DE4202121C1

DE4202121C1 - Sensor assembly detecting wetness of motor vehicle windscreen - includes receiver for radiation reflected from precipitation esp. drops of rain

Info

Publication number: DE4202121C1
Application number: DE4202121A
Authority: DE
Inventors: Juergen Levers; Norbert Bendicks; Ralf Boebel; Ludwig Feldmueller; Berthold Esders
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2012-01-28
Also published as: BR9204701A; US5543923A

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Sensoreinrichtung zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung von auf einer transparenten Scheibe vorhandenem Niederschlag aus.

Derartige Einrichtungen sind insbesondere dafür vorgesehen, um in Abhängigkeit der auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges befindlichen Niederschlagsmenge ein zugeordnetes Scheibenwischsystem zu beeinflussen.

Durch die DE 38 23 300 C1 ist eine Sensoreinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches vorausgesetzten Art bekanntgeworden. Bei diesem Gegenstand ist einem im Strahlenleitkörper angeordneten metallischen Reflexionsmittel eine aus einem selbstregelnden Kaltleiterelement bestehende Heizvorrichtung zugeordnet, um die Sensoreinrichtung innerhalb einer mehr oder minder kurzen Zeit auf ein bestimmtes Temperaturniveau z. B. von 40°C zu bringen. Dadurch wird einerseits eine Reduktion von Temperaturfehlern der in der Sensoreinrichtung vorhandenen Bauelemente und andererseits eine partielle Erwärmung der Scheibe erreicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß optimale Verhältnisse hinsichtlich der Wärmeübertragung auf den Strahlenleitkörper durch relativ einfache Maßnahmen gewährleistet sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einer derartigen Ausbildung ist, daß ein relativ großer Anteil der von der Heizvorrichtung abgegebenen Wärme in definierter Form zur Wirkung gelangt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von fünf in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer in einem zugehörigen Gehäuse befindlichen, mit einer Heizvorrichtung versehenen Sensoreinrichtung

Fig. 2 einen Ausschnitt der Seitenansicht der Sensoreinrichtung nach Fig. 1

Fig. 3 eine Ansicht der wesentlichen Teile einer aus zwei Sensoreinrichtungen bestehenden Blockeinheit mit einer ersten Variante der Heizvorrichtung

Fig. 4 die Blockeinheit nach Fig. 3 in Draufsicht.

Fig. 5 eine Ansicht der wesentlichen Teile einer Sensoreinrichtung mit einer zweiten Variante der Heizvorrichtung

Fig. 6 eine Ansicht der wesentlichen Teile einer Sensoreinrichtung mit einer dritten Variante der Heizvorrichtung

Fig. 7 eine Ansicht der wesentlichen Teile einer Sensoreinrichtung mit einer vierten Variante der Heizvorrichtung.

In den Figuren sind sich entsprechende Bauteile mit gleichen Positionsangaben versehen.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine zur Erfassung des Benetzungsgrades einer aus vorzugsweise aus Glas bestehenden Scheibe 1 mit insbesondere tropfenförmigem Niederschlag vorgesehene Sensoreinrichtung im wesentlichen aus einem einerseits einem Strahlensender 3 und andererseits einem Strahlenempfänger 4 zugeordneten Strahlenleitkörper 2 der mittels optischem Kleber auf der nicht dem Niederschlag ausgesetzten inneren Oberfläche 11 der Scheibe 1 befestigt ist. Bei der Scheibe 1 handelt es sich insbesondere um die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, an der die in einem Gehäuse 5 angeordnete Sensoreinrichtung an exponierter, d. h. die Sicht nicht beeinträchtigender, jedoch für die Erfassung des auf der äußeren Oberfläche 1′′ vorhandenen Niederschlags prädestinierter Stelle der inneren Oberfläche 1 angeordnet ist. Der Strahlenleitkörper 2 besteht dabei aus einem prinzipiell trapezförmig ausgebildeten Basisteil 2a, an dessen beiden sich gegenüberliegenden Trapezflächen 2a′ jeweils eine Strahlenlinse 2b mit ihrer eben ausgeführten Basisfläche 2b′ angeordnet ist. Die beiden gleich groß ausgeführten Trapezflächen 2a′ sind hierbei so am Basisteil 2a angeordnet, daß die Mittellinien der beiden Strahlenlinsen 2b um einen Winkel von etwa 90° gegeneinander versetzt sind. Die Strahlenlinsen 2b können dabei mit ihren Basisflächen 2b′ entweder an den Trapezflächen 2a′ z. B. unter Zuhilfenahme von jeweils einem Zentrierstift und optischem Kleber befestigt oder direkt am Basisteil 2a einstückig ausgeformt sein.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 hervorgeht, ist das an der Scheibe 1 mittels optischem Kleber befestigte Basisteil 2a des Strahlenleitkörpers 2 über Haltemittel 6 mit einem vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten mehrteiligen Gehäuse 5 verbunden. Die Haltemittel setzen sich dabei aus vier paarweise sich gegenüberstehenden, am Gehäuseoberteil 5a mit einem Ende 6a′ befestigten, jeweils etwa U-förmig ausgebildeten Haltefedern 6a und den freien, als Clipselemente ausgebildeten Enden 6a′′ derselben zugeordneten, im Basisteil 2a vorhandenen Rastausnehmungen 6b zusammen.

Im Basisteil 2a sind weiterhin im Bereich der von der Scheibe 1 abgewandten hinteren Oberfläche 2a′′ des Basis teils Zentrieröffnungen 6c vorhanden, in die an einem Gehäuse- Trägerteil 5c vorgesehene zylindrische Zentrierstifte 5c′ mit ihren einen Enden zwecks Ausrichtung des Trägerteils 5c eingreifen. Diese Zentrierstifte 5c′ setzen sich zur anderen Seite des Trägerteils 5c als Halteelemente 5c′′ fort, an denen eine für den Anschluß des Strahlensenders 3 und des Strahlenempfängers 4 vorgesehene Leiterplatte 7 z. B. über als Schrauben ausgebildete Befestigungsmittel 8 festgelegt ist. Weiterhin ist die Leiterplatte 7 über an ihren vier Ecken vorhandene Durchbrüche an den freien, vorzugsweise warmverformten Enden 9′ von Domen 9 festgelegt, die mit ihren anderen Enden am Gehäuseoberteil 5a angeformt sind. Die oberen Bereiche 9′′ der Dome 9 sind in ihrem Durchmesser abgesetzt, so daß auch das in ihren Randbereichen mit Durchbrüchen versehenen Trägerteil 5c darüber abgestützt ist.

Das Gehäuseoberteil 5a wird durch ein Gehäuseunterteil 5b verschlossen, wobei das Gehäuseunterteil 5b über der Einfachheit halber nicht näher dargestellte Clipsmittel mit dem Gehäuseoberteil 5a verbunden ist.

Darüber hinaus ist der Strahlenleitkörper 2 umlaufend mit einem profilierten Fortsatz 2c versehen, der mit einem entsprechend profilierten Bereich 5a′ des Gehäuseoberteils 5a in Eingriff steht. Damit wird einerseits in gewissem Maße verhindert, daß Luft in die Sensoreinrichtung eindringen kann und damit sich in der Luft befindliche Schadstoffe (Tabakqualm, Kunststoffausdünstung usw.) auf z. B. den Strahlenlinsen 2b ablagern können. Andererseits ist dadurch auch der Eintritt von Fremdstrahlungen aus dieser Richtung vermieden. Natürlich könnte anstelle der vorgenannten Mittel auch eine entsprechend ausgebildete und angeordnete Dichtung zum Einsatz gelangen.

Weiterhin ist an den Leiterbahnen der Leiterplatte 7 eine Heizvorrichtung 10 über Anschlußteile 11′, 11′′ angeschlossen, die dafür vorgesehen ist, um die Sensoreinrichtung in einer mehr oder minder kurzen Zeit auf ein bestimmtes Temperaturniveau zu bringen. Die Heizvorrichtung 10 ist dabei in einer im mittleren Bereich der hinteren Oberfläche 2a′′ des Strahlenleitkörpers 2 vorhandenen Ausnehmung 12 vorhanden, wobei die Ausnehmung so angeordnet und ausgebildet ist, daß dadurch der Strahlenweg der von dem Strahlensender 3 emittierten, dann an der äußeren Oberfläche 1′′ der Scheibe 1 reflektierten und anschließend von dem Strahlenempfänger 4 detektierten Strahlen nicht tangiert wird.

Gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist die Ausnehmung 12 als eine zur hinteren Oberfläche 2′′ hin offene Kammer ausgebildet, in der die als scheibenförmiger PTC- Widerstand ausgebildete, an ihren beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen 10′ 10′′ mit Anschlußteilen 11′, 11′′ durch Lötung verbundene Heizvorrichtung 10 durch ein z. B. als Klebemittel ausgeführtes Koppelmedium 13 gehalten ist.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 sind zwei Strahlenleitkörper 2*, 2** zu einer Blockeinheit zusammengefaßt und zwar um eine größere Meßfläche zu erzielen, d. h., es sind jeweils zwei Strahlensender 3*, 3** und zwei der Einfachheit halber nicht dargestellte Strahlenempfänger vorhanden. Um eine so ausgebildete Sensoreinrichtung zu beheizen, ist im mittleren Bereich der hinteren Oberfläche 2′′ der aus den beiden Basisteilen 2a*, 2a** gebildeten Blockeinheit eine die Form einer zur hinteren Oberfläche 2′′ hin offenen Kammer aufweisende Ausnehmung 12 vorhanden, in der eine Heizvorrichtung 10 angeordnet ist. Dieser Heizvorrichtung 10 ist als ein sich längs der miteinander verbundenen Basisteile 2a*, 2a** erstreckender PTC-Widerstand ausgebildet, wobei an den voneinander abgewandten Oberflächen 10′, 10′′ der Heizvorrichtung 10 jeweils ein an den einen Enden der beiden Anschlußteile 11′, 11′′ vorhandener federnder Kontaktbereich 11*, 11** zur Anlage kommt. Die anderen beiden Enden der Anschlußteile 11′, 11′′ sind dabei wiederum mit Leiterbahnen der Leiterplatte 7 verbunden. Für das bei einer solchen Ausgestaltung zum Einsatz gelangende Koppelmedium 13 wird vorzugsweise ein gasförmiger Stoff, wie z. B. Luft, herangezogen.

In den Fig. 5 bis 7 sind Ausführungsformen dargestellt, bei denen jeweils zumindest ein Strahlenleitkörper 2 zum Einsatz gelangt und bei denen zur Erzielung eine Mehrfachreflexion der von dem bzw. den der Einfachheit halber nicht dargestellten Strahlensender(n) emittierten und der von dem bzw. den ebenfalls der Einfacheit halber nicht dargestellten Strahlenempfänger(n) detektierten Strahlen in der Ausnehmung 12 ein Reflexionsmittel 14 angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die als PTC-Widerstand ausgebildete Heizvorrichtung 10 in der kanalartig ausgeführten Ausnehmung 12 derart angeordnet, daß die beiden voneinander abgewandten Oberflächen 10′ 10′′ parallel zur Grundfläche der Ausnehmung 12 ausgerichtet sind. Mit diesen beiden Oberflächen 10′, 10′′ sind auch die abgewinkelten einen Enden der mit ihren anderen Enden an Leiterbahnen der Leiterplatte 7 angeschlossenen Anschlußteilen 11′, 11′′ z. B. durch Löten stoffschlüssig verbunden. Um die Heizvorrichtung 10 an den Strahlenleitkörper 2 anzukoppeln, ist zwischen der dem Reflexionsmittel 14 zugewandten Oberfläche 10′′ der Heizvorrichtung 10 und der zugeordneten Oberfläche des Reflexionsmittels ein als Klebemittel ausgebildetes Koppelmedium 13 angeordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 kommt als Heizvorrichtung 10 eine Heizfolie in der ebenfalls kanalartig ausgeführten Ausnehmung 12 zum Einsatz. Die der Einfachheit halber nicht dargestellten Anschlüsse der Heizfolie sind dabei über die Anschlußteile 11′, 11′′ mit den Leiterbahnen der Leiterplatte 7 verbunden. Zwecks Ankopplung der Heizfolie an den Strahlenleitkörper 2 ist zwischen der Heizfolie und dem Reflexionsmittel 14 wiederum ein als Klebemittel ausgebildetes Koppelmedium 13 vorhanden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist wiederum eine als PTC- Widerstand ausgebildete Heizvorrichtung 10 in der ebenfalls kanalartig ausgeführten Ausnehmung 12 vorhanden. Hierbei sind die Anschlußteile 11′, 11′′ als U-förmige Kontaktbleche ausgebildet, von denen die dazwischen befindliche Heizvorrichtung 10 kraft- und formschlüssig gehalten ist. Über das Anschlußteil 11′ findet dann noch eine Abstützung an Strahlenleitkörper 2 statt und zwar dadurch, daß zwischen dem Anschlußteil 11′ und dem Reflexionsmittel 14 das aus elastischem Material gebildete Koppelmedium 13 unter Vorspannung gehalten ist. Bei einem solchen Aufbau ist es auch möglich, als Reflexionsmittel 14 das hinsichtlich seiner Oberfläche entsprechend aufgemachte Anschlußteil 11′ zu verwenden, wobei dann eine Ankopplung der Heizvorrichtung 10 an das gleichzeitig das Anschlußteil 11 darstellende Reflexionsmittel 14 über ein elektrisch leitfähiges Koppelmedium 13 erfolgen muß.

Natürlich können die in den Fig. 5 bis 7 offenbarten Anordnungs- und Ausbildungsmöglichkeiten der Heizvorrichtung 10 auch bei Ausführungsformen mit Einfachreflexion der Strahlen zur Anwendung gelangen.

Claims

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungsgrades einer vorzugsweise aus Glas bestehenden transparenten Scheibe mit insbesondere tropfenförmigem Niederschlag, wobei an die nicht dem Niederschlag ausgesetzte innere Oberfläche der Scheibe im Bereich des von einer motorisch betriebenen Scheibenwischeinrichtung erfaßten Wischfeldes die vordere Oberfläche von einem prinzipiell trapezförmig ausgebildeten, unter dem Einfluß einer Heizvorrichtung stehenden Strahlenleitkörper mittels optischen Kleber angekoppelt ist, dessen jeweils unter einem Winkel von etwa 90° stehende, etwa gleich groß ausgeführte Trapezflächen in räumlicher Trennung voneinander jeweils ein Strahlensender bzw. ein Strahlenempfänger über jeweils eine Linse derart zugeordnet sind, daß von dem Strahlensender emittierte Strahlen in Abhängigkeit von dem auf der Scheibe befindlichen Niederschlag reflektiert und zu dem Strahlenempfänger geleitet werden, der jeweils ein von der zugeordneten Niederschlagsmenge abhängiges Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenleitkörper (2) im mittleren Bereich seiner von der Scheibe (1) abgewandten hinteren Oberfläche (2′′) eine außerhalb der Strahlenwege liegende Ausnehmung (12) aufweist, in der die über ein Koppelmedium (13) dem Strahlenleitkörper (2) zugeordnete Heizvorrichtung (10) angeordnet ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (12) als ein über die gesamte Breite des Strahlenleitkörpers (2) sich erstreckender, einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisender Kanal ausgebildet ist.

3. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kanal ausgebildete Ausnehmung (12) maximal eine Breite aufweist, die in einer Größenordnung von × Linsendurchmesser liegt.

4. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundfläche der Ausnehmung (12) ein dieselbe überdeckendes, zur Erzielung einer Mehrfachreflexion der Strahlen vorgesehenes metallisches Reflexionsmittel (14) innig zugeordnet ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Heizvorrichtung (10) und der Grundfläche der Ausnehmung (12) vorhandene Koppelmedium (13) aus einem gleichzeitig die Heizvorrichtung (10) am Strahlenleitkörper (2) haltenden Klebemittel besteht.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Heizvorrichtung (10) und der Grundfläche der Ausnehmung (12) vorhandene Koppelmedium (13) aus einem elastischen, die am Gehäuse (5) der Sensoreinrichtung gehaltene Heizvorrichtung (10) am Strahlenleitkörper (2) abstützenden Material besteht.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Heizvorrichtung (10) und der Grundfläche der Ausnehmung (12) vorhandene Koppelmedium (13) aus einem gasförmigen Stoff besteht.

8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (10) aus einem sich parallel zur Grundfläche der Ausnehmung (12) erstreckenden Widerstandselement besteht, dessen Anschlußteile (11′ 11′′) an elektrische Leiterbahnen einer parallel zur hinteren Oberfläche (2′′) des Strahlenleitkörpers (2) verlaufenden, mit dem Strahlenleitkörper (2) verbundenen Leiterplatte (7) angeschlossen sind.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (10) aus einer Heizfolie besteht.

10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (10) aus einem PTC-Widerstand besteht.

11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (11′, 11′′) aus profilierten, einerseits mit der als Widerstandselement ausgebildeten Heizvorrichtung (10) und andererseits mit den zugeordneten Leiterbahnen der Leiterplatte (7) stoffschlüssig verbundenen metallischen Leitern bestehen.

12. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (11′′11′′) aus mit den Leiterbahnen der Leiterplatte (7) stoffschlüssig verbundenen, gestanzten und gebogenen Kontaktblechen bestehen, von denen die als Widerstandselement ausgebildete Heizvorrichtung (10) kraft- und/oder formschlüssig gehalten ist.

13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (11′ 11′′) aus mit den Leiterbahnen der Leiterplatte (7) stoffschlüssig verbundenen, gestanzten und gebogenen Kontaktblechen bestehen, daß ein Kontaktblech gleichzeitig als Reflexionsmittel (14) herangezogen ist und daß dies Kontaktblech über ein Klebemittel mit der Grundfläche der Ausnehmung (12) innig verbunden ist.

14. Sensoreinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die als Widerstandselement ausgebildete Heizvorrichtung (10) mit den Anschlußteilen (11′,11′′) über ein elektrisch leitfähiges Klebemittel verbunden ist.

15. Sensoreinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die als Widerstandselement ausgebildete Heizvorrichtung (10) von den Anschlußteilen (11′,11′′) kraft- und/oder formschlüssig gehalten ist.