DE4041160C2

DE4041160C2 - Feuchtigkeitssensor für Windschutzscheiben

Info

Publication number: DE4041160C2
Application number: DE4041160A
Authority: DE
Inventors: Joseph Medzius
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: IT9022250A1; JPH03293546A; FR2656422A1; KR940002512B1; US5040411A; KR910012709A; CA2031004A1; DE4041160A1; FR2656422B1; CA2031004C; IT1243952B; JP2529776B2; IT9022250A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Feuchtigkeit auf einem Träger, insbesondere einen Feuchtigkeitssensor auf einer Windschutzscheibe, wobei mittels eines Überwachungsgerätes Feuchtigkeit festge stellt wird, um über ein Steuergerät einen Scheibenwi scherantriebsmotor zu betätigen.

Beim Betrieb eines Fahrzeuges ist es wichtig, eine klare ungestörte Sicht durch die Fahrzeugwindschutzscheibe auf rechtzuerhalten. Scheibenwischer sind vorhanden, um aus gewählte Teile der Windschutzscheibe von Wasser und/oder Staub zu reinigen, die die Sicht des Fahrzeuglenkers be einträchtigen können.

Feuchtigkeitssensoren wurden verwendet zum Bestimmen von Regen auf Windschutzscheiben und automatisches Betätigen des Scheibenwischerantriebsmotors, um Wasser zu entfernen und das Sichtfeld zu säubern. Einige dieser Sensoren wei sen elektrisch leitende Teile auf mit einer Schutzschicht auf der Außenoberfläche der Windschutzscheibe. Die leit fähigen Teile sind im allgemeinen in einer festen Bezieh ung zueinander angeordnet, um unterschiedliche Kondensa toren auszubilden, deren Ausgang eine Funktion der Feuch tigkeitsabsorption der oberen Schutzschichten ist. Andere Sensoren benutzen eine Vielzahl von Paaren leitfähiger Teile und bestimmen nacheinander die Kapazität zwischen unterschiedlichen Teilen, um Feuchtigkeit auf dem Sensor festzustellen.

Aus US-A-3,523,244 von Goodman et al ist ein Sensorele ment zum Bestimmen der absoluten Feuchtigkeit im wesent lichen unabhängig von Umgebungstemperatur und Druck be schrieben. Ein Aluminiumbasisteil ist mit einer dünnen porösen Aluminiumoxidschicht beschichtet. Elektrische Verbindungen zur Oxidschicht und zum Basisteil sind vor handen. Die Kapazität und der Widerstand zwischen zwei elektrischen Verbindungen schwankt in Abhängigkeit von der absoluten Feuchtigkeit oder Wasserdampf in der Atmo sphäre, der der Sensor ausgesetzt ist.

In US-A-3,986,110 von Overall et al ist eine Einrichtung beschrieben zum Bestimmen der Tiefe von Wasseransammlun gen auf der Oberfläche einer Fahrbahn. Die Vorrichtung weist einen Sensor auf mit ersten und zweiten Kapazitä ten, die in einem Block aus elektrisch isolierendem Mate rial in Abstand voneinander angeordnet sind.

Roselli beschreibt in US-A-4,127,763 eine beheizte Rück scheibe mit einem Feuchtigkeitssensor hohen Wechselstrom widerstandes. Der Sensor ist auf der Innenoberfläche der Rückscheibe angeordnet neben dem gedruckten Heizleiter gitter. Der Sensor weist ein Elektrodenpaar auf mit in einandergreifenden Teilen. Eine Elektrode ist mit dem Heizdraht verbunden, während die andere eine leitende Oberfläche aufweist, um eine Verbindung der Elektrode mit einem Verbindungsteil herzustellen.

Suntola beschreibt in US-A-4,164,868 einen kapazitiven Feuchtigkeitsumwandler mit einer elektrisch nicht leiten den Basis, auf der mindestens ein Paar elektrisch leiten der Beschichtungen auf der Hauptoberfläche des Trägers angeordnet ist. Ein dielektrischer Film, der wasserabsor bierend ist, ist ebenso auf dem Träger angeordnet und deckt mindestens einen Teil der Beschichtungen ab. Der dielektrische Film weist eine dielektrische Konstante auf, die schwankt in Abhängigkeit von dem im Film absor bierten Wasser. Eine äußere, elektrisch leitende wasser durchlässige Schicht wird vom dielektrischen Film getra gen. Der dielektrische Film hält die äußere Schicht dau ernd von Kontakt mit mindestens einer der Beschichtungen ab, so daß es möglich ist, die Kapazität zwischen den Be schichtungen zu messen, die die in der Atmosphäre vorhan dene Feuchtigkeit anzeigt.

In US-A-4,386,336 wird von Kinomoto et al ein Feuchtig keitssensor beschrieben mit einen Abstand voneinander aufweisenden Elektrodenteilen, die mit einem Material ho hen Molekulargewichts abgedeckt sind, wobei das Material feuchtigkeitsempfindlich ist und eine reaktive kationi sche Monomereinheit enthält.

Freud beschreibt in US-A-4,429,343 einen Feuchtigkeits sensor mit zwei Sätzen parallel angeordneter dünner Filme aus Platin, die fingerförmig auf der Oberfläche eines Glasträgers angeordnet sind. Der Film ist mit einer Be schichtung aus wasserabsorbierendem Material, wie Zellu loseacetatbutyrat oder Siliconkautschuk, abgedeckt. Die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber Feuchtigkeit resul tiert aus der feuchtigkeitsabhängigen dielektrischen Kon stante und ihrer Änderung, die auftritt in der über den Fingern angeordneten Beschichtung. Wenn die dielektrische Konstante sich ändert, ändert sich die Kapazität zwischen den parallel angeordneten Fingern.

Aus US-A-4,520,341 von Miyoshi et al ist ein Feuchtig keitssensor bekannt, der eine feuchtigkeitsempfindliche organische Membran und eine Schutzschicht aufweist, die ein Paar elektrisch leitender Teile abdeckt. Die organi sche Membran besteht im wesentlichen aus vernetztem orga nischen Polymer mit einer hydrophilen Gruppe.

In US-A-4,522,060 wird von Murata et al ein Trocken/- Feucht/Frost-Sensor beschrieben, der eine Vielzahl von Sensoreinheiten aufweist. Jede Sensoreinheit weist einen keramischen Träger auf, dessen absolute Dielektrizitäts konstante kleiner ist als die von Eis und ein Paar von Elektroden, die auf dem keramischen Träger in Kontakt mit diesem angeordnet sind. Benachbarte Sensoreinheiten sind einander zugewandt mit einem vorbestimmten Abstand an geordnet, so daß ein Paar von Elektroden einander gegen überliegt und der Wechselstromwiderstand zwischen dem Elektrodenpaar jeder Sensoreinheit bei Veränderung der drei Zustände, trocken, feucht und Frost, sich ändert.

In US-A-4,639,831 von Iyoda ist ein transparenter Sensor zum Ermitteln von Regen auf Fensterglas beschrieben, im Wischbereich auf der Außenoberfläche des Fensters. Der Sensor weist im Abstand voneinander ein Paar Elektroden auf, die parallele Fingerteile haben, die elektrisch von einander isoliert sind durch einen transparenten isolie renden Schutzfilm. Die parallel angeordneten Teile bilden einen Kondensator aus mit variabler Kapazität. Wenn sich ein Wassertropfen auf einem Teil der Schutzschicht ansam melt zwischen einem Paar von Fingerteilen, wird die Kapa zität des Kondensators größer als die normale Kapazität, weil die dielektrische Konstante des Wassertropfens auf der Schutzschicht größer ist als die dielektrische Kon stante von Luft. Wenn die Zahl der Wassertropfen auf der Schutzschicht ansteigt, steigt entsprechend die Gesamtka pazität an.

Hochstein beschreibt in US-A-4,703,237 einen Regensensor mit einem passiven Schaltkreis auf einem Fenster, der ei ne anfängliche Resonanzfrequenz aufweist. Generatorein richtungen erzeugen ein elektromagnetisches Feld mit ei nem Frequenzbereich, wobei die anfängliche Resonanzfre quenz im Bereich der Frequenzen liegt. Wenn sich Feuch tigkeit auf dem passiven Schaltkreis ansammelt, entfernt sich die Resonanzfrequenz des passiven Schaltkreises von der Anfangsresonanzfrequenz und kann von dem Detektor be stimmt werden.

In US-A-4,705,998 von Millerd et al ist eine automatische Scheibenwischersteuerung beschrieben mit einer Vielzahl von einzelnen Sensorschaltkreisen in Verbindung mit einem Multiplexer, der in einer Schaltfolge die Schaltkreise mit Energie beaufschlagt und abschaltet. Jeder Spannungs aufbau zwischen benachbarten überwachten Schaltkreisläu fen infolge Feuchtigkeit wird in einem Kondensator ge speichert, der ständig geerdet ist. Wenn der Kondensator überladen ist, wird der Schaltkreis aktiviert.

In US-A-4,805,070 von Koontz et al und in 4,831,493, die der DE 38 42 180 A1 entspricht, von Wilson et al ist ein Windschutzscheibenfeuchtigkeitssen sor beschrieben mit außenliegenden Sensorteilen. Leitun gen zu den Teilen sind elektrisch voneinander isoliert, um Kurzschluß des Sensors zu vermeiden, wenn sich Wasser zwischen den Leitungen ansammelt. Bei der Ausführung von Koontz sind die Leitungen zum Sensor in der Windschutz scheibe auf der Innenoberfläche der Außenscheibe angeord net. Bei Wilson ist mindestens eine der Leitungen zum Sensor entweder innerhalb der Windschutzscheibe angeord net oder mit einer Schutzschicht versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten, ein facher aufgebauten Feuchtigkeitssensor zu schaffen, der zur Verwendung auf Frontscheiben von Fahrzeugen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Feuchtigkeitssensor gemäß Patentanspruch 1.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Feuchtigkeits sensors werden erste und zweite elektrisch leitende Teile dicht nebeneinander, jedoch mit einem dazwischenliegenden Spalt auf der Außenoberfläche einer Windschutzscheibe als dielektrischem Träger angeordnet. Die elektrisch leiten den Teile können Metallfilme oder gehärtete elektrisch leitende keramische Farben sein. Diese Sensorteile sind vorzugsweise widerstandsfähig gegenüber der Umgebung und den Belastungen der Wischerblätter, weil sie keine Schutz schicht aufweisen. Die elektrisch leitenden Teile weisen parallel angeordnete Finger auf, die ineinandergreifen, sich jedoch nicht berühren, so daß die Länge der Grenz fläche zwischen den elektrisch leitenden Teilen verlän gert ist. Der Sensor ist mit einem elektrischen Signalge nerator und einem Steuergerät verbunden, das ausgewählte Merkmale des Sensors überwacht. Zur Verbindung sind auf der dielektrischen Oberfläche des Trägers erste und zwei te Leitungsteile in Abstand voneinander ausgebildet. Der Abstand der unbeschichteten Leitungsteile von 16-19 mm relativ zum Ab stand der unbeschichteten ineinandergreifenden parallelen Finger des Sensors, von 1,6-4 mm führt dazu, daß das überwachte Merkmal des Sensors, wenn dieser trocken oder nur die Leitungs teile elektrisch miteinander verbunden sind, beispiels weise durch Feuchtigkeit oder Salzablagerungen auf der Frontscheibe, sich meßbar unterscheidet von den überwachten Merkmalen, wenn Feuchtigkeit sich auf dem Frontscheibensensor ansammelt und den Spalt zwischen den parallel Fingern der ersten und zweiten elektrisch leitenden Teile überbrückt und diese elektrisch verbin det. Sobald das überwachte Merkmal des Sensors die zu letzt angegebene Bedingung anzeigt, erzeugt das Steuerge rät ein Signal, um den Wischerantriebsmotor zu aktivie ren, so daß die Wischer die Außenoberfläche der Front scheibe und die Oberfläche des Sensors reinigen.

Ein bevorzugtes überwachtes Merkmal des Sensors ist seine Impedanz oder der Wechselstromwiderstand. Der Abstand zwischen den Leitungsteilen relativ zum Abstand zwischen den Fingern der elektrisch leitenden Teile ist derart, daß die Größe des Wechselstromwiderstandes des Sensors wesentlich höher ist, wenn der Sensor trocken ist oder nur die Leitungsteile durch Feuchtigkeit elektrisch ver bunden sind im Vergleich zum Wechselstromwiderstand, wenn der gesamte Sensor, d. h. die elektrisch leitenden Teile und die Leitungsteile, mit Feuchtigkeit bedeckt sind oder wenn nur die elektrisch leitenden Teile feucht sind.

Die Erfindung schließt auch ein Verfahren zum Feststellen von Feuchtigkeit auf einem dielektrischen Träger mit dem erfindungsgemäßen Sensor ein, durch Hindurchleiten eines elektrischen Signals durch den Sensor und Überwachen der Veränderung eines ausgewählten Merkmals des Sensors in Abhängigkeit von der Belegung von Teilen des Sensors mit Feuchtigkeit mittels eines Überwachungsgerätes. Anstelle der Impedanz des Sensors kann auch der Blindwiderstand (reactance) als überwachendes Merkmal verwendet werden.

Völlig überraschend wurde gefunden, daß sich durch eine vergleichsweise einfache Maßnahme, nämlich unterschiedli che Anordnung von Teilelementen des Sensors relativ zu einander eine Charakteristik des Sensors erzeugen läßt, die es ermöglicht, auf Schutzschichten und feuchtigkeits absorbierende Elemente zu verzichten. Der erfindungsgemä ße Sensor weist dünne, durchsichtige witterungs- und abriebsbeständige Teile auf, die mittels herkömmlicher Abscheidungstechniken auf dem dielektrischen Trägermate rial abgelagert werden können.

Die Erfindung wird anhand der Figuren anschließend noch detaillierter beschrieben.

Abb. 1 ist eine Aufsicht auf den Feuchtigkeitssensor mit den erfindungsgemäßen Merkmalen.

Abb. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung eine An sicht entlang Linie 2-2 von Abb. 1 mit den ineinander greifenden leitfähigen Teilen der unbeschichteten elek trisch leitenden Beschichtungsteile und elektrischen An schlußleitungen gemäß der Erfindung.

Abb. 3 ist ein schematischer Schaltkreis, der erfindungs gemäß verwendet werden kann.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einer laminierten Windschutzscheibe beschrieben, sie kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden, bei denen die Oberflä chenfeuchtigkeit gemessen werden soll.

Der in Abb. 1 und 2 wiedergegebene erfindungsgemäße Feuchtigkeitssensor 10 ist an einer dreischichtigen übli chen Windschutzscheibe 12 angebracht, die eine Außen scheibe 14, eine Innenscheibe 16 und eine flexible Zwi schenschicht 18 aufweist. Der Sensor kann an jeder Stelle der Windschutzscheibe 12 angeordnet sein, vorzugsweise ist er jedoch an einer Stelle angeordnet, die von nicht gezeigten Wischerblättern überstrichen werden, wenn diese das Sichtfeld der Windschutzscheibe 12 reinigen. Bei der speziellen in Abb. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungs form der Erfindung weist die Außenoberfläche 20 der Außenscheibe 14 zwei elektrisch leitende Teile 22 und 24 auf, die einen Abstand voneinander aufweisen und vonein ander durch einen Spalt 26 vorbestimmter Breite voneinan der elektrisch isoliert sind. Ohne die Erfindung begren zen zu wollen, ist der Spalt 26 vorzugsweise nicht größer als die Breite eines Regentropfens oder Nebeltropfens, der auf die Windschutzscheibe 12 auftrifft oder sich auf ihr ansammelt. Im Gegensatz zu anderen Feuchtigkeitssen soren weisen die elektrisch leitenden Teile 22 und 24 keine Schutzschicht auf, so daß sie der Umwelt ausgesetzt sind. Deshalb sollen die Teile 22 und 24 gegen Fehlbe handlung widerstandsfähig sein, das sind Abriebsbestän digkeit, Lösemittelbeständigkeit und Wetterbeständigkeit.

Die Teile 22 und 24 können auf der Außenoberfläche 20 der Außenscheibe 14 auf jede geeignete Art und Weise be festigt sein, die die optischen Eigenschaften der Wind schutzscheibe 12 nicht beeinträchtigt und können eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen elektrisch leitender Beschichtungen oder Stoffe sein, wie sie in US-A-4,831,493 von Wilson et al beschrieben sind. Die Teile 22 und 24 sind vorzugsweise ein elektrisch leiten der Film, wie eine Zinnoxidbeschichtung, die auf der Oberfläche 20 der Außenscheibe 14 abgeschieden ist durch Vakuum oder pyrolytische Abscheidungsverfahren. Die Teile 22 und 24 können parallel laufende Vorsprünge 28 des Teils 22 und dazwischen angeordnete Vorsprünge 30 des Teils 24 aufweisen, die jeweils durch einen Spalt vonein ander getrennt sind. Das Ineinandergreifen paralleler Vorsprünge vergrößert die Länge der Grenzfläche zwischen den Teilen 22 und 24, wie es später noch beschrieben wird. Der Spalt 26 isoliert die Vorsprünge 28 von den Vorsprüngen 30 elektrisch.

Je dünner die Beschichtungen 22 und 24 ausgebildet sind, umso besser kann ein nicht gezeigter Scheibenwischer im Spalt 26 angesammeltes Wasser entfernen, wenn die Schei benwischer über den Sensor 10 wischen.

Der in Abb. 1 und 2 wiedergegebene Sensor weist auch Lei tungsteile 32 und 34 auf, die sich von den Teilen 22 und 24 auf der Oberfläche 20 der Außenscheibe 14 erstrecken und an der Kante 36 der Windschutzscheibe 12 enden. Bei der in Abb. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform sind die Leitungsteile 32 und 34 einander benachbart angeord net, getrennt durch einen Spalt 38 von vorherbestimmter Breite, der nur in Abb. 1 angegeben ist. Die Leitungstei le 32 stehen in elektrischer Verbindung mit einem Steuer gerät 40, wie es in Abb. 3 wiedergegeben ist, das den Sensor 10 in der später beschriebenen Weise überwacht. Das Steuergerät 40 weist einen Wechselstromgenerator 42 und ein Sensorüberwachungsgerät 44 auf und ist mittels der Leitungen 46 und 48 mit den Leitungsteilen 32 und 34 verbunden. Da die Teile 22 und 24, die Leitungsteile 32 und 34 unbeschichtet sind, sollten sie abriebfest, löse mittelbeständig und wetterbeständig ausgebildet sein. Die Leitungsteile 32 und 34 können wie alle bekannten Verfah ren aufgebracht werden und sind vorzugsweise eine Zinn oxidbeschichtung, die auf die Oberfläche 20 zur gleichen Zeit und auf die gleiche Weise wie die elektrisch leiten den Teile 22 und 24 aufgebracht werden.

Der Sensor 10 hat spezielle Eigenschaften basierend auf seiner besonderen Konfiguration, beispielsweise sein Wechselstromwiderstand. Diese Eigenschaften können sich ändern, wenn Feuchtigkeit auf dem Sensor 10 vorhanden ist. Deshalb kann die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf dem Sensor 10 durch Bestimmen einer solchen Eigenschaft des Sensors 10 erfolgen. Jedoch wurde beim Betrieb des Feuchtigkeitssensors 10 beobachtet, daß abgelagerte Feuchtigkeit oder andere Ablagerungen, die eine elek trisch leitende Oberfläche ergeben, beispielsweise Salz, oder die nicht gezeigte Windschutzscheibe 12 umgebende Karosserie zu einer elektrischen Verbindung der Teile 32 und 34 führen, so daß ein Teil des Sensorschaltkreises 50 kurzgeschlossen wird. Dieser Sensorschaltkreis ist sche matisch in Abb. 3 wiedergegeben und wird gebildet aus den elektrisch leitenden Teilen 22, 24 und den Leitungsteilen 32 und 34. Bei einer elektrisch kurzschließenden Verbin dung kann der Wischerantriebsmotor aktiviert werden, ob wohl sein Betrieb nicht erforderlich ist. Um dies zu ver hindern, sieht die vorliegende Erfindung Abstände zwi schen den Leitungsteilen 32 und 34 vor, die sich von den Abständen zwischen den Vorsprüngen 28 und 30 der Teile 22 und 24 relativ unterscheiden, so daß eine bestimmte über wachte Eigenschaft des Sensors das Auftreten von Feuch tigkeit auf dem gesamten Sensor 10 anzeigt. Ein anderer Weg, die Eigenschaften des Sensors 10, die auf der rela tiven Breite des Spaltes 38 zwischen den Leitungsteilen 32 und 34 im Vergleich zur Breite des Spaltes 26 zwischen den Vorsprüngen 28 und 30 beruhen, durch das Steuergerät 40 zu überwachen, hängt von den folgenden Betriebsbedin gungen ab:

1. Wenn der Sensor 10 trocken ist,
2. wenn Wasser nur die Leitungsteile 32 und 34 elektrisch verbindet,
3. wenn Wasser nur die Vorsprünge 28 und 30 elektrisch verbindet und
4. wenn beides, Vorsprünge 28 und 30 und Leitungsteile 32 und 34, durch Wasser auf dem Sensor 10 elektrisch verbunden sind.

Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugt überwachte Ei genschaft des Sensors 10 ist sein Wechselstromwiderstand. Der Wechselstromwiderstand wird ausgedrückt als Abhängig keit seines Widerstandes in Ohm von der Phasenverschie bung in Grad zwischen Strom und Spannungsschwankungen des Sensors 10, wenn er von dem Wechselstromgenerator 12 be schickt wird und der Sensor sich ändert von einem hohen Widerstand, d. h. einem niedrigen Phasenwinkel zu hoher Kapazität mit hohem Phasenwinkel. Erfindungsgemäß wird der relative Abstand zwischen den Leitungsteilen 32 und 34 und den Vorsprüngen 28 und 30 so gewählt, daß der Wechselstromwiderstand des Sensors unter Betriebsbedin gungen (1) und (2) sich wesentlich vom Wechselstromwider stand unter Betriebsbedingungen (3) und (4) unterschei det. Basierend auf dem überwachten Wechselstromwiderstand des Sensors 10 kann das Steuergerät 40 entweder den Wi scherantriebsmotor 52 aktivieren, wenn sich aus dem über wachten Wechselstromwiderstand ergibt, daß Feuchtigkeit die elektrisch leitenden Teile 22 und 24 überbrückt, d. h. unter Betriebsbedingungen (3) oder (4) oder den Wischer antriebsmotor 52 nicht aktiviert oder ausschaltet, wenn der überwachte Wechselstromwiderstand Betriebsbedingungen (1) oder (2) anzeigt.

Abb. 3 gibt schematisch einen Schaltkreis 50 des Sensors 10 mit parallel geschalteten Vorsprüngen 28 und 30 und Leitungsteilen 32 und 34 als Kondensatoren 54 und 56 wie der. Der Signalstromgenerator 42 beaufschlagt den Sensor 10 mit Spannung über Leitungsteile 32 und 34. Ohne Be grenzung der Erfindung wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Wechselstromwiderstand des Sensors überwacht, indem das Sensorüberwachungsgerät 44 Schalt kreise und Meßeinrichtungen enthält, um den Stromfluß durch den Sensor 10 und die am Sensor 10 anliegende Span nung zu messen. Alternativ kann entweder der Strom oder die Spannung feststehend sein, so daß nur das andere durch das Überwachungsgerät 44 überwacht werden muß. Schwankungen des Wechselstromwiderstandes des Sensors, die vom Überwachungsgerät 44 aufgenommen werden, werden vom Steuergerät 40 aufgenommen und überwacht, das seiner seits ein Bandpaßfilter oder ein Durchlaßschaltkreis aufweist, der den Wischerantriebsmotor 22 nur aktiviert, wenn der Wechselstromwiderstand des Sensors ein vorherbe stimmtes Verhältnis relativ zu einem vorgewählten Bezugs wert aufweist oder alternativ in einem vorbestimmten Be reich liegt, in Abhängigkeit und das Ansammeln von Feuch tigkeit auf dem Sensor 10 anzeigend. Insbesondere dann, wenn auf dem Sensor zwischen den Vorsprüngen 28 und 30 des Sensors 10 keine Feuchtigkeit vorhanden ist, weist der Sensor 10 einen Wechselstromwiderstand auf, der Be triebsbedingungen (1) oder (2) anzeigt und das Steuerge rät wird dann den Wischerantriebsmotor nicht aktivieren oder abschalten. Wenn sich jedoch Wasser zwischen den Vorsprüngen 28 und 30 des Sensors 10 ansammelt, hat der Sensor einen Wechselstromwiderstand, der Betriebsbedin gungen (3) oder (4) anzeigt. Unter diesen letzteren Be dingungen erzeugt das Steuergerät 40 ein Signal, das den Wischerantriebsmotor 52 aktiviert.

Es wurden Versuche ausgeführt, um die Veränderungen des Wechselstromwiderstandes des Sensors 10 unter unter schiedlichen Betriebsbedingungen und Signaleingängen zu überprüfen. Bei einer für die Versuche verwendeten Aus führungsform des Sensors 10 waren die beschichteten Teile 22 und 24 einschließlich der Vorsprünge 28 und 30 und die Leitungsteile 32 und 34 ein transparenter Zinnoxidfilm, der auf die Glasoberfläche durch pyrolytische Abscheidung aufgebracht war, wie es in US-A-3,677,814 von Gillery be schrieben wurde. Der Oberflächenwiderstand liegt vorzugs weise im Bereich von 100-700 Ohm pro Flächeneinheit. Die Leitungsteile 32 und 34 waren etwa 7,1 mm breit mit einem Spalt 38 zwischen den Leitungsteilen von 16 bis 19 mm. Jeder Vorsprung 28 und 30 war etwa 0,48 cm breit, wobei der Spalt 26 zwischen den Vorsprüngen 1,6 bis 4,0 mm breit war. Die Versuche wurden ausgeführt unter Verwen dung eines Hewlett Packard-Gerätes, Typ 4194A, einem Wechselstrom/Phasenverstärkungs-Analysengerät. Tabelle I zeigt die Prüfergebnisse bei ausgewählten Eingangssignal frequenzen und sind charakteristisch für die Gesamtergeb nisse. Jeder Wechselstromwiderstand in Tabelle I, ausge drückt durch seine Größe und Phasenwinkel, repräsentiert einen Wechselstromwiderstand für eine spezielle Sensor konfiguration bei spezieller Frequenz unter speziellen Betriebsbedingungen.

Tabelle I

Wechselstromwiderstand des Sensors 10

Aus Tabelle I ergibt sich, daß die Größe des Wechsel stromwiderstandes des Sensors 10 unter Betriebsbedingun gen 1 und 2 bei ausgewählten Eingangsfrequenzen immer das Fünffache des Wechselstromwiderstandes des Sensors 10 un ter Betriebsbedingungen 3 und 4 beträgt. Weiterhin zeigt die Verringerung der Differenz des Phasenwinkels von nahe 90° auf nahe 0°, daß dann, wenn Feuchtigkeit den Sensor 10 bedeckt, der Sensor 10 sich von einer hohen Kapazität in eine mit hohem Widerstand ändert.

In der vorhergehenden Beschreibung war der Wechselstrom widerstand des Sensors 10 das überwachte Merkmal, das zur Aktivierung des Wischerantriebsmotors 52 verwendet wurde. Es können jedoch auch andere Eigenschaften des Sensors 10, die sich bei Anwesenheit von Feuchtigkeit auf dem Sensor 10 ändern, verwendet werden, um die Betriebsbedin gungen des Sensors zu überwachen. Beispielsweise kann der Blindwiderstand des Sensors 10 überwacht und zur Aktivie rung des Wischerantriebsmotors 52 verwendet werden. Der Blindwiderstand (Reaktanz) ist der reaktive Bestandteil des Wechselstromwiderstandes, der, wenn er vektoriell dem Widerstandsbestandteil zugefügt wird, den Gesamtwechsel stromwiderstand ergibt. Tabelle II zeigt den Blindwider stand des Sensors 10 basierend auf den in Tabelle I wie dergegebenen Wechselstromwiderständen.

Tabelle II

Reaktanz des Sensors 10

Aus Tabelle II ergibt sich, daß der Blindwiderstand (Reaktanz) des Sensors 10 unter Betriebsbedingungen (3) und (4) im Bereich von etwa 10-85 Mal kleiner ist als der Blindwiderstand des Sensors unter Betriebsbedingung (2) und ist mehrere Größenordnungen niedriger als der Blind widerstand unter Operationsbedingung (1). Wegen des gro ßen Unterschiedes des Blindwiderstandes des Sensors unter Aktivierungsbedingungen und Nichtaktivierungsbedingungen kann das Steuergerät 40 sehr genau eingestellt werden, um den Antriebsmotor 52 nur unter den richtigen Betriebsbe dingungen zu aktivieren.

Es wurde zuvor ausgeführt und gezeigt, daß der Wechsel stromwiderstand und der Blindwiderstand des Sensors 10 unter den Betriebsbedingungen (1) und (2) sich deutlich unterscheidet von den unter Betriebsbedingungen (3) und (4). Es ist jedoch davon auszugehen, daß die Größe der meßbaren Unterschiede von verschiedenen Faktoren abhängt, die einschließen, aber nicht begrenzen, wie Frequenz der Spannungsquelle, überwachte Eigenschaften des Sensors, wie Wechselstromwiderstand oder Blindwiderstand, Empfind lichkeit des Überwachungssteuerschaltkreises, Sensorkon figuration und insbesondere die relativen Abstände zwi schen Vorsprüngen 28 und 30 im Vergleich zum Abstand zwi schen den Leitungsteilen 32 und 34. In Praxis ist dann, wenn die Sensorkonfiguration fixiert ist und die Span nungsquelle angebracht ist, der Steuerschaltkreis des Steuergerätes 40 dazu da, den Wischerantriebsmotor 52 nur dann zu aktivieren, wenn die überwachte Eigenschaft des Sensors innerhalb eines vorbestimmten Aktivierungsberei ches liegt oder diesen überschreitet, was seinerseits von der gesamten Ausbildung des Sensors abhängt. Obwohl die bei den Versuchen gemessenen und überwachten Eigenschaf ten des Sensors 10, der Wechselstromwiderstand und der Blindwiderstand sich in der Größenordnung von 5 bis vie len Größenordnungen unter den in Tabellen I und II ange gebenen Betriebsbedingungen änderten, ist es naheliegend, daß in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Sensor steuergerätes 40 auch geringere Schwankungen der gemesse nen Eigenschaften verwendet werden können, um den Wi scherantriebsmotor 52 zu betätigen. Es ist davon auszuge hen, daß meßbare Differenzen von 1-2% oder weniger be reits zum Betätigen des Wischerantriebsmotors 52 verwen det werden können.

Bei Betätigung kann der Wischerantriebsmotor die Wischer zu einmaligem oder mehrmaligem Wischen antreiben. Falls erwünscht, können die Windschutzscheibenwischer nur ein mal die Windschutzscheibe 12 wischen, um jegliches Wasser vom Sensor 10 zu entfernen oder für eine vorgegebene Zeit wischen oder eine bestimmte Zahl von Wischvorgängen aus üben. Weiterhin kann der Steuerkreislauf des Scheibenwi schers so ausgebildet sein, daß wenn der Antriebsmotor 52 wiederholt aktiviert wird, um die Wischer für eine vorge wählte Zahl von Wischvorgängen innerhalb einer bestimmten vorgewählten Zeitperiode zu aktivieren, der Motor 52 ak tiviert bleibt, bis er vom Fahrzeuglenker manuell ausge schaltet wird.

Der in den Abb. 1 und 2 wiedergegebene Sensor 10 kann auch verwendet werden bei Windschutzscheiben mit zwei Schichten, wie einer Windschutzscheibe mit einer äußeren Glasscheibe und einer inneren schlagzähen Antisplitter schicht, wobei die elektrisch leitende Teile 22 und 24 und die Leitungsteile 32 und 34 des Sensors 10 auf der Außenoberfläche der Glasscheibe angeordnet sind, wie es bereits angegeben wurde. Der erfindungsgemäße Sensor 10 kann aber auch verwendet werden in Verbindung mit elek trisch beheizbaren Windschutzscheiben, wie sie in US-A-4,820,902 von Gillery beschrieben sind. Weiterhin ist die Verwendung des Sensors 10 nicht auf die Außen oberfläche der Windschutzscheibe begrenzt. Der Sensor 10 kann beispielsweise verwendet werden, um Beschlagen oder Eis auf der Innenoberfläche eines Fahrzeugfensters zu entdecken, wenn die elektrisch leitenden Teile 22, 24 auf der Innenoberfläche der Glasscheibe angeordnet werden.

Im Gegensatz zu anderen Regensensoren, die permanent Ka pazitätsänderungen überwachen, die verursacht werden durch Feuchtigkeitsabsorption von Beschichtungen oder dielektrischen Trägern, treten beim erfindungsgemäßen Sen sor keine Änderungen der Feuchtigkeitsabsorption auf, weil über den aufgebrachten Beschichtungsteilen 22 und 24 oder Leitungsteilen 32 und 34 keine Deckschichten ange bracht sind und kein Wasser absorbierendes Dielektrikon zwischen den Teilen oder Leitungsteilen angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Sensor erfordert nur, daß die Ab stände zwischen den Leitungsteilen 32 und 34 relativ zum Abstand zwischen den Vorsprüngen 28 und 30 der elektrisch leitenden Teile 22 und 24 so ausgebildet ist, daß ein überwachtes Merkmal des Sensors sich meßbar unterscheidet unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen.

Bezugszeichenliste

10 Feuchtigkeitssensor
12 Windschutzscheibe
14 Außenscheibe
16 Innenscheibe
18 flexible Zwischenschicht
20 Außenoberfläche der Außenscheibe
22, 24 elektrisch leitende Teile
26 Spalt
28, 30 Vorsprung
32, 34 Leitungsteile
36 Windschutzscheibenkante
38 Spalt
40 Steuergerät
42 Wechselstromgenerator
44 Sensorüberwachungsgerät
46, 48 Zuleitungsdrähte
50 Sensorschaltkreis
52 Wischerantriebsmotor
54, 56 Kondensatoren.

Claims

1. Feuchtigkeitssensor (10) auf einem dielektrischen Träger (14) mit ersten und zweiten elektrisch leitenden Teilen (22, 24), die auf einer ersten Hauptoberfläche (20) des Trägers (14) angeordnet sind , wobei die ersten und zweiten elektrisch leitenden Teile (22, 24) jeweils erste und zweite Sätze von Vorsprüngen (28, 30) aufwei sen, die ineinander greifen, jedoch jeweils einen ersten Abstand (26) voneinander und unbeschichtete elektrisch leitende Oberflächen aufweisen,
mit ersten und zweiten Leitungsteilen (32, 34), die sich von den ersten und zweiten elektrisch leitenden Teilen (22, 24) aus auf der Trägeroberfläche (20) erstrecken und die Leitungsteile (32, 34) voneinander einen zweiten vor bestimmten Abstand (38) aufweisen,
mit Einrichtungen zum Herstellen elektrischer Verbindung der Leitungsteile (32, 34) mit einem Signalgenerator (42) und Einrichtungen, um elektrische Verbindung der Lei tungsteile (32, 34) mit Überwachungsgeräten (44) herzu stellen, die Veränderungen ausgewählter Merkmale des Sen sors (10) feststellen können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitungsteile (32, 34) unbeschichtete, elektrisch leitende Oberflächen aufweisen, wobei der zweite Abstand (38) 16-19 mm und der erste Abstand (26) 1,6-4,0 mm be trägt.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) und die elektrisch leitenden Teile (22, 24) durchsichtig sind.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Teile (22, 24) Metallfilme sind.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) zusammen mit an der gegenüberliegen den Hauptoberfläche befestigten weiteren Trägerschichten (16, 18) ein Verbundmaterial (12) ausbildet.

5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitungsteile (32, 34) auf der ersten Haupt oberfläche (20) des Trägers (14) bis zu deren Rand er strecken.

6. Verfahren zum automatischen Ansteuern eines Wischer antriebsmotors (52) in Abhängigkeit von Feuchtigkeit auf einem dielektrischen Träger (14) unter Verwendung eines Sensors (10) nach jedem der Ansprüche 1-5 durch Hindurch leiten eines elektrischen Signals durch den Sensor (10) und Überwachen der Veränderung eines ausgewählten Merk mals des Sensors (10) durch ein Überwachungsgerät (44), womit der Wischerantriebsmotor (52) angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine meßbare Differenz des überwachten Merkmals aus gewertet wird, die auftritt, wenn

a) die Leitungsteile (32, 34) durch Feuchtigkeit elek trisch verbunden sind,

im Vergleich dazu, wenn

b) die elektrisch leitenden Teile (22, 24) durch Feuchtigkeit elektrisch verbunden sind bzw. wenn
c) sowohl die Leitungsteile (32, 34), als auch die elektrisch leitenden Teile (22, 24) durch Feuchtigkeit elektrisch miteinander verbunden sind

und der Wischerantriebsmotor (52) aktiviert wird, wenn das überwachte Merkmal den Zustand b oder c anzeigt, und der Wischerantriebsmotor (52) nicht aktiviert bzw. abge schaltet wird, wenn das überwachte Merkmal den Zustand a anzeigt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal eine Spannung und Strom auf weist, deren Veränderungen überwacht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromwiderstand des Sensors überwacht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand des Sensors überwacht wird.