DE2609077A1

DE2609077A1 - Schaltanordnung mit einem streufeldkondensator

Info

Publication number: DE2609077A1
Application number: DE19762609077
Authority: DE
Inventors: Rolf Ing Grad Braeutigam; Lothar Haas; Albert Dr Ing Weckenmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1977-09-15
Also published as: SE410930B; US4107555A; FR2343371A2; FR2343371B2; SE7702378L

Description

12.2.1976 Ws/Hm

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Schaltanordnung mit einem Streufeldkondensator

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordmmg mit einem Streufeldkondensator, der mindestens zwei in einer Ebene mit Abstand nebeneinander angeordnete Flächenelektroden aufweist, von denen die eine als Sendeelektrode mit einem Signalgeber elektrisch leitend verbunden ist und die andere als Empfangselektrode an ein Schaltglied angeschlossen ist, durch welche das aufgrund einer Änderung des Feldlinienverlaufs an dieser Empfangselektrode abgreifbare Meßsignal auswertbar ist, wobei die Elektroden

709837/0088 -2-

26Q9077

~f~ O

von einer gegen Masse und diese Elektroden galvanisch isolierten, metallischen Abschirmung umgeben sind, über die im berührungslosen Zustand zumindest ein Teil der von der Sendeelektrode ausgehenden Feldlinien des elektrischen Feldes auf die Empfangselektrode weitergeleitet werden und bei Annäherung oder Berührung der Abschirmung durch ein elektrisch leitendes Organ teilweise übe¹⁰ dieses Organ ableitbar sind.

Bei einem solchen, sogenannten kapazitiven Näherungssensor bewirkt die metallische Abschirmung im berührungslosen Zustand ein definiertes Empfangssignal an der Empfangselektrode, welches durch Feuchtigkeit und Verschmutzung an der Außenseite der Abschirmung unbeeinflußt bleibt. Die Abschirmung wirkt folglich als Faradayscher Käfig, wodurch sich der Näherungssensor bevorzugt als Schalter in Kraftfahrzeugen oder in Betrieben verwenden läßt. Berührt beispielsweise der E'ahrzeuglenker eines Kraftfahrzeuges die Abschirmung mit dem Finger, so wird dadurch der hochfrequente Signalstrom teilweise über den Finger und den Körper der betreffenden Person kapazitiv gegen Masse abgeleitet und so der Meßstrom an der Empfangselektrode herabgesetzt.

Die Schaltanordnung soll iiji Kraftfahrzeug einerseits an verschiedenen Stellen des Armaturenbrettes oder im Bereich des Lenkrades angebracht werden und sie soll andererseits jeweils mit einer elektronischen Auswerteschaltung verbunden sein, Vielehe schließlich den Schalter des zu betätigenden Verbrauchers steuert.

Daraus ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, den Platzbedarf für die Schaltanordnung und für die Auswertesehaltung möglichst gering und die erforderlichen Verbindungsleitungen möglichst kurz zu halten.

709837/0088

M "Z ·-

-η

Dies wird bei einer Schaltanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine mit den Flächenelektroden und mit weiteren Anschlüssen verbundene Auswerteschaltung als IC-Schaltbaustein innerhalb der metallischen Abschirmung auf einer Isolierstoffplatte angeordnet ist, auf welche die Fläehenelektroden aufgebracht sind.

Eine besonders platzsparende Anordnung ergibt sich, wenn der IC-Schaltbaustein zwischen den voneinander getrennten Flächenelektroden auf die Isolierstoffplatte aufgeklebt ist.

Einzelheiten der Erfindung sind an den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeis'pielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen kapazitiven Sensor mit einer Isolierstoffplatte und einer Abdeckkappe vor dem Zusammenbau im vergrößerten Maßstab und

Fig. 2 die Isolierstoffplatte in räumlicher .Darstellung ohne Abdeckplatte und

Fig. 3 zeigt die übereinander angeordneten Einzelteile eines weiteren erfindungsgemäßen kapazitiven Sensors mit einer kupferkaschierten Isolierstoffplatte·

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, im wesentlichen aus einem mit 1Ö bezeichneten, kapazitiven Sensor bestehende Schaltanordnung umfaßt eine Isolierstoffplatte 11 und eine Abdeckkappe 12. Die- Isolierstoff platte 11 trägt auf ihrer Oberseite zwei Flächenelektroden 13, von denen die eine als Sende- und die andere als Empfangselektrode dient. Die Abdeckkappe 12 ist auf der die Flächenelektroden 13 tragenden Oberseite der Isolierstoffplatte 11 angeordnet und nach dem Zusammendrücken beider Teile durch Schnappzungen

709837/0088

1*1 mit ihr verbunden. Die Außenfläche der Abdeckkappe 12 sowie die Rückseite der Isolierstoffplatte 11 ist mit einer gestrichelt dargestellten Metallisierung 15 versehen, welche die metallische Abschirmung der Flächenelektroden

13 bildet. Durch die ebenfalls, metallisierten Schnapp2,ungen

14 sind die beiden, die Abschirmung bildenden Metallisierungen 15 der Isolierstoffplatte 11 und der Abdeckkappe miteinander kontaktiert.

Zwischen den Flächenelektroden 13, die durch eine Aussparung 16 der Isolierstoffplatte 11, voneinander getrennt sind, ist ein IC-Schaltbaustein 17 auf die Isolierstoffplatte 11 aufgeklebt. Dieser Schaltbaustein 17 ist über mehrere Anschlußdrähte l8 mit den Flächenelektroden 13 sowie mit mehreren Anschlußstiften I9 kontaktiert, die in der Isolierstoffplatte 11 verankert sind und auf der Rückseite zur Kontaktierung mit nicht dargestellten Verbindungsmitteln aus der Islierstoffplatte 11 herausragen. Die Aussparung l6 der Isolierstoffplatte 11, in der sich der IC-Schaltbaustein 17 sowie die Anschlußdrähte 18 befinden, wird nach dem Aufsetzen der Abdeckkappe 12 mit einem nicht dargestellten Silikonkautschuk ausgefüllt, der durch Bohrungen 20 der Isolierstoffplatte von außen in die Aussparung 16 eingefüllt wird.

Die Wirkungsweise des Sensors 10 ist derart, daß er zusammen mit dem IC-Schaltbaustein 17 über Anschlußstifte 19 an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen wird. Der IC-Schaltbaustein 17 enthält neben einer Auswerteschaltung noch einen Oszillator, der eine Hochfrequenz von ca. 30 kHz erzeugt. Diese Hochfrequenz gelangt über eine der Anschlußdrähte l8 vom IC-Schaltbaustein 17 auf eine der Flächenelektroden 13, der sogenannten Sendeelektrode. Da die Flächenelektroden I3 voneinander galvanisch isoliert und von der Metallisierung 15 umgeben sind, gelangt ein großer Teil der von der Sendeelektrode ausgehenden Feldlinien des hochfrequenten elektrischen Feldes über diese Metallisierung 15 zur anderen Flächenelektrode, der sogenannten Empfangselektrode,. Der dadurch erzeugt hoch-

709837/0088 _₅_

frequente Meßstrom wird nun einer im IC-Schaltbaustein 17 untergebrachten Auswertschaltung zugeführt. Die Auswerteschaltung kann dabei sowohl Verstärkerschaltungen, FP-Stufen und ähnliches enthalten. Die Ausgänge dieser Auswerteschaltung sind über Anschlußdränte 18 mit den entsprechenden Anschlußstifen 19 verbunden, an welche Relais oder andere eteuerbare Schalter der zu betätigenden Verbraucher im Kraftfahrzeug angeschlossen sind.

Bei Annäherung oder Berührung der Metallisierung 15 wird ein Großteil der von der Sendeelektrode ausgehenden Feldlinien nach außen abgeleitet, wodurch der über die Empfangselektrode zum IC-Schaltbaustein 17 gelangende Meßstrom abgeschwächt und durch diese Abschwächung in der Auswerteschaltung das entsprechende Schaltsignal ausgelöst wird.

In Fig. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Sensor 30 dargestellt, der im wesentlichen aus drei übereinandergeordneten Teilen besteht, einer Abdeckkappe 31, einer Isolierstoffplatte 32 und einer Grundplatte 33· Die Abdeckkappe 31 ist ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte Abdeckkappe 12 außen mit einer Metallisierung 34 sowie mit seitlich angeordneten Schnappzungen 35 versehen. Die Isolierstoffplatte 32 hat eine kupferkaschierte Oberfläche, auf der die beiden Flächenelektroden 36 sowie mehrere Anschlußbahnen 37 durch Abätzen verschiedener Bereiche der Kupferkaschierung gewonnen wurden. Auch hier ist zwischen den voneinander getrennten·Flächenelektroden

36 ein IC-Schaltbaustein 38 auf die Isolierstoffplatte 32 aufgeklebt und über mehrere Anschlußdrähte 39 sowohl mit den Flächenelektroden 36 als auch mit den Anschlußbahnen

37 kontaktiert. Die Anschlußbahnen 37 sind hier zu einer Seite der Isolierstoffplatte 32 hingeführt und dort mit Steckerstiften 40 kontaktiert, die seitlich abstehen. Die Grundplatte 33 ist auf ihrer Rückseite ebenfalls mit einer Metalliserung 34 versehen, so daß auch hier beim Zusammenfügen der drei Teile die Isolierstoffplatte 32

709837/0088.

-6-

3 1 Ci G

innerhalb der Abdeckkappe 31 liegt, wobei die Flächenelektroden 36 von den Metallisierungen der Abdeckplatte 31 und der Grundplatte 33 umgeben sind, die über die ebenfalls metallisierten Schnappzungen 35 derart miteinander elektrisch verbunden sind, daß sie eine vollständige metallische Abschirmung der Flächenelektroden 36 bilden. Zum Schutz gegen eine mechanische Beschädigung ist der IC-Schaltbaustein 38 mit seinen Anschlußdrähten 39 mit Silikonkautschuk abgedeckt und von einem Isolierstoffring 4l umgeben, der in eine entsprechende, nicht erkennbare Ausnehmung der Abdeckkappe 31 ragt.

Die Wirkungsweise dieses Sensors 30 entspricht der zuvor beschriebenen Wirkungsweise des Sensors 10 in Fig. 1 und 2. An den Steckerstiften 40 werden einerseits die Netzspannung des Kraftfahrzeuges zugeführt, und andererseits verschiedene Steuersignale abgegriffen bzw. zugeführt. Es sind dies beispielsweise ein Ausgangssignal bei Betätigung des Sensors, ein FF-Ausgangssignal für eine elektronische Blinkeinrichtung sowie ein von außen kommendes FF-Löschsignal zur Blinkerrückstellung.

-7-709837/0088

Claims

Ansprüche

(1·/ Schaltanordnung mit einem Streufeldkondensator der mindestens zv/ei in einer Ebene mit Abstand nebeneinander angeordnete Flächenelektroden aufweist, von denen die eine als Sendeelektrode mit einem Signalgeber elektrisch leitend verbunden ist und die andere als Empfangselektrode an ein Schaltglied angeschlossen ist, durch welches das aufgrund einer Änderung des Feldlinienverlaufs an dieser Empfangselektrode abgreifbare Meßsignal auswertbar ist, wobei die Elektroden von einer gegen Masse und gegen diese Elektroden galvanisch isolierten, metallischen Abschirmung umgeben sind, über die im berührungslosen Zustand zumindest ein Teil der von der Sendeelektrode ausgehenden Feldlinien des elektrischen Feldes auf die Empfangselektrode weitergeleitet werden und die bei Annäherung oder Berührung der Abschirmung durch ein elektrisch leitendes Organ teilweise über dieses Organ ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den Flächenelektroden (13, 36) und mit weiteren Anschlüssen (19, 37) verbundene Ausviertschaltung als IC-Schaltbaustein (17, 38) innerhalb der metallischen Abschirmung (15, 3¹O auf einer Isolierstoffplatte (11, 32) angeordnet ist, auf vrelche die Flächenelektroden aufgebracht sind.

709837/0088

-8-OftlGINAL INSPECTED
2. Schaltanordnung nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Schaltbaustein (17, 38) zwischen den voneinander getrennten Flächenelektroden (13, 36) auf die Isolierstoffplatte (11, 32) aufgeklebt ist.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Schaltbaustein (17) und mehrere Anschlußstifte (19) in einer zentralen, die Flächenelektroden
(13) voneinander trennenden Aussparung (16) der Isolierstoffplatte (11) befestigt sind.
k. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (16) mit Silikonkautschuk ausgefüllt
ist.
5. Schaltnaordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Schaltbaustein (38) auf einer kupferkaschierten I&olierstoffplatte (32) angeordnet ist, auf der die
Flächenelektroden (36) sowie mehrere Anschlußbahnen (37) freigeätzt sind, welche auf einer Seite der Isolierstoffplatte mit Steckerstiften (40) kontaktiert sind.
6. Schaltanordnung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der IC-Schaltbaustein (17, 38) über
Anschlußdrähte (l8, 39) mit den Flächenelektroden (13, 36) und den Anschlußbahnen (37) bzw. Anschlußstiften (19)
verbunden ist.

709837/0088

-9-

3 1 ö
7. Schaltanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der die Flächenelektroden (13, 36) tragenden Oberfläche der Isolierstoffplatte (11, 32) eine Abdeckkappe (12, 31) angeordnet ist.
8. Schaltanordnung nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Abdeckkappe (12) sowie die Rückseite der Isolierstoffplatte (11), mit Ausnahme eines die Anschlußstifte (19) aufnehmenden Bereiches, mit einer die Abschirmung bildenden Metallisierung (15) versehen ist.
9· Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Abdeckkappe (31) sowie die Rückseite einer unter der Isolierstoffplatte (32) angeordneten Grundplatte (33) mit einer die Abschirmung bildenden Metallisierung (34) versehen ist.
10. Schaltanordnung nach einen der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch ebenfalls metallisierte Schnappzungen (14, 35) der Abdeckkappe (12, 31) die Metallisierungen (15, 34) miteinander elektrisch verbunden· sind.

709837/0088