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 KraftfahrzeugenInfo
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Description
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4343474A DE4343474A1 (de) | 1993-01-13 | 1993-12-20 | Sensoreinrichtung zur Erfassung des Benetzungs- und/oder Verschmutzungsgrades von Scheiben, insbesondere Frontscheiben von Kraftfahrzeugen |
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