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Frontpartie mit einem wenigstens einem kapazitiven Sensor, wobei ein Messkondensator des Sensors wenigstens eine Metallschicht umfasst, die an einer Außenfläche der Frontpartie durch Abscheidung gebildet ist. Eine solche Schicht kann auf einem Bauteil der Frontpartie großflächig abgeschieden werden, wobei Kosten und Aufwand einer solchen Bearbeitung nur wenig davon abhängen, wie die zu beschichtende Oberfläche geformt ist und wie groß der Anteil der Metallschicht an der Gesamtoberfläche des Bauteils hat. Deswegen kann ein Bauteil auch flächendeckend mit der Metallschicht versehen werden, um es wie verchromt aussehen zu lassen
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Vorzugsweise erfolgt die Abscheidung aus der Gasphase, durch Aufdampfen (PVD) oder durch Ablagerung des Produkts einer in der Gasphase stattfindenden chemischen Reaktion (CVD).
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Für die Brauchbarkeit der Metallschicht als Platten eines Messkondensators kommt es nicht auf die Dicke der Schicht an; eine Dicke von 1 µm ist auf jeden Fall ausreichend. Je dünner die Schicht ist, um so transparenter ist sie. Damit die Schicht in dem Betrachter vertrauter Weise metallisch spiegelt, sollte ihre Dicke 0,1 µm nicht unterschreiten. Unter einer solchen teilweise transparenten Schicht können Leuchtmittel angeordnet sein, die das Bauteil in dunkler Umgebung von innen heraus leuchten lassen, während es in heller Umgebung metallisch reflektiert.
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Die Metallschicht kann insbesondere auf einem Kunststoffsubstrat abgeschieden sein. Ein solches Substrat kann bei Belastung - vorzugsweise elastisch - nachgeben und eine anhand der resultierenden Kapazitätsänderung detektierbare Bewegung der Kondensatorplatten relativ zueinander ermöglichen, hat aber selber auf die Kapazität des Kondensators im Gegensatz etwa zu einem Blechsubstrat nur geringen Einfluss.
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Da der Kühlergrill ein Teil der Kraftfahrzeug-Frontpartie ist, an dem der Betrachter verchromte Bauteile zu sehen gewohnt ist, kann die Erfindung in unauffälliger Weise implementiert werden, indem die Metallschicht Teil eines Kühlergrills ist.
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Zum Schutz vor Korrosion und Abrieb sollte die Metallschicht von einer klaren Schutzschicht, insbesondere einer Lackschicht, überzogen sein.
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Einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zufolge sind Kondensatorplatten des Messkondensators durch zwei Metallschichten gebildet, die durch eine Isolationsschicht in Richtung einer Oberflächennormalen der Außenfläche voneinander beabstandet sind. Ein solcher Aufbau ist problemlos durch zweimaliges Abscheiden und zwischendurch Auftragen der Isolationsschicht realisierbar.
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Einer zweiten Ausgestaltung zufolge sind Kondensatorplatten des Messkondensators in einer zur Außenfläche tangentialen Richtung voneinander beabstandet. Solche Kondensatorplatten können durch einmaliges Abscheiden erhalten werden, wobei ein Teil der abgeschiedenen Metallschicht nachträglich wieder entfernt werden kann, um einen Zwischenraum zwischen den Kondensatorplatten zu bilden, oder die Abscheidung in dem Zwischenraum durch Maskieren oder eine andere geeignete Behandlung der Oberfläche von vornherein verhindert werden kann.
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Wenn die Kondensatorplatten in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet sind, insbesondere wenn die oben erwähnte zur Außenfläche tangentiale Richtung die Fahrzeuglängsrichtung ist, kann durch den in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Druck eines Zusammenstoßes besonders leicht eine Annäherung der Kondensatorplatten bewirkt und die daraus resultierende Zunahme der Kapazität erfasst werden.
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Um eine Unterscheidung zwischen einem Fußgänger und einem anderen an die Frontpartie anstoßenden Objekt zu erleichtern, können Messkondensatoren mehrerer Näherungssensoren über die Frontpartie verteilt sein, und eine Auswerteschaltung kann mit den Messkondensatoren verbunden und eingerichtet sein, anhand einer logischen Verknüpfung von Ausgangssignalen der Näherungssensoren zu entscheiden, ob ein Ansprechen der Messkondensatoren durch Kontakt mit einem Fußgänger verursacht ist.
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Wenn mehrere Messkondensatoren in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet sind, kann die Auswerteschaltung eingerichtet sein, zu entscheiden, dass kein Fußgängerkontakt vorliegt, wenn der Abstand zwischen zwei gleichzeitig ansprechenden Messkondensatoren über einem ersten Grenzwert liegt, der größer ist als ein zu erwartender Beindurchmesser, so dass nicht beide gleichzeitig von einem aufrecht stehenden Fußgänger berührt werden können. Gegen das Vorliegen eines Fußgängerkontakts kann auch dann entschieden werden, wenn ein ansprechender Messkondensator von zwei nicht ansprechenden Messkondensatoren flankiert ist und der Abstand zwischen den nicht ansprechenden Messkondensatoren unter einem zweiten Grenzwert liegt. Wenn dieser Abstand kleiner ist als ein zu erwartender Beindurchmesser, dann lässt dies den Schluss zu, dass das Objekt, das den einen Messkondensator zum Ansprechen gebracht hat, schmaler als ein Bein ist.
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Im Gegenzug kann die die Auswerteschaltung eingerichtet sein, zu entscheiden, dass ein Fußgängerkontakt vorliegt, wenn wenigstens zwei Messkondensatoren gleichzeitig ansprechen, die in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind und in Fahrzeugquerrichtung überlappen und die deshalb bei Kontakt mit einem Fußgänger beide an dessen Bein anstoßen müssten.
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Die mehreren Messkondensatoren, die für die Entscheidung, ob das angefahrene Objekt ein Fußgänger ist, benötigt werden, können kostengünstig in einem einzigen Abscheideprozess auf einem gleichen Bauteil der Frontpartie erzeugt werden.
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Um eine lückenlose Überwachung zu ermöglichen, sollte ein solches Bauteil sich über einen Großteil der Breite der Frontpartie erstrecken; deshalb ist der wenigstens eine Messkondensator vorzugsweise auf einer Stoßfängerverkleidung oder auf einem Kühlergrill gebildet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Schnitt durch eine Kraftfahrzeug-Frontpartie;
- 2 eine schematische Vorderansicht der Frontpartie;
- 3 ein vergrößertes Detail im Schnitt gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und
- 4 ein vergrößertes Detail im Schnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
- 5 ein vergrößertes Detail im Schnitt gemäß einer dritten Ausgestaltung.
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1 zeigt eine Kraftfahrzeug-Frontpartie in einem Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung. Eine einteilig aus Kunststoff geformte Stoßfängerverkleidung 1 umfasst in an sich bekannter Weise einen oberen Querträger 2 und einen unteren Querträger 3. Die Höhe der Querträger 2, 3 ist so gewählt, dass bei Kontakt mit einem normal großen Fußgänger der obere Querträger 2 sich etwa in Kniehöhe und der untere Querträger sich etwa in Wadenhöhe befindet, so dass das Fahrzeug den Unterschenkel des Fußgängers vor sich herschiebt und dieser von oben auf die Haube des Fahrzeugs fällt, die sich an die Oberkante der in 1 gezeigten Frontpartie anschließt.
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Der obere Querträger 2 springt in Fahrzeuglängsrichtung geringfügig weiter vor als der untere, im hier gezeigten Fall durch einen in Querrichtung langgestreckten Wulst 4 oberhalb eines Nummernschildfeldes 5, und kommt daher früher als alle anderen Bauteile der Frontpartie mit dem Fußgänger in Kontakt. Da sich unmittelbar hinter dem oberen Querträger 2 ein Leerraum 6 befindet, ist der obere Querträger 2 in Kontakt mit dem Fußgänger leicht auslenkbar und weicht in den Leerraum 6 zurück.
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Während dies geschieht, kommt auch der untere Querträger 3 mit dem Bein des Fußgängers in Kontakt. Der untere Querträger 3 ist durch eine plattenförmige Stoßfängerversteifung 7 abgestützt und deshalb weniger leicht nachgiebig als der obere Querträger 2, so dass er dem Fußgänger die Füße unter dem Rumpf wegschiebt und ihn so von oben auf die Haube fallen lässt.
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Eine bekannte Maßnahme, um die Verletzungsgefahr beim Auftreffen auf die Haube zu minimieren, ist das Anheben der Haube bei Erfassung eines Fußgängerkontakts. Damit die Haube die angehobene Stellung rechtzeitig vor dem Auftreffen erreicht, ist es wichtig, einen Fußgängerkontakt in einer möglichst frühen Phase zu erfassen; andererseits müssen Fehlerfassungen vermieden werden, da die Wiederherstellung des Normalzustandes nach einem Anheben der Haube mit nicht unerheblichem Aufwand und Kosten verbunden ist.
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Zu diesem Zweck sind Berührungssensoren 8 an der Frontpartie sowohl in vertikaler als auch horizontaler Richtung verteilt, wie in 2 beispielhaft gezeigt. Dicke durchgezogene Linien bezeichnen hier jeweils einen einzelnen, in Fahrzeugquerrichtung langgestreckten Berührungssensor oder eine Gruppe von nebeneinander angeordneten Berührungssensoren 8. In der Praxis müssen nicht an allen in der Fig. gezeigten Orten Berührungssensoren 8 vorhanden sein, es sollten aber über die ganze Breite der Frontpartie hinweg die Sensoren 8 so eng gestaffelt sein, dass in Querrichtung zwischen zwei Sensoren 8 keine Lücke vorhanden sein, so breit ist, dass ein in dieser Lücke stattfindender Kontakt mit dem Bein eines Fußgängers keinen der zur Lücke benachbarten Sensoren 8 zum Ansprechen bringt; außerdem sollten über die gesamte Breite der Frontpartie hinweg Sensoren 8 in unterschiedlichen Niveaus angeordnet sein, so dass ein vertikal langgestrecktes Objekt wie etwa das Bein eines Fußgängers an jedem Ort der Frontpartie wenigstens zwei vertikal beabstandete Sensoren 8 zum Ansprechen bringt.
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2 zeigt eine solche Gruppe 8a von Sensoren 8 am oberen Rand des oberen Querträgers 2, in Höhe des Wulstes 4. Eine weitere Gruppe 8b, 8c kann am oberen Querträger 2 unter dem Nummernschildfeld 5 oder am unteren Querträger 3 vorgesehen sein, eine weitere 8d an einer quer über einen Kühlergrill 9 erstreckenden Leiste 11 und ggf. einem am Kühlergrill 9 montierten Herstelleremblem 14.
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Während sich insbesondere die an der Stoßfängerverkleidung angeordneten Gruppen 8a-c wie die Stoßfängerverkleidung selbst ununterbrochen über die gesamte Breite der Frontpartie erstrecken können, ist dies bei der Gruppe 8d nicht der Fall, da die Leiste 11 an Scheinwerferaussparungen 15 endet. Sie ist daher ergänzt durch eine oder mehrere Gruppen 8e unterhalb der Scheinwerferaussparungen 15.
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3 zeigt den Aufbau eines Berührungssensors 8 anhand eines schematischen Schnitts. Als ein Substrat 10, auf dem der Sensor 8 aufgebaut ist, fungiert hier die Leiste 11. Die Leiste 11 ist aus Kunststoff geformt, vorzugsweise aus Flachmaterial tiefgezogen, und unter der Belastung eines Fußgängerkontakts flexibel verformbar. Auf die Leiste ist eine Metallschicht 12, z.B. aus Aluminium, mit einer Dicke von mehreren 100 nm aufgedampft und strukturiert, um zwei leitfähige Kondensatorplatten 12a, 12b zu bilden, die voneinander durch eine Lücke 16 getrennt sind. Die Platten 12a, 12b sind mit einer vor Korrosion schützenden transparenten Lackschicht 17 überzogen. Sie sind mit einer Messschaltung 18 elektrisch verbunden, die ihnen eine Wechselspannung aufprägt, um aus Phase und Amplitude dieser Wechselspannung die Kapazität eines von den Platten 12a, 12b gebildeten Messkondensators 19 abzuschätzen.
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Die Lücke 16 befindet sich an einer sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Flanke 20 der Leiste 11, ihre Breite entspricht in etwa der Wandstärke der Leiste 11. Von außen ist die Flanke 20 verborgen, daher ist für einen Betrachter des Fahrzeugs nur die auf ihre Außenseite aufgedampfte Platte 12a sichtbar, die, indem sie metallisch spiegelt, die Leiste 11 wie ein Chromteil aussehen lässt.
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Metallisch spiegelnd ist die Kondensatorplatte 12a auch dann noch, wenn sie so dünn ist, dass sie teilweise transparent ist. In dunkler Umgebung kann das Erscheinungsbild der Leiste 11 daher komplett verändert werden, indem eine aus einem transparenten Kunststoff gefertigte Leiste 11 ist verwendet wird und durch eine hinter ihr angebrachte Lichtquelle 21, typischerweise eine Zeile von LEDs, zum Leuchten gebracht wird.
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Bei Kontakt mit einem Fußgänger wird die Leiste 11 gegen einen dahinterliegenden Träger 23 gedrückt und dabei abgeflacht. Dazu muss die Flanke 20 einknicken; damit dies mit engem Knickradius entlang der Lücke 16 geschieht, kann die Flanke mit einer Schwachstelle versehen sein, z. B. kann die Lücke 16 erhalten sein, indem von der ursprünglich flächendeckend bedampften Oberfläche der Leiste entlang der Lücke 16 sowohl die Metallschicht als auch Material der Leiste 11 abgetragen ist.
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Wenn die Leiste 11 unter Belastung nachgibt und ihre Flanke 20 einknickt, nehmen die Kondensatorplatten 12a, 12b einen Querschnitt an, der in 3 mit kreuzschraffiert eingezeichnet ist. Wie man sieht, kommen sie einander in dieser flachgedrückten Konfiguration der Leiste 11 näher als in der Normalkonfiguration, d.h. die Kapazität des Messkondensators 19 nimmt zu, worauf die Messschaltung 18 anspricht. In diesem Fall kommt der Lackschicht 17 die zusätzliche Funktion zu, einen elektrischen Kontakt zwischen den Platten auch dann zu verhindern, wenn die Flanke 20 vollständig eingeknickt ist und ihre beiden Hälften beiderseits der Knickzone einander berühren.
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Wenn auf die Sichtbarkeit der Kondensatorplatten 12a, 12b und das sich daraus ergebende metallische Erscheinungsbild kein Wert gelegt wird, können die Kondensatorplatten 12a, 12b und die Lackschicht 17 auch an der nicht sichtbaren Innenseite eines Substrats 10 angebracht und das Substrat 10 undurchsichtig sein. Dies ist insbesondere sinnvoll bei den Gruppen 8 a, b, c und e, deren Substrat 10 die Stoßfängerverkleidung 1 ist.
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4 zeigt einen Sensor 8 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung in einem zu 3 analogen Schnitt. Hier ist auf die Leiste 11 zunächst eine Metallschicht 12 aufgedampft, die die, mit einer ersten Klemme der Messschaltung 18 verbunden, eine erste Kondensatorplatte bildet, anschließend ist eine Lackschicht oder eine andere schwach haftende elektrisch isolierende Zwischenschicht 22 aufgetragen, auf diese ist eine weitere Metallschicht 13 aufgedampft, um eine zweite Kondensatorplatte zu bilden, und auf diese wiederum ist die Lackschicht 17 aufgetragen. Da hier der Abstand zwischen den Metallschichten 12, 13 sehr klein gemacht werden kann, genügt eine erheblich kleinere Kantenlänge der Kondensatorplatten, um einen Messkondensator 19 mit derselben Kapazität wie im Falle der 3 zu bilden; deswegen können viele Messkondensatoren auf engem Raum nebeneinander untergebracht werden, was eine ortsaufgelöste Berührungserfassung erleichtert. Die Kapazitätsänderung, auf der der Nachweis der Berührung basiert, resultiert hier daraus, dass bei einer Verformung der Leiste 11 die Kondensatorplatten sich gegeneinander in einer oberflächenparallelen Richtung verschieben und sich dadurch die wirksame Plattenfläche verändert.
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5 zeigt eine Variante, bei der die Leiste 11 aus zwei Substratstücken 10a, 10b zusammengesetzt ist, auf die jeweils eine Metallschicht 12 bzw. 13 als Kondensatorplatte aufgedampft und mit einer Lackschicht 17 überzogen ist. Indem die Lackschichten 17 beider Substrate 10a, 10b gegeneinander geklebt sind, wird ein Messkondensator 19 mit kleinem Plattenabstand gebildet. Die Klebung ist schwach genug, um bei einer kräftigen Verformung der Leiste 10 bei Kontakt mit einem Fußgänger aufzureißen, wodurch die Kapazität des Messkondensators 19 stark abnimmt.
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Die Ausgangssignale der Messschaltungen 18 aller Sensoren 8 einer Gruppe 8a, b, c, d oder e laufen an einer Auswerteeinheit 24 der Gruppe zusammen. Wenn einer der Sensoren 8 anspricht, d.h. wenn das Ausgangssignal seiner Messschaltung 18 anzeigt, dass die Kapazität des zugehörigen Messkondensators 19 signifikant verändert ist, überprüft die Auswerteeinheit 24, in welchem Umfang dies auch bei in der Gruppe benachbarten Messkondensatoren 19 der Fall ist. Wenn der Abstand zwischen zwei nicht ansprechenden Messkondensatoren 19 auf verschiedenen Seiten des ansprechenden Messkondensators unter einem Grenzwert von z.B. 5 cm liegt, dann weist dies darauf hin, dass die Verformung auf Kontakt mit einem Objekt, z.B. einem Zaunpfahl, zurückzuführen ist, das schmaler als das Bein eines Fußgängers ist; in diesem Fall gibt die Auswerteeinheit 24 das Signal nicht weiter. Genauso wird das Signal nicht weitergegeben, wenn auf einer Breite, die signifikant größer ist als der Durchmesser eines Beins, alle Sensoren der Gruppe ansprechen. Liegt die Breite der Deformation dazwischen, dann gibt die Auswerteeinheit 24 die Position der Deformation in Fahrzeugquerrichtung weiter.
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Eine nächstübergeordnete Auswerteeinheit 25 entscheidet nur dann, dass tatsächlich eine Kollision mit einem Fußgänger stattgefunden hat, und löst ein Anheben der Haube aus, wenn wenigstens zwei Auswerteeinheiten 24 Deformationen an übereinstimmenden Positionen melden. Zusätzlich kann die Auswerteeinheit 25 auch die zeitliche Abfolge der Meldungen berücksichtigen und z.B. nur dann auf Kollision mit einem Fußgänger entscheiden, wenn eine erste Meldung von der an der Frontpartie am weitesten vorn liegenden Gruppe 8a und eine Folgemeldung von der weiter hinten liegenden und daher später mit dem Fußgänger in Kontakt kommenden Gruppe 8 b oder 8c kommt, nicht aber bei umgekehrter Reihenfolge der Meldungen oder wenn der Zeitabstand zwischen den Meldungen über einem -eventuell von der Fahrtgeschwindigkeit abhängigen-Grenzwert liegt.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen.
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Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfängerverkleidung
- 2
- oberer Querträger
- 3
- unterer Querträger
- 4
- Wulst
- 5
- Nummernschildfeld
- 6
- Leerraum
- 7
- Stoßfängerversteifung
- 8
- Berührungssensor
- 8a-e
- Gruppe von Berührungssensoren
- 9
- Kühlergrill
- 10
- Substrat
- 11
- Leiste
- 12
- Metallschicht
- 12a, 12b
- Kondensatorplatte
- 13
- Metallschicht
- 14
- Herstelleremblem
- 15
- Scheinwerferaussparung
- 16
- Lücke
- 17
- Lackschicht
- 18
- Messschaltung
- 19
- Messkondensator
- 20
- Flanke
- 21
- Lichtquelle
- 22
- Zwischenschicht
- 23
- Träger
- 24
- Auswerteeinheit
- 25
- Auswerteeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0218159 A1 [0002]
