DE102016210680A1

DE102016210680A1 - Kapazitive Näherungssensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016210680A1
Application number: DE102016210680.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Pohl
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Es wird eine kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) zum Auslösen von Steuerbefehlen für eine Stellvorrichtung in einem Kraftfahrzeug angegeben. Die Näherungssensoreinrichtung (5) weist eine Sensorelektrode (5) zur Emission eines elektrischen Detektionsfeldes (F1) in einem der Sensorelektrode (5) vorgelagerten Detektionsraum (10) auf. Die Näherungssensoreinrichtung (5) weist weiterhin eine Feldformungseinheit (20) auf, die mindestens einen Körper aus elektrisch nichtleitendem Feststoff umfasst, der zumindest partiell in dem Detektionsraum (10) angeordnet ist. Die Feldformungseinheit (20) weist dabei in einer ersten Variante der Erfindung zur Formung des Detektionsfeldes (F1) eine räumlich variierende Permittivität, eine räumlich variierende Porosität und/oder eine räumlich variierende Materialstärke auf. In einer zweiten Variante der Erfindung flankiert die Feldformungseinheit (20) nur eine dem Detektionsraum (10) zugewandte Vorderseite (21), nicht aber eine hierzu entgegengesetzte Rückseite (22) der Sensorelektrode (5).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kapazitive Näherungssensoreinrichtung nach dem jeweiligen Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 zum Auslösen von Steuerbefehlen für eine Stellvorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Bei modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Personenkraftwagen, werden kapazitive Näherungssensoren einerseits eingesetzt, um im Rahmen einer Kollisionsschutzeinrichtung beispielsweise die Verstellung von elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugteilen, zum Beispiel Fahrzeugfenstern und -türen zu überwachen. Mittels der kapazitiven Näherungssensoren wird dabei der dem Fahrzeugteil vorgelagerte Stellwegbereich auf die Anwesenheit eines Hindernisses überwacht. Ein Hindernis innerhalb des elektrischen Wechselfeldes führt dabei zu einer anormalen Änderung der erfassten Sensorkapazität, auf die hin die Kollisionsschutzeinrichtung die Verstellung des Fahrzeugteils stoppt und gegebenenfalls reversiert.
Andererseits wird ein kapazitiver Näherungssensor bei Kraftfahrzeugen auch dazu eingesetzt, berührungslos den Befehl eines Fahrzeugnutzers zur Ausführung einer Stellbewegung zu erkennen. Hierbei ist der kapazitive Näherungssensor regelmäßig dazu eingerichtet, berührungslos ein Annäherungsereignis an das Fahrzeug zu detektieren. Das dabei ermittelte Messsignal wird anschließend im Rahmen einer Türöffnungseinrichtung mit einem hinterlegten Referenzsignal verglichen. Bei hinreichender Übereinstimmung des Messsignals mit dem Referenzsignal wird die gewünschte Stellbewegung ausgelöst. Um ein berührungsloses Öffnen einer Heckklappe zu ermöglichen, ist mitunter ein kapazitiver Näherungssensor an oder in dem hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei dieser Näherungssensor üblicherweise durch einen Fußkick unter den hinteren Stoßfänger betätigbar ist. Eine für diesen Anwendungszweck vorgesehene kapazitive Näherungssensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 10 2013 014 142 A1 bekannt.
Um Annährungsereignisse – sei es zur Hinderniserkennung im Rahmen einer Kollisionsschutzüberwachung oder zur berührungslosen Erfassung von Stellbefehlen – sicher und fehlerfrei zu detektieren, ist eine möglichst präzise Konzentrierung des von der Sensorelektrode emittierten elektrischen Detektionsfeldes auf einen vorgegebenen Detektionsraum wünschenswert. Als "Detektionsraum" ist dabei dasjenige Raumvolumen bezeichnet, in dem Körperteile oder Gegenstände von dem Näherungssensor detektiert werden sollen. Raumbereiche außerhalb dieses Detektionsraums sollen dagegen in der Regel möglichst feldfrei sein, um eine Störung des Messignals bestmöglich zu unterdrücken. Es wird daher häufig eine bestimmte Formung des Detektionsfeldes angestrebt, die sich oft – zum Beispiel aufgrund des beengten Bauraums in einem Kraftfahrzeug – allein durch die Gestaltung und Anordnung der Sensorelektrode nicht in befriedigendem Maße erzielen lässt. Häufig, so zum Beispiel in DE 10 2008 063 366 A1 , werden zur Feldformung elektrische Schirmungen eingesetzt, also elektrische Leiter, an die Massenpotential oder ein anderes bestimmtes elektrisches Potential angelegt ist.
In DE 10 2013 014 142 A1 wird alternativ vorgeschlagen, der Sensorelektrode einen isolierten elektrischen Leiter vorzuordnen. Die Realisierung einer solchen Näherungssensoreinrichtung ist allerdings vergleichsweise aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Näherungssensoreinrichtung der vorstehend beschriebenen Art zu vereinfachen, dennoch aber eine präzise Feldformung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine kapazitive Näherungssensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unabhängig hiervon wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine kapazitive Näherungssensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die (Näherungs-)Sensoreinrichtung dient zum Auslösen von Steuerbefehlen für eine Stellvorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Sie umfasst einerseits (mindestens) eine Sensorelektrode zur Emission eines elektrischen Detektionsfeldes in einen der Sensorelektrode vorgelagerten Detektionsraum. Diejenige Seite der Sensorelektrode, die dem Detektionsraum zugewandt ist, ist dabei nachfolgend – unabhängig von der Orientierung der Sensorelektrode in dem Kraftfahrzeug – als "Vorderseite" bezeichnet. Die von dem Detektionsraum abgewandte Seite der Sensorelektrode ist entsprechend als "Rückseite" bezeichnet.
Andererseits umfasst die Sensoreinrichtung eine Feldformungseinheit. Diese Feldformungseinheit umfasst mindestens einen Körper (d.h. ein zusammenhängendes Bauteil) aus elektrisch nicht-leitendem Feststoff, wobei dieser Körper zumindest partiell in dem Detektionsraum angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Feldformungseinheit zur Formung des Detektionsfeldes eine räumlich variierende Permittivität, eine räumlich variierende Porosität und/oder eine räumlich variierende Materialstärke auf.
Mit dem Begriff "Feldformungseinheit" wird allgemein die Gesamtheit aller aus elektrisch nicht-leitendem Material bestehenden Körper in der Umgebung der Sensorelektrode verstanden, die die Feldausbreitung des von der Sensorelektrode ausgehenden Detektionsfeldes beeinflussen. Die Feldformungseinheit kann dabei im Rahmen der Erfindung wahlweise aus einem einzigen Körper bestehen oder mehrere zusammengesetzte oder unzusammenhängende Körper umfassen.
Der Begriff "Permittivität" (bisweilen auch als "dielektrische Leitfähigkeit" oder "dielektrische Funktion" genannt und meist mit dem physikalischen Formelzeichen ε gekennzeichnet) bezeichnet eine physikalische Eigenschaft von elektrisch nichtleitenden Materialien, die die Stärke der Beeinflussung von elektrischen Feldern durch das jeweilige Material beschreibt. Die Permittivität des Vakuums ist dabei auch als "elektrische Feldkonstante" bezeichnet und beträgt ε₀ = 8,8541...·10^–12 As(Vm)^–1. Die Permittivität von Luft entspricht näherungsweise der elektrischen Feldkonstante (ε ≈ ε₀). Die Permittivität gewöhnlicher Feststoffe ist stets wesentlich größer als die elektrische Feldkonstante (ε > ε₀). Ein lokaler Bereich mit hoher Permittivität führt dabei zu einer Verstärkung der elektrischen Flussdichte in diesem Bereich. In lokalen Bereichen mit demgegenüber niedrigerer Permittivität stellt sich hierdurch wiederum eine vergleichsweise niedrige elektrische Flussdichte ein. Die räumliche Variation der Permittivität im Umfeld der Sensorelektrode führt somit erkanntermaßen zu einer Konzentration des von der Sensorelektrode ausgehenden Detektionsfeldes.
Die alternativ oder zusätzlich vorgesehene Variation der Porosität beschreibt das Einführen von Poren (d.h. Hohlräumen) mit räumlich variierender Porendichte und/oder räumlich variierendem Porendurchmesser in die Feststoffmatrix der Feldformungseinheit. Die Feldformungseinheit enthält hierbei vorzugsweise poröse und massive (nicht-poröse) Körper oder Bereiche desselben Körpers. Alternativ sind in ein und demselben porösen Körper die Porendichte und (oder der Porendurchmesser) räumlich variiert.
Als "Porosität" wird dabei allgemein der Hohlraumanteil in einem bestimmten Volumen des Materials der Feldformungseinheit bezeichnet. Die Poren sind vorzugsweise gasgefüllt, insbesondere luftgefüllt. Alternativ können die Poren im Rahmen der Erfindung grundsätzlich aber auch evakuiert oder mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Die Wirkung der räumlich variierten Porosität besteht dabei darin, dass in die Feststoffmatrix der Feldformungseinheit mit den Poren gezielt Bereiche mit abweichender (insbesondere stark erniedrigter) Permittivität eingebracht werden, so dass insgesamt die Stärke der durch die an diesem Ort durch die Feldformungseinheit hervorgerufene Feldbeeinflussung geändert wird. Die räumliche Variation der Porosität hat insofern eine entsprechende Wirkung auf die Feldformung wie die vorstehend beschriebene räumliche Variation der materialabhängigen Permittivität. Eine wiederum entsprechende Wirkung auf die Feldformung hat auch die räumliche Variation der Materialstärke der im Vergleich zu dem umgebenden Luftraum stets wesentlich höherpermittiven Feststoffmatrix der Feldformungseinheit.
Als "kapazitiver Näherungssensor" wird ein kapazitiver Sensor bezeichnet, der in der Lage ist, Objekte bereits auf Annäherung (d.h. berührungslos in gewissem Abstand zu der Sensorelektrode) zu detektieren. Die vorstehend genannte "kapazitive Näherungssensoreinrichtung" kann grundsätzlich im Rahmen der Erfindung ausschließlich aus dem kapazitiven Näherungssensor bestehen. Sie enthält optional im Rahmen der Erfindung aber auch weitere Teile (Träger, Stoßfänger, etc.), die nicht unmittelbar zu dem kapazitiven Näherungssensor gehören, die dessen Funktion (insbesondere die Feldformung) aber dennoch beeinflussen.
Die Erfindung beruht auf der Idee, nicht-leitende Materialien gezielt zur Feldformung zu nutzen. Hierzu werden der in DE 10 2013 014 142 A1 offenbarte isolierte Leiter oder gewöhnlicherweise zur Feldformung eingesetzte Abschirmungen obsolet. Entsprechend sind solche isolierten Leiter oder Abschirmungen bei der erfindungsgemäßen Näherungssensoreinrichtung vorzugsweise auch nicht vorgesehen. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Näherungssensoreinrichtung besonders unaufwändig, leicht (also mit geringem Gewicht) und kostengünstig umsetzen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Feldformungseinheit so gestaltet und angeordnet, dass sie sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite der Sensorelektrode flankiert (d.h. unmittelbar anliegend oder mit Abstand an der Vorder- bzw. Rückseite der Sensorelektrode entlangläuft). Die Feldformungseinheit ist hierdurch einerseits zwischen der Vorderseite der Sensorelektrode und dem Detektionsraum, sowie andererseits zwischen der Rückseite der Sensorelektrode und der rückseitigen Umgebung der Sensoreelektrode angeordnet. Die Feldformungseinheit weist hierbei in einem die Vorderseite flankierenden Bereich eine höhere Permittivität, eine geringere Porosität und/oder eine größere Materialstärke auf als in einem die Rückseite flankierenden Bereich. Hierdurch wird erreicht, dass das von der Sensorelektrode ausgehende Detektionsfeld an der Vorderseite der Sensorelektrode eine vergleichsweise hohe Flussdichte, und an der Rückseite eine demgegenüber erniedrigte Flussdichte aufweist. Das von der Sensorelektrode erzeugte Detektionsfeld wird somit konzentriert vorderseitig in den Detektionsraum emittiert.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, die den vorstehenden Gedanken weiterführt, ist die Feldformungseinheit so gestaltet und angeordnet, dass sie nur die Vorderseite, nicht aber die Rückseite der Sensorelektrode flankiert. Der vorstehende Konzentrationseffekt wird hierbei dadurch erzielt, dass der Vorderseite der Sensorelektrode die vergleichsweise hochpermittive Feldformungseinheit vorgelagert ist, während an die Rückseite der Sensorelektrode nur der demgegenüber niederpermittive Luftraum angrenzt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Feldformungseinheit derart gestaltet und angeordnet, dass sie in einer mittleren Zone des die Vorderseite flankierenden Bereichs eine höhere Permittivität, eine geringere Porosität und/oder eine größere Materialstärke aufweist als in einer seitlich daran angrenzenden Zone. Hierdurch wird erreicht, dass das von der Vorderseite der Sensorelektrode ausgehende Detektionsfeld gebündelt wird. Die Feldformungseinheit übt somit auf die Feldemission einen – in grober Analogie – sammellinsenartigen Effekt aus. Grundsätzlich ist im Rahmen der Erfindung allerdings auch eine hierzu komplementäre Variation der Permittivität, Porosität oder Materialstärke denkbar, um bedarfsweise die Streuung des Detektionsfeldes zu erhöhen.
Zur räumlichen Variation der Permittivität kann die Feldformungseinheit im Rahmen der Erfindung aus mehreren Körpern gebildet sein, die aus unterschiedlichen Materialien mit verschiedender Permittivität bestehen. Vorzugsweise sind aber Materialbereiche mit unterschiedlicher Permittivität in einem einstückigen Bauteil ausgebildet. Die Feldformungseinheit umfasst hierzu in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Mehrkomponenten-Kunststoffteil, in dem zur räumlichen Variation der Permittivität mehrere Bereiche aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien mit verschiedener Permittivität integriert sind. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Feldformungseinheit in einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ein Kompositbauteil, das aus einem Kunststoff und mindestens einem anderen nicht-leitenden Werkstoff (z.B. Textil, Holz, Keramik, etc.) mit abweichender Permittivität gebildet ist.
Zur räumlichen Variation der Porosität weist die Feldformungseinheit in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Kunststoffbauteil auf, das räumlich inhomogen geschäumt ist. Das Kunststoffbauteil weist dabei beispielsweise neben mindestens einem geschäumten Bereich mindestens einen massiven (d.h. ungeschäumten Bereich auf). Zusätzlich oder alternativ weist die Feldformungseinheit einen geschäumten Bereich auf, in dem die Porendichte oder die Porendurchmesser räumlich variieren. In einer alternativen Ausgestaltung wird die räumliche Variation der Porosität durch (insbesondere räumlich inhomogene) Einlagerung von (gas- oder flüssigkeitsgefüllten oder evakuierten) Hohlkörpern in die Feststoffmatrix, insbesondere ein Kunststoffteil, erzeugt.
Die Feldformungseinheit umfasst insbesondere einen Kunststoffträger, eine Isolierung der Sensorelektrode und/oder einen Kraftfahrzeugstoßfänger aus Kunststoff.
Die kapazitive Näherungssensoreinrichtung wird in bevorzugter Anwendung zur berührungslosen Bestätigung einer Heckklappe eingesetzt. Die Sensorelektrode ist in diesem Fall vorzugsweise mittels eines Kunststoffträgers hinter dem hinteren Stoßfänger befestigt.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird die kapazitive Näherungssensoreinrichtung nach dem sogenannten "Sender-Empfänger-Prinzip" betrieben. In diesem Fall weist die Näherungssensoreinrichtung mindestens zwei Sensorelektroden unterschiedlicher Funktion auf, nämlich eine Senderelektrode und eine Empfängerelektrode. Dabei wird über die Senderelektrode ein Messsignal in Form eines elektrischen Wechselfeldes ausgegeben, das mittels der Empfängerelektrode empfangen wird. Die Sendeelektrode und die Empfängerelektrode bilden somit einen elektrischen Kondensator mit einer messbaren elektrischen Kapazität, die durch Annäherungsereignisse beeinflusst wird.
Bevorzugt wird die kapazitive Näherungssensoreinrichtung aber nach dem sogenannten "Ein-Elektroden-Prinzip" betrieben. Hierbei umfasst die Näherungssensoreinrichtung lediglich eine Sensorelektrode oder mehrere gleichartige (d.h. nicht als Sender- oder Empfängerelektrode spezifizierte) Sensorelektroden, mit denen ein elektrisches Wechselfeld gegen Masse (d.h. geerdete Gegenstände im Umfeld des Näherungssensors) erzeugt wird. Auch hier führt das Einbringen eines Hindernisses in das Detektionsfeld zu einer Änderung der mittels des Sensors gemessenen Kapazität, wodurch wiederum ein Annäherungsereignis erkannt wird.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
1 in einer grob schematischen Darstellung ein Heckteil eines Kraftfahrzeugs, mit einer motorisch verstellbaren Heckklappe und einer Näherungssensoreinrichtung zur berührungslosen Betätigung der Heckklappe, sowie
2 bis 5 jeweils in schematischer Darstellung unterschiedliche Ausführungen einer Sensorelektrode und einer zugeordneten Feldformungseinheit der Näherungssensoreinrichtung.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen heckseitigen (hinteren) Abschnitt eines Kraftfahrzeugs 1, mit einer Heckklappe 2 sowie mit einer (Näherungssensor-)Einrichtung 3 zum berührungslosen Betätigen der Heckklappe. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiterhin einen heckseitigen Stoßfänger mit einer Stoßfängerverkleidung 4 aus Kunststoff.
Die Einrichtung 3 umfasst eine erste kapazitive Sensorelektrode 5, die an einem Träger 6 aus Kunststoff in dichtem Abstand hinter (d.h. fahrzeuginnenseitig) der Stoßfängerverkleidung 4 befestigt ist. In der vereinfachten Darstellung gemäß 1 sind die Sensorelektrode 5 und der Träger 6 als eine Einheit dargestellt. Weiterhin umfasst die Einrichtung 3 eine zweite kapazitive Sensorelektrode 8, die beispielsweise direkt an der Innenseite der Stoßfängerverkleidung 4 angebracht ist. In dem dargestellten Beispiel sind die Sensorelektrode 5 als Flachleiter und die Sensorelektrode 8 als Rundleiter, d.h. als draht- oder zylindermantelförmiger elektrischer Leiter ausgebildet. Die Einrichtung 3 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 9, die zur Ansteuerung der Sensorelektroden 5 und 8 sowie zur Auswertung der von den Sensorelektroden 5 und 8 jeweils erfassten Messignale S1 bzw. S2 dient. Die Steuereinheit 9 ist beispielsweise durch einen applikationsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebildet. In alternativer Ausführung ist die Steuereinheit 9 durch einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Steuersoftware gebildet.
Die Sensorelektrode 5 ist in dem Kraftfahrzeug 1 höher angeordnet als die Sensorelektrode 8, weshalb die Sensorelektrode 5 auch als „obere Sensorelektrode“ und die Sensorelektrode 8 auch als „untere Sensorelektrode“ bezeichnet sind.
Im Betrieb wird an die Sensorelektroden 5 und 8 jeweils ein elektrisches Messsignal in Form einer elektrischen Wechselspannung angelegt. Unter Wirkung dieses Messsignals bildet sich in einem der oberen Sensorelektrode 5 vorgelagerten Raumvolumen, das nachfolgend als „oberer“ Detektionsraum 10 bezeichnet ist, ein (oberes) elektrisches Detektionsfeld F1 aus. Ebenso breitet sich unter Wirkung des elektrischen Messsignals in einem der Sensorelektrode 8 vorgelagerten Raumvolumen (nachfolgend als unterer Detektionsraum 11 bezeichnet) ein unteres elektrisches Detektionsfeld F2 aus. Die Detektionsfelder F1 und F2 sind in 1 jeweils durch Feldlinien schematisch angedeutet.
Ein in dem jeweiligen Detektionsraum 10, 11 eingebrachtes menschliches Körperteil – gemäß 1 beispielhaft ein Bein 12 eines Fahrzeugnutzers – wirkt aufgrund der kapazitiven Kopplung des Körpergewebes mit dem Untergrund 13 als Gegenelektrode zu der jeweiligen Sensorelektrode 5 bzw. 8. Jede der Sensorelektroden 5 und 8 bildet somit mit dem Bein 12 jeweils einen (elektrischen) Kondensator, dessen Kapazität sich mit dem Abstand des Beins 12 zu der jeweiligen Sensorelektrode 5, 8 in charakteristischer Weise ändert.
Zur Signalisierung eines Befehls zur Öffnung der Heckklappe 2 (Türöffnungswunsch) vollführt der Fahrzeugnutzer konventionsgemäß eine Kickbewegung mit dem Bein 12 unter den hinteren Stoßfänger. Um diesen Türöffnungswunsch zu erkennen, erfasst die Steuereinheit 9 die Messsignale S1 und S2 der Sensorelektroden 5 und 8, die eine Information über die jeweils erfasste Kapazität, und somit eine Information über die Anwesenheit oder Abwesenheit des Beins 12 in dem jeweiligen Detektionsraum 10 oder 11 beinhalten. Die Messsignale S1 und S2 werden von der Steuereinheit 9 nach Maßgabe hinterlegter Kriterien dahingehend ausgewertet, ob die Messignale S1 und S2 einen für die Kickbewegung charakteristischen zeitlichen Verlauf nehmen. Ggf. gibt die Steuereinheit 9 ein Öffnungssignal O an ein Türsteuergerät 14 ab, das beispielsweise durch einen Mikrocontroller mit einer darin implementierten Steuersoftware gebildet ist. Das Türsteuergerät 14 steuert wiederum durch Stellsignale C1 und C2 ein der Heckklappe 2 zugeordnetes Türschloss 15 bzw. einen elektrischen Stellmotor 16 an, der die Heckklappe 2 über eine nicht näher dargestellte Stellmechanik 17 automatisch öffnet. Das Türsteuergerät 14, der Stellmotor 16 und die Stellmechanik 17 bilden somit eine Stellvorrichtung 18 zur Verstellung der Heckklappe 2.
In dem Beispiel gemäß 1 sind die Steuereinheit 9 der Näherungssensoreinrichtung 3 und das Türsteuergerät 14 als separate elektronische Geräte ausgebildet. Alternativ hierzu sind die Steuereinheit 9 und das Türsteuergerät 14 in einem gemeinsamen Gerät, insbesondere einem Mikrocontroller integriert.
Um die Detektionsfelder F1 und F2, und damit die Detektionsräume 10 und 11 hinreichend voneinander räumlich zu separieren, ist der Sensorelektrode 5 eine in 2 schematisch dargestellte Feldformungseinheit 20 zugeordnet, die eine konzentrierte Emission des Detektionsfeldes F1 in den Detektionsraum 10 unterstützt. Mit anderen Worten werden durch die Feldformungseinheit 20 Anteile des Detektionsfeldes F1, die von der Sensorelektrode 5 in Abwesenheit der Feldformungseinheit 20 in Raumbereiche außerhalb des Detektionsraums 10 emittiert würden, weitgehend unterdrückt. Insbesondere bewirkt die Feldformungseinheit 20, dass das von der Sensorelektrode 5 emittierte Detektionsfeld F1 an einer Vorderseite 21 der Sensorelektrode 5 eine wesentlich größere Flussdichte aufweist als auf der entgegengesetzten Rückseite 22. Als Vorderseite 21 ist dabei die der Stoßfängerverkleidung 4 und dem Detektionsraum 10 zugewandte Seite der Sensorelektrode 5 bezeichnet. Die Rückseite 22 der Sensorelektrode 5 ist entsprechend von der Stoßfängerverkleidung 4 und dem Detektionsraum 10 abgewandt.
In den in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Feldformungseinheit 20 durch den Träger 6 sowie durch die Stoßfängerverkleidung 4 gebildet. Um das Detektionsfeld F1 in der gewünschten Weise zu formen, ist der Träger 6 in der Darstellung gemäß 2 als Zweikomponenten-Spritzgussteil gebildet, das einen ersten Materialbereich 23 aus einem Kunststoff mit einer vergleichsweise hohen Permittivität und einen zweiten Materialbereich 24 aus einem Kunststoff mit einer demgegenüber niedrigeren Permittivität aufweist. Beispielsweise sind der erste Materialbereich 23 aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (kurz: ABS; ε = 4,3·ε₀) und der zweite Materialbereich 24 aus Polypropylen (kurz: PP; ε = 2,1·ε₀) gebildet. Zwischen den beiden Materialbereichen 23 und 24 ist die Sensorelektrode 5 eingebettet, so dass der hochpermittive Materialbereich 23 die Vorderseite 21 der Sensorelektrode 5 flankiert, während der niederpermittive Materialbereich 24 die Rückseite 22 der Sensorelektrode 5 flankiert. Die vorderseitige Konzentrierung der Feldemission wird durch die der Sensorelektrode 5 vorderseitig vorgelagerte Stoßfängerverkleidung 4 unterstützt.
In der Ausführungsform gemäß 3 ist der Träger 6 durch ein einstückiges Kunststoffteil aus einem einheitlichen Kunststoffmaterial, z.B. aus Polystyrol (PS), gebildet, in das die Sensorelektrode 5 wiederum eingebettet ist. Um das Detektionsfeld F1 in der gewünschten Weise zu formen, ist der Träger 6 hier räumlich partiell aufgeschäumt, so dass das Material des Trägers 6 in einem die Vorderseite 21 der Sensorelektrode 5 flankierenden Materialbereich 30 eine geringere Porosität, und in einem die Rückseite 22 der Sensorelektrode 5 flankierenden Materialbereich 31 eine höhere Porosität aufweist. Konkret ist der Träger 6 im Beispiel gemäß 3 in dem Materialbereich 30 massiv ausgebildet, so dass die Porosität hier den Wert Null hat. In dem Materialbereich 31 ist das Material des Trägers 6 dagegen über die gesamte (in Vertikalrichtung gemessene) Breite der Sensorelektrode 5 mit luftgefüllten Poren durchsetzt, so dass die Porosität hier einen von Null verschiedenen Wert (z.B. 90%–99%) aufweist.
In der Ausführungsform gemäß 4 ist der Träger 6 wiederum durch ein einstückiges Kunststoffteil aus einem einheitlichen Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus Polypropylen (PP), gebildet. Um das Detektionsfeld F1 in der gewünschten Weise zu formen, hat der Träger 6 hier in einem die Vorderseite 21 der Sensorelektrode 5 flankierenden Materialbereich 40 eine wesentlich größere Materialstärke als in einem die Rückseite 22 der Sensorelektrode 5 flankierenden Materialbereich 41. Die Rückseite der Feldformungseinheit 20 kann alternativ auch durch eine Isolierung der Sensorelektrode 5 gebildet sein. Zudem ist die Materialstärke des Trägers 6 in einer etwa mit der Mitte der Sensorelektrode 5 fluchtenden Zone des Materialbereichs 40 maximal und nimmt zu beiden Seiten der Sensorelektrode 5 (in der Darstellung also nach oben und nach unten) hin ab. Hierdurch wird eine (nicht explizit dargestellte) Bündelung des Detektionsfeld F1 erzielt.
In der Ausführungsform gemäß 5 ist der Träger 6 derart geformt und angeordnet, dass er nur die Vorderseite 21 der Sensorelektrode 5, nicht aber deren Rückseite 22 flankiert, um das Detektionsfeld F1 in der gewünschten Weise zu formen.
Eine weitere Feldformungseinheit ist optional auch der Sensorelektrode 8 zugeordnet. Diese ist beispielsweise durch eine asymmetrische Isolierung gebildet, die an der der Stoßfängerverkleidung 4 zugewandten Seite eine höhere Permitivität, eine geringere Porosität und/oder eine größere Materialstärke aufweist als auf der von der Stoßfängerverkleidung 4 abgewandten Seite.
Die Erfindung wird an dem vorstehend beschriebenen Beispiel besonders deutlich, ist auf dieses Ausführungsbeispiel aber gleichwohl nicht beschränkt. Vielmehr können zahlreiche weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung und den Ansprüchen abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der Figuren beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Heckklappe
3: (Näherungsensor-)Einrichtung
4: Stoßfängerverkleidung
5: Sensorelektrode
6: Träger
8: Sensorelektrode
9: Steuereinheit
10: (oberer) Detektionsraum
11: (unterer) Detektionsraum
12: Bein
13: Untergrund
14: Türsteuergerät
15: Türschloss
16: Stellmotor
17: Stellmechanik
18: Stellvorrichtung
20: Feldformungseinheit
21: Vorderseite
22: Rückseite
23: Materialbereich
24: Materialbereich
30: Materialbereich
31: Materialbereich
40: Materialbereich
41: Materialbereich
C1: Stellsignal
C2: Stellsignal
F1: (oberes) Detektionsfeld
F2: (unteres) Detektionsfeld
O: Öffnungssignal
S1: Messsignal
S2: Messsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013014142 A1 [0003, 0005, 0015]
DE 102008063366 A1 [0004]

Claims

Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) zum Auslösen von Steuerbefehlen für eine Stellvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Sensorelektrode (5) zur Emission eines elektrischen Detektionsfeldes (F1) in einen der Sensorelektrode (5) vorgelagerten Detektionsraum (10), wobei die Sensorelektrode (5) mit einer Vorderseite (21) dem Detektionsraum (10) zugewandt, und mit einer Rückseite (22) von dem Detektionsraum (10) abgewandt ist, sowie – mit einer Feldformungseinheit (20), die mindestens einen Körper aus elektrisch nicht-leitendem Feststoff umfasst, der zumindest partiell in dem Detektionsraum (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformungseinheit (20) zur Formung des Detektionsfeldes (F1) eine räumlich variierende Permittivität, eine räumlich variierende Porosität und/oder eine räumlich variierende Materialstärke aufweist.
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) nach Anspruch 1, wobei die Feldformungseinheit (20) sowohl die Vorderseite (21) als die Rückseite (22) der Sensorelektrode (5) flankiert, und wobei die Feldformungseinheit (20) in einem die Vorderseite (21) flankierenden Bereich (23; 30; 40) eine höhere Permittivität, eine geringere Porosität und/oder eine größere Materialstärke aufweist als in einem die Rückseite (22) flankierenden Bereich (24; 31; 41).
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feldformungseinheit (20) in einer zentralen Zone eines die Vorderseite (21) flankierenden Bereichs (40) eine höhere Permittivität, eine geringere Porosität und/oder eine größere Materialstärke aufweist als in einer seitlich angrenzenden Zone.
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Feldformungseinheit (20) ein Mehrkomponenten-Kunststoffteil oder ein Kompositbauteil aus einem Kunststoff und mindestens einem anderen nicht-leitenden Werkstoff umfasst, das zur räumlichen Variation der Permittivität einen Materialbereich mit vergleichsweise hoher Permittivität und einen Bereich mit demgegenüber geringerer Permittivität aufweist.
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Feldformungseinheit (20) ein Kunststoffbauteil umfasst, das zur räumlichen Variation der Porosität räumlich inhomogen geschäumt ist.
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) zum Auslösen von Steuerbefehlen für eine Stellvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Sensorelektrode (5) zur Emission eines elektrischen Detektionsfeldes (F1) in einen der Sensorelektrode (5) vorgelagerten Detektionsraum (10), wobei die Sensorelektrode (5) mit einer Vorderseite (21) dem Detektionsraum (10) zugewandt, und mit einer Rückseite (22) von dem Detektionsraum (10) abgewandt ist, sowie – mit einer Feldformungseinheit (20), die mindestens einen Körper aus elektrisch nicht-leitendem Feststoff umfasst, der zumindest partiell in dem Detektionsraum (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldformungseinheit (20) die Vorderseite (21), nicht aber die Rückseite (22) der Sensorelektrode (5) flankiert.
Kapazitive Näherungssensoreinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Feldformungseinheit (20) einen aus Kunststoff bestehenden Träger (6) zur Halterung der Sensorelektrode (5), eine Isolierung der Sensorelektrode (5) und/oder eine aus Kunststoff bestehende Stoßfängerverkleidung (4) umfasst.