DE4343474A1 - Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrads von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen, nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.
Aus der DE-PS 38 23 300 und der DE-PS 40 06 174 sind derartige Sensoreinrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion arbeiten. Hierzu wird die von einer Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung an der Scheiben-Außen- und -Innenfläche entlang einer Meßstrecke mehrfach reflektiert (Totalreflexion) und dann von einer Strahlungsmeßeinrichtung erfaßt. Schmutzpartikel oder Regentropfen an der Außenseite verhindern die Totalreflexion und schwächen daher die Reflexion im Scheiben-Innern, was eine durch die Strahlungsmeßeinrichtung erfaßbare Signalschwächung zur Folge hat. Unterhalb eines vorgebbaren Grenzwerts werden dann beispielsweise Mittel zur Scheibenreinigung automatisch eingeschaltet.
Bei einer derartigen Sensoreinrichtung kann das Problem auftreten, daß infolge von großen Temperaturunterschieden zwischen Innen- und Außenseite der Scheibe Kondensat an der Scheiben-Innenseite, also zwischen der Sensoreinrichtung und der Scheibe, gebildet wird. Dieses Kondensat, beziehungsweise Schwitzwasser, führt ebenfalls zu einer Verfälschung des Meßergebnisses, da nunmehr an der Scheiben-Innenseite durch die Kondensatbildung die Totalreflexion beeinträchtigt wird. Die bekannten Sensoreinrichtungen weisen daher eine Reflexionsschicht mit einer hochglänzenden Oberfläche auf, die an der Scheiben-Innenseite dichtend mit einem optischen Zwischen­ medium angelegt wird, um ein Eindringen von Luft und Kondensat zu verhindern. Die hochglänzende Oberfläche gewährleistet die Total­ reflexion. Die Herstellung solcher dichtend an der Scheiben-Innen­ seite angekoppelten Reflexionsschichten ist jedoch sehr aufwendig und verteuert die Herstellung der Sensoreinrichtung. Darüberhinaus ist diese Reflexionsschicht von außen deutlich erkennbar und macht sich für den Betrachter optisch störend bemerkbar.
Zusätzlich sind die bekannten Sensoreinrichtungen mit einer Heizvor­ richtung versehen, um eine Aufheizung der gesamten Sensoreinrichtung auf beispielsweise 40°C zu erreichen. Dies dient zum Auftauen bei­ spielsweise eines Schneebelags an der Scheiben-Außenseite im Bereich der Sensoreinrichtung und zur Verflüchtigung eines partiell ge­ bildeten Kondensats bei nicht vollkommen luftdichter Abkapselung der Reflexionsschicht mit hochglänzender Oberfläche. Trotz der Heizein­ richtung wird daher die möglichst dicht an die Scheiben-Innenseite angelegte hochglänzende Oberfläche benötigt. Darüberhinaus entsteht durch die Aufheizung der gesamten Sensoreinrichtung ein relativ hoher elektrischer Energiebedarf und die Bauteile müssen ent­ sprechend ausgelegt sein.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine zusätzliche Reflexionsfläche mit hochglänzender Oberfläche an der Scheiben-Innenseite vollständig entfallen kann, da durch direkte gezielte Beheizung der Scheiben-Innenseite im Bereich der Meßstrecke eine Kondensatbildung verhindert werden kann, so daß die Total­ reflexion an der Scheiben-Innenseite selbst gewährleistet bleibt. Da nur eine sehr kleine Fläche beheizt wird, ist die benötigte Heiz­ energie sehr gering. Die Sensoreinrichtung selbst wird nicht unnötig aufgeheizt. Auch der Aufwand für die optische Ankoppelung einer verspiegelten Reflexionsfläche und eine Scheibenvorbehandlung können entfallen. Die Meßstrecke und damit die Sensoreinrichtung ist von außen kaum mehr sichtbar, so daß der optische Eindruck verbessert ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Sensoreinrichtung möglich.
Die Heizeinrichtung ist im einfachsten Fall als an der Scheibe im Bereich der Meßstrecke anliegende Heizplatte oder Heizfolie ausge­ bildet. Diese Heizplatte beziehungsweise diese Heizfolie sollte eine Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, die einerseits die Total­ reflexion nicht stört und andererseits den gewünschten Wärmekontakt zur Scheibe herstellt. Prinzipiell sind jedoch keine besonderen Erfordernisse für den Kontakt an der Scheibe erforderlich, so daß sowohl eine einfache und kostengünstige Montage als auch eine kostengünstige Herstellung möglich sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung betrifft die Heizplatte oder Heiz­ folie. Durchbrüche, beispielsweise Löcher mit definierter Größe und definiertem Abstand (Perforation) ermöglichen ein rasches Aus­ trocknen eines gegebenenfalls vorhandenen Kondensats auf der inneren Meßstrecke.
Eine einfache und günstige Konstruktion ergibt sich dadurch, daß wenigstens ein Teil des an der Scheibe anliegenden Bodens eines Gehäuses der Sensoreinrichtung als Heizplatte ausgebildet ist. In diesem Falle braucht die Sensoreinrichtung beziehungsweise dieses Gehäuse lediglich an der Scheibe, beispielsweise durch Ankleben befestigt werden. Günstig für den Wärmekontakt ist dabei eine Aus­ führung, bei der die Heizplatte durch Federmittel federnd an der Scheibe gehalten wird. Dabei können als Federmittel zwei Federn vorgesehen sein, die gleichzeitig als Stromzuführungen für die Heizplatte ausgebildet sind.
Zur Beheizung der Heizplatte oder der Heizfolie ist in dieser vorzugsweise ein Heizdraht integriert. Es ist jedoch auch möglich, die Heizplatte aus einem leitfähigen Kunststoff, insbesondere mit PTC-Charakteristik, herzustellen und direkt einen Heizstrom durch­ zuleiten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf der Heizplatte Heizelemente, wie PTC-Elemente, Heizwiderstände oder dergleichen anzuordnen.
Eine weitere zweckmäßige Möglichkeit besteht darin, in oder an der Scheibe als Heizeinrichtung eine Heizdrahtanordnung anzubringen, beispielsweise nach Art der bekannten heizbaren Heckscheiben. Auch diese Heizdrahtanordnung braucht prinzipiell nur im Bereich der Meßstrecke angeordnet werden, sie kann sich jedoch selbstverständ­ lich auch über die gesamte Scheibe erstrecken.
Schließlich besteht auch noch eine zweckmäßige Möglichkeit für die Ausbildung einer Heizeinrichtung dadurch, daß diese als Heizdraht in der Dichtung zwischen der Sensoranordnung und der Scheibe angeordnet ist.
Um definierte Verhältnisse unabhängig von der jeweiligen Außen- oder Innentemperatur zu erreichen, sind in vorteilhafter Weise ein Temperaturfühler für die Heizeinrichtung und eine Temperaturregel­ einrichtung vorgesehen, um die Meßstrecke auf konstanter Temperatur zu halten.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mit einer federnd an der Innenseite der Scheibe angelegten Heizplatte in einer Vertikalschnittdarstellung, Fig. 2 die auf die Scheibe aufgelegte Heizplatte gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht, Fig. 3 eine Detaildarstellung einer heizbaren Dichtung, Fig. 4 ein Gehäuse für die Sensoreinrichtung mit einer heizbaren, an die Scheibe anlegbaren Bodenplatte und Fig. 5 eine Ausgestaltung der an der Scheibe angelegten Heizplatte oder Heizfolie gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in den Figuren dargestellte Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades ist an der Innenseite einer Glasscheibe 10 angeklebt, bei der es sich beispielsweise um die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs handeln kann. Selbstver­ ständlich ist auch eine Anwendung bei anderen Fensterscheiben beziehungsweise durchsichtigen Scheiben möglich, die auch beispiels­ weise aus einem Kunststoffmaterial bestehen können.
In einem an die Scheibe 10 anlegbaren Gehäuse 11 befindet sich als Strahlungsquelle eine Leuchtdiode 12. Die emittierte Strahlung wird an einem ersten Umlenkspiegel 13 an der Gehäuse-Innenseite umgelenkt und gelangt über ein erstes Prisma 14 und einen transparenten optischen Bereich 15 im an der Scheibe 10 anliegenden Gehäuseboden 16 unter einem Winkel in die Scheibe 10. Durch das Prisma 14 wird die Strahlung parallel ausgerichtet. Der Winkel ist so gewählt, daß in der Scheibe 10 Totalreflexion an der Außenfläche 17 und der Innenfläche 18 auftritt. Nach mehreren Reflexionen in einer Meß­ strecke 19 der Scheibe 10 tritt die Strahlung dann wieder an einem zweiten transparenten optischen Bereich 20 im Gehäuseboden 16 aus. Über ein daran angeordnetes Prisma 21 wird die Strahlung so fokussiert, daß sie nach der Umlenkung durch einen zweiten Umlenk­ spiegel 22 in der Ebene einer im Strahlengang nachgeschalteten Blende 23 ihren Brennpunkt hat. Eine dahinter angeordnete Fotodiode 24 bildet den wesentlichen Teil einer Strahlungsmeßeinrichtung und mißt die Intensität der auftreffenden Strahlung. Die Auswertung der in der Fotodiode 24 empfangenen Strahlung und die Steuerung der Leuchtdiode 12 erfolgen über eine elektronische Steuer- und Meß­ schaltung 25.
Befinden sich Wassertropfen 26 oder Schmutzpartikel auf der Scheibe 10 im Bereich der Meßstrecke 19, so wird die Totalreflexion gestört, und ein Teil der Strahlung tritt aus der Scheibe aus, wodurch die Intensität der in der Fotodiode 24 empfangenen Strahlung geschwächt wird. Diese Signalschwächung wird in der Steuer- und Meßschaltung 25 in der Weise ausgewertet, daß unterhalb eines festlegbaren Grenz­ werts der Intensität ein Schaltvorgang ausgeführt wird, durch den beispielsweise die Scheibenwischer des Fahrzeugs eingeschaltet oder ein Verdeck und/oder Seitenscheiben geschlossen werden können. Eine hierfür geeignete Auswerteschaltung ist beispielsweise in der DE-PS 23 54 100 oder im eingangs angegebenen Stand der Technik beschrieben.
Das Gehäuse 11 ist am Umfang seiner Anlagefläche an der Scheibe 10 mittels einer Rundschnurdichtung 27 abgedichtet. Weiterhin ist zum Schutz des Gehäuses 11 noch ein größeres Schutzgehäuse 28 über das Gehäuse 11 gesteckt, das zur Scheibe 10 hin mittels einer Lippen­ dichtung 29 abgedichtet ist. Ein elastisches Verbindungselement 30 am Außenumfang des Gehäuses 11 weist einen Rastvorsprung 31 auf, der beim Aufstecken des Schutzgehäuses 28 in eine entsprechende Aus­ nehmung desselben einrastet.
In einer Ausnehmung 32 des Gehäusebodens 16 ist im Bereich der Meß­ strecke 19 eine Heizplatte 33 vorgesehen, die mittels zweier Federn 34 bei an der Scheibe 10 angelegter Sensoreinrichtung gegen diese Scheibe 10 gedrückt wird. Die mit der Scheibe 10 in Kontakt stehende Oberflächenstruktur dieser Heizplatte 33 ist so beschaffen, daß einerseits die Totalreflexion nicht gestört wird und andererseits ein guter Wärmekontakt zur Scheibe hergestellt wird. Eine geeignete Oberflächenstruktur sieht beispielsweise Noppen vor, die als Ab­ standshalter wirken. Zur Beheizung der Heizplatte 33 ist diese mit einem Heizelement 35 an der von der Scheibe abgewandten Seite ver­ sehen. Bei diesem Heizelement 35 - es können auch mehrere sein - handelt es sich beispielsweise um einen Heizwiderstand oder um ein PTC-Element. Die beiden Stromzuführungen für das Heizelement 35 erfolgen über die Federn 34 durch die Steuer- und Meßschaltung 25 oder direkt zum Heizelement 35. Dieser wird weiterhin das Signal eines an der Heizplatte 3 angeordneten Temperatursensors 36 zuge­ führt. Hierdurch ist eine Temperaturregelung der Heizplatte 33 auf eine annähernd konstante Temperatur von beispielsweise 60°C unab­ hängig von der Außen- und Innentemperatur der Scheibe 10 möglich. Dies verhindert eine Kondensatbildung an der Innenseite der Scheibe 10 im Bereich der Meßstrecke 19, die das Meßergebnis verfälschen könnte.
In einer einfacheren Ausführungsform kann auch auf einen Temperatur­ sensor 36 verzichtet werden, und das Heizelement 35 wird von einem konstanten Strom gespeist, der jedoch beispielsweise in Abhängigkeit der Außentemperatur eingestellt werden könnte. Neben der Ver­ hinderung einer Kondensatbildung können durch eine solche Heizplatte 33 auch Schlieren oder Schleier auf der Scheibe schneller abgedampft werden.
In Fig. 2 ist der von der Rundschnurdichtung 27 umgebene Gehäuse­ boden 16 in einer Draufsicht dargestellt. Zwischen den beiden transparenten optischen Bereichen 15 und 20 sind die Ausnehmung 32 und eine darin angeordnete Heizplatte 41 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 ist zur Beheizung der Heizplatte 41 kein äußeres Heiz­ element 35 vorgesehen, vielmehr besitzt die Heizplatte 41 im Inneren einen Heizdraht 37, der an den beiden als Stromzuführungen dienenden Federn 34 angeschlossen ist.
In einer einfacheren Abwandlung der Sensoreinrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 kann die Heizplatte 33 beziehungsweise 41 auch starr im Gehäuseboden 16 unter Wegfall der Federn 34 angeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, eine Heizfolie im Bereich der Meßstrecke 19 am Gehäuseboden 16 anzubringen oder an der entsprechenden Stelle auf die Scheibe 10 aufzubringen.
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 kann auch die Rundschnurdichtung 27 einen Heizdraht 38 enthalten und beheizt werden, so daß die einge­ schlossene Meßstrecke 19 ebenfalls beheizt wird. Die beheizte Rund­ schnurdichtung 27 kann als zusätzliche Heizung oder in einer sehr einfachen Ausführung auch als alleinige Heizung dienen.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht ein Gehäuseboden 40 aus leitfähigem Kunststoff mit PTC-Charakteristik. Eine separate Heizplatte kann daher entfallen. An den Gehäuseboden 40 wird eine Heizspannung angelegt, durch die sich der Gehäuseboden 40 in der gewünschten Weise erhitzt. Weiterhin ist in Fig. 4 ein Heizdraht 39 in der Scheibe 10 integriert. Dieser Heizdraht 39 oder einige solcher Heizdrähte überdecken dabei wenigstens die Meßstrecke 19, sie können sich jedoch auch über die Sensoreinrichtung hinaus erstrecken. Derartige in einer Scheibe integrierte Heizdrähte sind beispielsweise bei üblichen beheizten Heckscheiben realisiert. Anstelle des Heizdrahtes 39 können auch entsprechende Heizbahnen auf die Scheibe abgedampft sein. Eine solche Heizung durch einen Heiz­ draht 39 kann als zusätzliche Beheizung der Meßstrecke 19 dienen, jedoch ist auch eine alleinige Beheizung derselben durch diesen Heizdraht 39 möglich. Eine Kombination mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ebenfalls möglich.
In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung entweder der in Fig. 1 gezeigten Heizplatte/Heizfolie 33 oder der in Fig. 2 gezeigten Heizplatte/Heizfolie 41 oder der in Fig. 4 gezeigte, als Heizung ausgebildete Gehäuseboden 40 gezeigt. Das in Fig. 5 verwendete Bezugszeichen 33 kann daher durch das Bezugszeichen 41 oder durch das Bezugszeichen 40 ersetzt sein. Die zwischen den beiden transparenten optischen Bereichen 15, 20 angeordnete Heiz­ platte/Heizfolie 33, 41 oder der Gehäuseboden 40 weist Durchbrüche 50 auf. Die Durchbrüche 50 sind beispielsweise gebohrte Löcher, die einen definierten Durchmesser und vorzugsweise einen definierten Abstand voneinander aufweisen. Die Durchbrüche 50 können als Perforation bezeichnet werden. Anstelle der in Fig. 5 gezeigten Bohrlöcher mit kreisrundem Querschnitt sind jegliche andere denk­ baren Formen geeignet. Wesentlich ist es, daß die Durchbrüche 50 ein rasches Abtrocknen eines gegebenenfalls vorhandenen Kondensats auf der inneren Meßstrecke, die der inneren Scheibenoberfläche ent­ spricht, ermöglicht.

Claims (13)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Ver­ schmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen, mit einer eine Strahlung von der Innenseite der Scheibe aus in die Scheibe abgebenden Strahlungsquelle, mit einer die in der Scheibe zwischen Außenfläche und Innenfläche durch Totalreflexion reflektierte Strahlung erfassenden Strahlungsmeßeinrichtung und mit einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizein­ richtung (33, 35; 37, 41; 27, 38; 39; 40) an wenigstens einer Be­ rührungsfläche zwischen der Sensoreinrichtung und der Scheibe (10) oder in der Scheibe (10) angeordnet ist.
2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (33, 35; 37, 41; 40) als an der Scheibe (10) im Bereich der Meßstrecke (19) anliegende Heizplatte oder Heizfolie ausgebildet ist.
3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des an der Scheibe (10) anliegenden Bodens (16; 40) eines Gehäuses (11) der Sensoreinrichtung als Heizplatte ausge­ bildet ist.
4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (33, 35) durch elastische Mittel (34) federnd an der Scheibe (10) gehalten wird.
5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Federn als elastische Mittel (34) als Stromzuführungen für die Heizplatte (33, 35) ausgebildet sind.
6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heizplatte (37, 41) oder Heizfolie ein Heizdraht (39) vorgesehen ist.
7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (40) oder Heizfolie aus einem leitfähigen Kunststoff, insbesondere mit PTC-Charakteristik, besteht.
8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Gehäuses (11) als Heizplatte (40) ausgebildet ist.
9. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Heizplatte (33, 35) Heizelemente (35), wie PTC-Elemente, Heizwiderstände oder dergleichen angeordnet sind.
10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in oder an der Scheibe (10) angeordnete Heizeinrichtung (39) als Heizdrahtanordnung ausgebildet ist.
11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als Heizdraht (38) in der Dichtung (27) zwischen der Sensoreinrichtung und der Scheibe (10) ausgebildet ist.
12. Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (36) für die Heizeinrichtung (33, 35) und eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen sind.
13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizplatte oder Heizfolie (33, 41) oder der als Heizplatte oder -folie ausgebildete Teil des an der Scheibe (10) anliegenden Bodens (40) eines Gehäuses (11) der Sensoreinrichtung Durchbrüche (50), vorzugsweise Löcher mit definierter Größe und mit definiertem Abstand, aufweist.
DE4343474A 1993-01-13 1993-12-20 Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen Ceased DE4343474A1 (de)

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