EP3811743A2 - Elektrische schaltung, verfahren für eine elektrische schaltung und computerprogramm - Google Patents

Elektrische schaltung, verfahren für eine elektrische schaltung und computerprogramm

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EP3811743A2
EP3811743A2 EP19733748.8A EP19733748A EP3811743A2 EP 3811743 A2 EP3811743 A2 EP 3811743A2 EP 19733748 A EP19733748 A EP 19733748A EP 3811743 A2 EP3811743 A2 EP 3811743A2
Authority
EP
European Patent Office
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electrical
electrical conductor
conductor structure
state
circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19733748.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Godlinski
Marc-Oliver BECKER
Jonas DEITSCHUN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3811743A2 publication Critical patent/EP3811743A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0212—Printed circuits or mounted components having integral heating means
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    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistors, capacitors or inductors
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    • H05K2201/09263—Meander
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    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10151—Sensor

Definitions

  • Exemplary embodiments deal with an electrical circuit, with a method for an electrical circuit and with a computer program, more precisely, but not exclusively, with an electrical circuit in which a conductor track structure is used both to determine information about a capacitance and to to heat an environment of the trace structure.
  • Capacitive sensors are used for a variety of applications. For example, capacitive sensors are used in touch-sensitive screens of mobile phones (as a so-called touchscreen) or for controlling lamps via the lamp surface.
  • capacitive sensors are also the detection of an accumulation of water or ice at a critical point, for example on the wing or within the lines of an aircraft or on a rotor of a wind turbine. If ice is detected there, suitable countermeasures can be initiated, for example by heating.
  • DE 11 2012 000 923 T5 discloses a heating element operated as a capacitive detection electrode.
  • a heating element that is part of a seat heater is used to determine whether the corresponding seat is also occupied.
  • the circuit is alternatively operated in a heating and in a measuring mode.
  • DE 11 2014 002 044 T5 discloses a conductive heating device with sensor properties.
  • the publication discloses a large number of possible implementations of a heating device which can simultaneously be used as a capacitive measuring element. If the heating device is designed as a heating layer, fibers of a nonwoven can be coated, for example, in a metallic manner in order to be used as a heating layer and for capacitive measurement.
  • DE 43 38 285 A1 discloses an electronic device for controlling a seat heater of a vehicle seat. In addition to the heating function, the heating element also serves as a capacitive sensor for seat occupancy detection.
  • Exemplary embodiments are based on the knowledge that a conductor track structure which is used for capacitive measurements can also be used to heat an environment of the conductor track structure, for example as a resistance heating element.
  • the electrical conductor track structure can be switched by a switching element between a current source, through which the conductor track structure can be operated as a resistance heater, and a capacitive measuring sensor system. This makes it possible, for example, to detect ice formation by a liquid in the vicinity of the electrical conductor structure and to prevent or dissolve it by the heating functionality.
  • Exemplary embodiments create a single-layer capacitive sensor with a heating function. In other words, exemplary embodiments provide a single-layer resistance heater with a simultaneous (capacitive) sensor function.
  • Exemplary embodiments therefore create an electrical circuit with an electrical conductor path structure and a control module.
  • the control module is coupled to the electrical conductor track structure.
  • the control module is designed to determine information about an electrical capacitance of the electrical conductor structure (and its surroundings) in a first state of the electrical circuit.
  • the electrical capacitance is influenced by the surroundings of the electrical conductor track structure.
  • the control module is also designed to control heating of the environment of the electrical conductor structure via the electrical conductor structure in a second state of the electrical circuit.
  • the electrical circuit comprises a carrier structure or the electrical circuit is arranged on a carrier structure.
  • the electrical conductor structure can be arranged on the carrier structure.
  • a vertical thickness of the electrical conductor track structure on the carrier structure can be at most 15 mhi in at least some exemplary embodiments.
  • An average lateral width of a conductor track of the electrical conductor track structure can, for example, be at least as large as an average vertical thickness of the electrical conductor track structure on the carrier structure.
  • a flat or two-dimensional profile of the conductor track structure enables a compact electrical circuit in which the stray field capacitance between the electrical conductor track structure and an adjacent conductor can be measured.
  • the electrical trace structure may consist of a continuous (and / or branch free) trace.
  • the entire electrical conductor track structure can be used as a resistance heater.
  • the electrical conductor track structure is coupled to the control module via a first contact and via a second contact.
  • the electrical conductor structure can have an approximately ohmic resistance between the first contact and the second contact.
  • the electrical conductor structure can be a planar and / or single-layer electrical conductor structure. A planar and / or single-layer structure allows a simple, inexpensive and space-saving construction of the electrical circuit to be achieved.
  • the electrical conductor track structure can comprise a meandering structure.
  • the electrical conductor track structure can comprise a spiral structure. For example, by measuring a stray field capacitance of the meander structure or the spin ralstructure a determination of the information about the capacity.
  • the meandering structure and the spiral structure can be used to heat the surroundings of the structure and thus prevent or reverse ice formation or moisture formation.
  • the electrical circuitry may include a support structure, such as a film or a rider plate.
  • the electrical fitter web structure can be at least partially printed on the carrier structure, for example as an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material can be, for example, an electrically conductive ink or an electrically conductive paste.
  • the electrically conductive material can comprise at least one element from the group consisting of a metal, a metal alloy, a carbon, silver, copper, a copper-nickel alloy and a metal alloy based on copper (for example a copper alloy with other metallic constituents). In this way, a cheap and flexible production of the electric foal structure can be made possible, which can be used in a variety of forms of support structures.
  • the carrier structure can be a three-dimensional component, that is to say at least have a non-planar surface.
  • the carrier structure can be an injection molded component or a fiber composite component.
  • the electrical circuit can be arranged on the carrier structure surface (for example the component surface).
  • at least part of the electrical circuit can be printed on the carrier structure, for example the electrical Feiterbahn structure.
  • the carrier structure can be a film and the electrical circuit can be arranged on the film.
  • the film can be attached to the component, for example by an adhesive.
  • the component can be wrapped by the film.
  • the electrical circuit is arranged or integrated within a component, for example within an injection molded component or within a fiber composite component.
  • the electrical circuit for example the electrical fitter web structure
  • the carrier structure can be a textile layer of a composite material.
  • the electrical circuit can be arranged on the textile layer, and the textile layer can be arranged or integrated within the fiber composite component.
  • the control module is designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure fulfills a predefined condition.
  • control module can be designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure indicates a presence of a liquid or a presence of ice in the vicinity of the electrical conductor structure.
  • the heating function can be activated if a liquid and / or ice has been detected and there is a risk of icing.
  • the control module can be designed to periodically change from the second state to the first state in order to determine whether the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure (still) fulfills the predefined condition. For example, it can be checked whether heating of the surroundings of the electrical conductor structure is still necessary, for example because there is still liquid or ice in the environment of the electrical conductor structure.
  • control module can also be designed to determine information about a temperature of the electrical conductor track structure.
  • the control module can be designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure indicates a presence of a liquid or a presence of ice in the vicinity of the electrical conductor structure and if the Information about the temperature of the electrical conductor structure indicates that the electrical conductor structure has a temperature below a temperature threshold.
  • the surroundings of the electrical conductor structure can be heated if there is a risk of icing due to the liquid detected, the ice he is familiar with and the temperature.
  • the control module can also be designed to determine information about an electrical resistance of the electrical conductor track structure. For example, a temperature of the electrical conductor track structure can be determined via the electrical resistance.
  • the control module can also be designed to provide information about a temperature of the electrical conductor track structure based on the Determine information about the electrical resistance of the electrical conductor structure.
  • the control module can be designed to determine the information about the electrical resistance of the electrical conductor track structure in the second state of the electrical circuit (during heating).
  • the control module can be designed to determine the information about the electrical resistance of the electrical circuit structure in a third state of the electrical circuit. For example, it can be determined between heating periods how high the temperature is in the vicinity of the electrical conductor structure.
  • the control module comprises a measuring circuit for determining the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure.
  • the electrical circuit can further comprise a current source and a switching element.
  • the control module can be designed to switch the switching element in such a way that in the first state the measuring circuit is coupled to the electrical conductor structure and in such a way that in the second state the current source for heating the electrical conductor structure is coupled to the electrical conductor structure. In this way, the same electrical conductor structure can be used to determine the information about the capacitance and to heat the surroundings of the electrical conductor structure.
  • Embodiments also create a method for an electrical circuit.
  • the method comprises using an electrical conductor structure for determining information about an electrical capacitance of the electrical conductor structure in a first state of the electrical circuit.
  • the method further comprises using the electrical conductor structure for heating an environment of the electrical conductor structure in a second state of the electrical circuit.
  • Embodiments also create a program with a program code for performing the method when the program code is executed on a computer, a processor, a controller or a programmable hardware component.
  • La shows a block diagram of an embodiment of an electrical circuit
  • FIG. 1b shows a block diagram of a further exemplary embodiment of an electrical circuit
  • Fig. 2 shows a flow diagram of an embodiment of a method for an electrical circuit
  • FIGS. 3 to 5 show further block diagrams of further exemplary embodiments of an electrical circuit.
  • the figures 1a and 1b show block diagrams of exemplary embodiments of an electrical circuit 10.
  • the electrical circuit 10 comprises an electrical conductor structure and a control module 14.
  • the control module 14 is coupled to the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 is designed to determine information about an electrical Capacitance of the electrical conductor track structure 12 in a first state of the electrical circuit 10.
  • the control module 14 is also designed to control a Heating the surroundings of the electrical conductor structure 12 via the electrical conductor structure 12 in a second state of the electrical circuit 10.
  • the method comprises benefits 110 of the electrical conductor structure 12 for determining information about an electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 in a first state of the electrical circuit.
  • the method further includes benefits 120 of the electrical conductor structure 12 for heating an environment of the electrical conductor structure 12 in a second state of the electrical circuit.
  • the electrical circuit 10 can be, for example, a combined liquid sensor heating circuit.
  • the electrical circuit 10 can be suitable for determining a presence of a liquid, a presence of ice or a presence of a conductive object in an environment of the electrical circuit and for heating the environment of the electrical circuit based on the determined presence.
  • the electrical circuit 10 can be an electrical circuit for an aircraft, for example for an aircraft wing.
  • the electrical circuit 10 can be suitable to monitor or observe (not desired) ice formation in liquids.
  • the electrical circuit 10 can be suitable for monitoring or observing ice formation or moisture on surfaces.
  • the electrical circuit 10 can be suitable for monitoring the absence or presence of media to be heated (for example liquids).
  • the electrical circuit can be suitable for detecting living beings and heating them locally.
  • the electrical circuit 10 can be, for example, a single-layer capacitive sensor with a heating function.
  • Exemplary embodiments are based on a double use of the electrical conductor structure 12 for determining the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 and for heating the surroundings of the electrical conductor structure 12.
  • the same electrical conductor structure is used for determining the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 and for heating the surroundings of the electrical conductor structure 12.
  • the electrical circuit comprises the electrical conductor track structure 12.
  • the electrical conductor track structure 12 can, for example, be characterized in that it is flat, for example in that it has a flat and / or planar profile.
  • the electrical conductor structure 12 can be planar, ie the complete electrical conductor structure can be arranged in the same plane (without part of the electrical conductor structure crossing in a further plane).
  • the plane can extend along a three-dimensionally shaped support structure. All structures, for example the electrical conductor structure 12, can be applied to three-dimensionally shaped surfaces. The structures can be applied, for example, by means of printing processes.
  • the electrical circuit device 10 can thus comprise a support structure or be arranged on a support structure. At least the electrical conductor track structure 12 can be arranged on the carrier structure. Thus, the electrical conductor track structure 12 can comprise or consist of one or more conductor tracks which are arranged on the upper surface of the carrier structure.
  • a vertical thickness of the electrical conductor structure 12 on top of the support structure can be less than 1 mm (or less than 500 pm, less than 200 mhi, less than 100 mhi, less than 50 gm, less than 20 gm, less than 15 gm, less) less than 10 gm, less than 5 gm).
  • the electrical conductor structure can for example be superficially applied to the carrier structure.
  • Lemer can be an average lateral width of conductor tracks or the conductor track of the electrical conductor structure at least as large (or at least twice as large, at least three times as large, at least 5 times as large, at least 10 times as large) as an average vertical thickness of the electrical conductor track structure 12 on top of the support structure.
  • the electrical conductor structure 12 can consist of a continuous conductor path or a composite conductor path.
  • a continuous conductor track can be a conductor track which does not have a straight 90 ° angle, but in which straight conductor track components are connected to one another by arches.
  • a composite conductor track can be a conductor track in which the straight conductor track components are connected to one another by a straight 45 ° or 90 ° angle.
  • the (composite or continuous) conductor track is branchless or branch-free, ie it has exactly two contacts at the two ends of the conductor track.
  • the average lateral width of the (continuous or composite) interconnect of the electrical interconnect structure can be at least as large (or at least twice as large, at least three times as large, at least 5 times as large, at least 10 times as large) as the average vertical thickness the electrical conductor structure 12 on top of the support structure.
  • the electrical conductor structure can have exactly two contacts. The two contacts can be arranged at the two ends of the electrical conductor structure.
  • the electrical conductor track structure 12 can be coupled to the control module 14 via a first contact and via a second contact.
  • the two contacts may correspond to the first contact and the second contact.
  • the electrical conductor track structure 12 can have an approximately ohmic resistance between the first contact and the second contact.
  • the electrical conductor track structure can form a (simple) ohmic resistor, for example a wire resistor or a meander resistor.
  • the electrical conductor track structure 12 consists of or is based on an electrically conductive material, for example silver, copper, or a metal alloy based on copper, for example a copper-nickel alloy.
  • the electrical conductor structure 12 can be a single-layer electrical conductor structure.
  • the (entire) electrical conductor structure 12 can be arranged in a single plane.
  • the electrical circuit can comprise a carrier structure or can be applied to a carrier structure.
  • a vertical direction and a vertical dimension or a thickness of the electrical conductor structure 12 can be measured orthogonally to a main surface of the carrier structure and a lateral direction and lateral dimensions can be measured parallel to the main surface of the carrier structure.
  • the support structure can be a lobe, such as an elastic lobe or a bendable lobe.
  • the carrier structure can be a printed circuit board (also known as a printed circuit board, PCB).
  • the carrier structure can be, for example, a (laser) composite material or be part of a (laser) composite material.
  • the support structure can be a functionalized layer of textile at any depth in a (laser) composite material.
  • the composite material can be a plastic, such as a carbon fiber reinforced plastic or a glass fiber reinforced plastic.
  • the carrier structure has at least one non-planar surface.
  • the support structure can be a three-dimensional component, for example. For example, a minimum thickness, a minimum width and / or a minimum depth of the support structure can be greater than 5 mm (or greater than 10 mm, greater than 20 mm).
  • the carrier structure can be any plastic structure, for example a three-dimensionally shaped plastic structure.
  • the electrical conductor track structure 12 on a carrier be applied in one layer. For example, at no point in the carrier structure can more than one layer of the electrical conductor structure 12 be applied vertically one above the other on the carrier structure.
  • the electrical conductor track structure 12 is at least partially (single-layered) printed on the carrier structure.
  • the electrical conductor track structure 12 can be printed at least partially (in one layer) as an electrically conductive material on the carrier structure.
  • the electrically conductive material can be, for example, an electrically conductive ink or an electrically conductive paste.
  • the electrically conductive material can comprise at least one element from the group of silver, copper and a copper-nickel alloy.
  • the electrical conductor track structure 12 can be printed at least partially as a silver conductor track on the carrier structure.
  • the silver conductor track can be based on silver flakes or on nano-silver.
  • the electrical conductor track structure 12 comprises a meandering structure.
  • a meandering structure For example, more than 20% (or more than 30%, more than 40%, more than 50%) of a surface or a substance of the electrical conductor structure 12 can form the meander structure or consist of the meander structure.
  • the meandering structure can have two or more connected / concatenated, straight, lateral lines which form an ohmic electrical connection.
  • the electrical conductor structure 12 comprises a (flat and / or single-layer) spiral structure.
  • more than 20% (or more than 30%, more than 40%, more than 50%) of a surface or a substance of the electric rider structure 12 can form the spiral structure or consist of the spiral structure.
  • the spiral structure can comprise two opposing spirals that lead into and out of a spiral of the spiral structure within a (single) vertical layer.
  • control module 14 can correspond to any controller or processor or a programmable hardware component.
  • the control module 14 can also be implemented as software that is programmed for a corresponding hardware component.
  • the control module 14 can be implemented as programmable hardware with correspondingly adapted software. Any processors such as digital signal processors (DSPs) can be used. exemplary embodiments games are not limited to a specific type of processor. Any processors or a plurality of processors for implementing the control module 14 are conceivable.
  • the control module 14 can further, as shown in FIG. 1b, comprise a measuring circuit 14a for determining the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure 12 (and its surroundings).
  • the measuring circuit 14a can be designed to measure and / or approximate the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 (and the surroundings of the electrical conductor structure).
  • the measuring circuit 14 a and / or the control module 14 can be designed to determine the information about the electrical capacitance based on the measured or approximated capacitance of the electrical conductor structure 12 (and the surroundings of the electrical conductor structure).
  • the control module 14 is coupled to the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 can be coupled to the electrical conductor structure 12 via a switching element 18 of the electrical circuit.
  • the electrical circuit 10 may further include a current source 16 (or energy source 16) and a switching element 18.
  • the control module 14 can include the switching element 18.
  • the switching element 18 can be, for example, a relay, such as a switching relay, a switching transistor or a multiplexer.
  • the control module 14 can be designed to switch the switching element 18 such that in the first state the measuring circuit 14 a is coupled to the electrical conductor structure 12 and such that in the second state the current source 16 for heating the electrical conductor structure 12 to the electrical one Conductor structure 12 is coupled.
  • FIGS. 4 and 5 This is shown in FIGS. 4 and 5 using the microcontrollers 414, 514 (which may correspond to the control module 14), the current sources 416, 516 (which may correspond to the current source 16), the switching element 518 (which may correspond to the switching element 18) and the capacitive measuring unit 515 (which can correspond to the measuring circuit 14a).
  • the electrical circuit has at least two states, a first state and a second state.
  • the electrical circuit 10 can have exactly two states during operation of the electrical circuit.
  • the electrical circuit can be in a third state.
  • the electrical circuit can then have, for example, exactly three states during operation of the electrical circuit.
  • the first state is a measurement state, for example a capacitance measurement state.
  • the electrical circuit 10 can be designed to measure the electrical capacitance of the electrical conductor track structure (and its surroundings).
  • the second state can be a heating state. In the second state, the electrical circuit 10 can be designed to heat the surroundings of the electrical conductor track structure.
  • the control module 14 in the second state can be designed to control a current source in such a way that the surroundings of the electrical conductor structure 12 are heated by / via the electrical conductor structure 12.
  • the first state and the second state can be mutually exclusive: for example, the electrical circuit 10 can have either the first state or the second state.
  • the third state can be a measurement state, such as a resistance measurement state or a temperature measurement state.
  • the electrical circuit 10 can be designed to measure an electrical resistance of the electrical conductor structure 12 or a temperature of the electrical conductor structure 12.
  • the first state, the second state and the third state can be mutually exclusive: for example, the electrical circuit 10 can have either the first state, the second state or the third state.
  • the control module 14 is designed to determine the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 in the first state of the electrical circuit 10. For example, the control module 14 can be designed to determine whether the electrical conductor structure 12 based on the electrical capacity To give the electrical conductor structure 12 is wet or dry, or it is referenced.
  • the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 can, for example, correspond to a binary state, which states that the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 (and the surroundings of the electrical conductor structure) is above a threshold value, which is a presence (or absence) ) of liquid, ice or a living being.
  • the control module 14, for example via the measuring circuit 14a can be designed in the first state to measure or approximate the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 (and the vicinity of the electrical conductor structure) and, based on the measured or approximated electrical capacitance, the information about to determine the capacity.
  • the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 can be influenced, for example, by an environment of the electrical conductor structure 12. Is there a conductive substance in the Surrounding the electrical conductor structure 12, an electrical capacitance, such as a stray field capacitance, of the electrical conductor structure 12 may increase.
  • the control module 14 can be designed, for example via the measuring circuit 14a, to measure or approximate a stray field capacitance of the electrical conductor track structure 12.
  • the electrical circuit comprises a further electrical conductor track structure.
  • the further electrical conductor track structure can be coupled to the measuring circuit 14a and / or the control module 14.
  • the measuring circuit 14a can be designed to measure or approximate the capacitance between the electrical conductor structure 12 and the further electrical conductor structure.
  • the further electrical conductor structure can be arranged laterally adjacent to the electrical conductor structure 12.
  • the further electrical conductor track structure can be arranged laterally adjacent to the electrical conductor track structure 12 on the carrier structure.
  • the electrical conductor track structure 12 can be arranged on the same level as the further electrical conductor track structure on the carrier structure.
  • the electrical conductor structure 12 can be (co) planar with the further electrical conductor structure.
  • the electrical conductor track structure 12 and the further electrical conductor track structure can, for example, be arranged laterally alternately or laterally parallel to one another on the surface of the carrier structure.
  • the further electrical conductor structure can, for example, be implemented similarly to the electrical conductor structure 12.
  • An (average) vertical thickness of the further electrical conductor structure can differ, for example, less than 10% from an (average) vertical thickness of the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 can be designed to measure or approximate the capacitance (for example the stray field capacitance) between the electrical conductor track structure 12 and the further electrical conductor track structure.
  • the capacitance between the electrical conductor structure 12 and the further electrical conductor structure can, for example, be influenced by an environment of the electrical conductor structure 12 (and / or the further electrical conductor structure).
  • the control module 14 can be designed to measure or approximate the capacitance between the meanders of the meander structure and the further electrical conductor track structure.
  • the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure 12 corresponds, for example, to a quantized value of the measured or approximated electrical capacitance.
  • the control module 14 is also designed to heat the surroundings of the electrical conductor track structure 12 via the electrical conductor track structure 12 in the second state of the electrical circuit 10.
  • the control module 14 can be designed to control the switching element 18.
  • the control module 14 can be designed to control the switching element 18 in the second state such that the electrical conductor structure 12 forms a circuit with the current source 16.
  • the control module 14 can be designed to switch the electrical circuit in such a way that the electrical conductor track structure 12 is used as a resistance heater in the second state.
  • the control module 14 is designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure 12 fulfills a predefined condition.
  • the predefined condition can be, for example, a threshold value for the electrical capacity.
  • the predefined condition can also be a rate of change in the electrical capacitance.
  • the control module 14 can be designed to change from the first state to the second state if the electrical capacitance is above (or below) a threshold value.
  • the threshold value can, for example, indicate a presence (presence) (or absence) of liquid or ice.
  • the threshold value can be adaptable:
  • the control module 14 can be designed to determine the threshold value based on a presence and based on an absence of the liquid or ice.
  • the threshold value can be selected such that measurements above the threshold value indicate the presence of water / ice and such that measurements below the threshold value indicate an absence of water / ice.
  • the term "liquid” is also used in places for other aggregate states of the liquid (such as ice or gas).
  • the control module 14 can be designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacitance of the electrical interconnect structure 12 is a presence (or absence) of a liquid or a presence (or absence) of ice in the Indicated around the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 is designed to change from the second state to the first state if the information about the electrical capacitance of the electrical conductor track structure 12 fulfills a further predefined condition.
  • the predefined condition can, for example, be a further threshold value for the electrical capacity.
  • the predefined condition may also be a speed of change in electrical capacitance.
  • the control module 14 can be designed to change from the second state to the first state if the electrical capacitance is below (or above) a threshold value.
  • the further threshold value can, for example, indicate an absence of liquid or ice.
  • the control module 14 may be configured to change from the second state to the first state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 indicates an absence of a liquid or an absence of ice in the environment of the electrical conductor structure 12 ,
  • the electrical circuitry can be used in a liquid heater.
  • the electrical conductor structure can be arranged, for example, on or in a glass or ceramic base of a heating vessel.
  • the control module 14 can be designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 indicates a presence of a liquid in the heating vessel, such as a presence of a predefined amount of liquid in the heating vessel.
  • the control module 14 can be designed to change from the second state to the first state if the information about the electrical capacitance of the electrical interconnect structure 12 indicates an absence of the liquid in the heating vessel.
  • the liquid can be in the heating vessel for a longer time.
  • the heating vessel can be a pipeline and the liquid can flow through the heating vessel.
  • Control module 14 should be designed to detect the presence of a living being, such as a human or animal, in the vicinity of the electrical conductor structure.
  • the control module 14 can be designed to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 indicates a presence of a living being in the vicinity of the electrical conductor structure 12, for example a presence of a person that sits on a surface that can be heated by the electrical conductor track structure 12.
  • the electrical circuit 10 can be included in a seat.
  • the electrical conductor track structure 12 can be arranged under a seat surface of the seat.
  • the control module 14 can be be to change from the second state to the first state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 indicates an absence of the living being or of living beings in the vicinity of the electrical conductor structure 12.
  • control module 14 is designed to periodically switch from the second state to the first state in order to determine whether the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 is the predefined condition (or the further predefined condition). Fulfills.
  • the control module 14 can be designed to switch from the second state to the first state at most once per second (or at most two times per second, at most five times per second, at most ten times per second) in order to determine whether the information about the electrical capacitance of the electrical conductor structure 12 fulfills the predefined condition (or the further predefined condition).
  • control module 14 can be designed to move from the second state into the first state at least 10 times per second (or at least 20 times per second, at least 50 times per second, at least 100 times per second, at least 1000 times per second) switch to determine whether the information about the electrical capacitance of the electrical interconnect structure 12 meets the pre-defined condition (or the further pre-defined condition).
  • control module 14 is also designed to determine information about an electrical resistance of the electrical conductor track structure 12.
  • the control module 14 can be designed to measure or approximate the electrical resistance of the electrical conductor track structure 12.
  • the control module 14 can comprise a further measuring circuit for measuring the electrical resistance of the electrical conductor structure.
  • the control module 14 can be designed to determine the information about the electrical resistance of the electrical conductor structure 12 in the second state of the electrical circuit 10.
  • the control module 14 can be designed to determine the information about the electrical resistance of the electrical conductor track structure 12 in a third state of the electrical circuit 10.
  • the electrical resistance can then be used to determine or approximate a temperature of the electrical conductor structure.
  • the control module 14 can also be configured to determine information about a temperature of the electrical conductor structure 12, for example based on the information about the electrical resistance of the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 can include a table (also English lookup table) with a relationship between the electrical resistance of the electrical conductor structure 12 and the temperature of the electrical conductor structure 12.
  • the electrical resistance of the electrical conductor structure 12 can be dependent on the temperature of the electrical conductor structure 12.
  • the control module 14 may be configured to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 is a presence (or absence) of a liquid or a presence (or absence) of ice in the environment of the electrical conductor structure 12 and if the information about the temperature of the electrical conductor structure 12 indicates that the electrical conductor structure 12 has a temperature below a temperature threshold.
  • the control module 14 can be configured to change from the first state to the second state if the information about the electrical capacity of the electrical conductor structure 12 indicates a presence of a liquid in the vicinity of the electrical conductor structure 12 and if the temperature of the electrical Conductor structure 12 indicates that ice formation can occur.
  • the electrical circuit and / or method may include one or more additional optional features that correspond to one or more aspects of the proposed concept or examples as described before or after.
  • At least some embodiments deal with an electrical resistance heater, which also has a (capacitive and / or resistive) sensor function, characterized by an intelligent, single-layer layout for the common use of conductor tracks for the heating and sensor functions.
  • execution examples deal with a capacitive sensor with a heating function.
  • a single-layer layout can combine a capacitive sensor function with electrical resistance heating.
  • Capacitive sensors can be used to a) monitor (undesired) ice formation in liquids (also English monitoring), for example in fuel lines in airplanes or satellites, exhaust gas cleaning lines in diesel vehicles, washer fluid lines in vehicles, etc .; b) to monitor the formation of ice or moisture on surfaces (eg on wing profiles in aviation or wind turbines). After detection of ice, the function may have to be switched off or a separate heater switched on;
  • a separate heater heating element with electronics
  • the sensor sensor with electronics
  • the sensory (capacitive and / or resistive) circuits and the heating circuits can be installed separately.
  • a fitter web structure that is used for heating and measuring is single-layered.
  • the electrical circuit of at least some exemplary embodiments consists of a circuit which combines the sensory functions and the heating function.
  • At least some embodiments include an electrical (ohmic) resistance heater with a simultaneous (capacitive and / or resistive) sensor function, characterized by an intelligent, single-layer faience (English for arrangement, for example the electrical Feiterbahn minimalist) for the common use of Feiterbahnen / conductive structures for the heating and sensor function.
  • Exemplary embodiments of the electric fitter structure 1.
  • Printed silver conductor tracks on film can be applied to components (such as the support structure)
  • Wires / conductive structures, the component (such as the support structure) can be wrapped / heating mats
  • one electronic circuit is used instead of two, as a result of which the electrical circuit can become smaller, flatter, cheaper and / or more robust.
  • the electrical circuit can be easily integrated on components or foils by a single-layer design of the electrical conductor track structure.
  • the electrical circuit only heats up or switches on automatically when liquid / ice is also present.
  • the electronics in the background can be responsible for this, for example the control module 14, which can be freely programmed.
  • a measuring range and a heating range of the electrical circuit can be identical. Saving material and a more compact / lighter design can be important advantages of the electrical circuit.
  • At least some design examples can have an individual design that can be adapted to individual requirements.
  • At least some exemplary examples deal with the detection and prevention of the icing of media in lines, for example of fuel in fuel lines and tanks, of urea in urea lines and tanks (exhaust gas cleaning for diesel vehicles) or of water / alcohol in washer fluid lines and tanks.
  • Some exemplary embodiments also deal with the detection of living beings and local heating of the surfaces.
  • Possible surfaces / support structures are for example:
  • heating can only be carried out, for example, where people are currently (for example to ensure that their feet are warm).
  • FIG. 3 shows a basic structure of an electrical circuit for a single-layer capacitive sensor with heating function.
  • FIG. 3 shows an electrical conductor track structure 312 (which can correspond to the electrical conductor track structure 12 of FIGS. 1 a and 1 b), which is connected to a power supply / current source 316 (also known as Power Source, that of the current source 16 of FIG. 1 b) may correspond), a switching relay 318 (which may correspond to the switching element 18 of FIG. 1b) and a microcontroller / microprocessor for capacitive sensor technology (MCU) 314 for capacitive measurement (which may correspond to the control module 14 of FIGS. 1a and 1b) is.
  • switching relay 318 can be used to switch between a heating function of the electrical fitter structure 312 and a measuring function of the electrical fitter structure 312 (via the microcontroller 314).
  • FIG. 4 shows another block diagram of an embodiment of an electrical circuit device. 4 shows, for example, the construction of a circuit with a single-layer capacitive sensor with a heating function.
  • FIG. 4 shows a measurement / heating area (or sensor-heater area) 412 (which may correspond to the electric fitter structure 12 of FIGS. 1 a and 1 b), which is provided with a power source / energy supply for the heating function 416 (that of the power source 16 of FIG 1b) and a microcontroller / microprocessor 414 for capacitive measurement (which may correspond to the control module 14 of FIGS. 1a and 1b) is coupled.
  • a measurement / heating area (or sensor-heater area) 412 which may correspond to the electric fitter structure 12 of FIGS. 1 a and 1 b
  • a microcontroller / microprocessor 414 for capacitive measurement which may correspond to the control module 14 of FIGS. 1a and 1b
  • the measuring heating area 412 is connected to the microprocessor 414 via a data line for the capacitive sensor system and is connected by a data line for switching the sensor and heating function between the microprocessor 414 and the measuring heating area 412 by galvanic isolation by means of a relay with a microprocessor.
  • the measuring heating range can be one Combination of a capacitive sensor with a resistance heater in a one-layer layout (e.g. from printed electrically conductive structures).
  • the microcontroller / microprocessor 414 can be a microprocessor for the detection of the capacitive changes and for the control of a relay for switching between the capacitive sensor system and the heating function.
  • the microcontroller 414 can be designed to switch the measurement / heating area 412 between measuring and heating and to perform the capacitive measurement.
  • the energy supply (direct current / alternating current) 416 can supply the heating structure of the measuring heating region 412 with the required power.
  • the heating structure (such as the electrical conductor structure) can be adjusted either in the choice of resistance materials or / and in the layout so that differently sized areas can be heated or different heating outputs (W / m 2 ) can be achieved.
  • printing processes with electrically conductive materials can be used for the capacitive sensor function, further electrically conductive structures can be integrated (for example in the form of an interdigital structure resulting with parts or the entire heating structure) 412. Changes in the capacitance below (ie in the substrate material due to moisture etc.) or above (ie ice, moisture, objects approaching etc.
  • the single-layer sensor with heating function (such as the electrical conductor structure) can be capacitively detected and at the same time regulated by the heating.
  • the single-layer sensor with heating function can be applied to the surface of a substrate / component (for example the support structure) or can be integrated in a component, for example by means of a functionalized layer of textile at any depth in a (laser) composite material. It can be controlled by a microprocessor 414.
  • the single-layer capacitive sensor with heating function can be expanded by integrating a thermocouple for temperature measurement (see, for example, Fig. 5 520).
  • fig. 5 shows another block diagram of an embodiment of an electrical circuit.
  • FIG. 5 shows a measurement / heating circuit 512 (which can correspond to the electrical conductor structure 12 of FIGS. 1a and 1b), which has a current source 516 (which can correspond to the current source 16 of FIG. 1b), a switching relay 518 (which corresponds to the Switching element 18 which can correspond to FIG. 1b) and a capacitive measuring unit 515 (which comprises the control module 14 of FIGS. 1b and 1b) can be coupled).
  • a measurement / heating circuit 512 which can correspond to the electrical conductor structure 12 of FIGS. 1a and 1b
  • a current source 516 which can correspond to the current source 16 of FIG. 1b
  • a switching relay 518 which corresponds to the Switching element 18 which can correspond to FIG. 1b
  • a capacitive measuring unit 515 which comprises the control module 14 of FIGS. 1b and 1b
  • the switching relay 518 can be used to switch between a heating function of the measuring / heating circuit 512 and a measuring function of the measuring / heating circuit 512 (via a microcontroller 514, which can be included in the control module 14 of FIGS. 1a and 1b).
  • the measuring / heating circuit 520 is arranged, which comprises a temperature sensor 522.
  • the microcontroller 514 can control the switching relay 518 based on the analyzed capacitive measured values and based on measured temperature values of the temperature sensor 522.
  • Examples may further be or refer to a computer program with program code for executing one or more of the above methods when the computer program is executed on a computer or processor. Steps, operations, or processes of various methods described above can be performed by programmed computers or processors. Examples may include program storage devices, e.g. B. digital data storage media, which are machine, processor or computer readable and encode machine executable, processor executable or computer executable programs of instructions. The instructions perform or cause some or all of the steps in the procedures described above.
  • the program storage devices may e.g. B. digital storage, magnetic storage media such as magnetic disks and tapes, hard drives or optically readable digital data storage media include or be.
  • a function block referred to as "means for " executing a specific function can refer to a circuit that is designed to execute a specific function.
  • a “means for something” can be implemented as a “means trained for or suitable for something", e.g. B. a component or a circuit designed for or suitable for the respective task.
  • each function block designated as “means”, “means for providing a signal”, “means for generating a signal”, etc. can be in the form of dedicated hardware, e.g. B "of a signal provider”, “a signal processing unit”, “a processor”, “a controller” etc. as well as hardware capable of executing software in connection with associated software.
  • the functions may be provided by a single dedicated processor, by a single shared processor, or by a plurality of individual processors, some or all of which can be shared.
  • DSP digital signal processor
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • non-volatile storage device storage
  • Other hardware traditional and / or custom, can also be included.
  • a block diagram may represent a rough circuit diagram that implements the principles of the disclosure.
  • a flowchart, a flowchart, a state transition diagram, a pseudo code and the like may represent various processes, operations or steps that are, for example, essentially represented in computer readable medium and so by a computer or processor are executed regardless of whether such a computer or processor is explicitly shown.
  • Methods disclosed in the description or in the claims can be implemented by a device having means for performing each of the respective steps of these methods.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer elektrischen Schaltung, mit einem Verfahren für eine elektrische Schaltung und mit einem Computerprogramm. Die elektrische Schaltung (10) umfasst eine elektrische Leiterbahnstruktur (12) und ein Kontra llmodul (14), das mit der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) gekoppelt ist. Das Kontra llmodul (14) ist ausgebildet zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahn¬ struktur (12) in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung (10). Das Kontrollmodul (14) ist ausgebildet zum Heizen der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) über die elektrische Leiterbahnstruktur (12) in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung (10).

Description

Elektrische Schaltung, Verfahren für eine elektrische Schaltung
und Computerprogramm
Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer elektrischen Schaltung, mit einem Verfahren für eine elektrische Schaltung und mit einem Computerprogramm, genauer, aber nicht aus schließlich mit einer elektrischen Schaltung, bei der eine Leiterbahnstruktur sowohl genutzt wird, um Information über eine Kapazität zu bestimmen als auch, um eine Umgebung der Leiterbahnstruktur zu heizen.
Hintergrund
Kapazitive Sensoren werden für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. So werden ka pazitive Sensoren beispielsweise in berührungsempfindlichen Bildschirmen von Mobiltelefo- nen verwendet (als sog. Touchscreen) oder zur Steuerung von Lampen über die Lampenober fläche. Eine Anwendung von kapazitiven Sensoren ist auch die Detektion einer Ansammlung von Wasser oder Eis an einer kritischen Stelle, etwa an der Tragfläche oder innerhalb von Leitungen eines Flugzeugs oder auf einem Rotor einer Windkraftanlage. Wird dort Eis detek- tiert, so können geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, etwa durch Heizen.
DE 11 2012 000 923 T5 offenbart ein als kapazitive Erfassungselektrode betriebenes Heiz element. Dabei wird ein Heizelement, das Teil einer Sitzheizung ist, genutzt, um zu bestim men, ob der entsprechende Sitz auch belegt ist. Die Schaltung wird alternativ in einem Heiz- und in einem Messmodus betrieben.
DE 11 2014 002 044 T5 offenbart eine leitfähige Heizeinrichtung mit Fühlereigenschaften. Dabei offenbart die Druckschrift eine Vielzahl von möglichen Implementierungen einer Hei zeinrichtung, die gleichzeitig als kapazitives Messelement verwendet werden kann. Wird die Heizeinrichtung als Heizschicht ausgebildet, so können Fasern eines Vlies etwa metallisch beschichtet werden, um als Heizschicht und für die kapazitive Messung genutzt zu werden. DE 43 38 285 Al offenbart ein elektronisches Gerät für die Ansteuerung einer Sitzheizung eines Fahrzeugsitzes. Dabei dient das Heizelement neben der Heizfunktion auch als kapaziti ver Sensor für die Sitzbelegungserkennung.
DE 197 23 858 Aloffenbart eine Vorrichtung zum Beheizen einer Scheibe, die eine Heizein richtung umfasst, die in Abhängigkeit einer Benutzung der Scheibe genutzt wird. Dabei wird ebenfalls ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor offenbart, der die Heizdrähte für die kapazitive Feuchtigkeitsmessung nutzt.
Es besteht der Bedarf, ein verbessertes Konzept zur Detektion von Eis oder Flüssigkeiten zu schaffen. Diesem Bedarf wird durch Ausführungsbeispiele Rechnung getragen.
Zusammenfassung
Diesem Bedarf wird durch eine elektrische Schaltung sowie durch ein Verfahren für eine elektrische Schaltung gemäß den unabhängigen Ansprüchen Rechnung getragen.
Ausführungsbeispiele basieren auf der Erkenntnis, dass eine Leiterbahnstruktur, die für kapa zitive Messungen genutzt wird, auch genutzt werden kann, um eine Umgebung der Leiter bahnstruktur zu heizen, etwa als Widerstandsheizelement. So kann die elektrische Leiterbahn struktur etwa durch ein Schaltelement zwischen einer Stromquelle, durch die die Leiterbahn struktur als Widerstandsheizer betrieben werden kann, und einer kapazitiven Messsensorik umgeschaltet werden. Dies ermöglicht es etwa, eine Eisbildung durch eine Flüssigkeit in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur zu erkennen und diese durch die Heizfünkti- onalität zu verhindern oder aufzulösen. Ausführungsbeispiele schaffen einen einschichtigen kapazitiven Sensor mit Heizfunktion. In anderen Worten schaffen Ausführungsbeispiele ei nen einschichtigen Widerstandsheizer mit gleichzeitiger (kapazitiver) Sensorfunktion.
Ausführungsbeispiele schaffen daher eine elektrische Schaltung mit einer elektrischen Lei terbahnstruktur und einem Kontrollmodul. Das Kontrollmodul ist mit der elektrischen Leiter bahnstruktur gekoppelt. Das Kontrollmodul ist ausgebildet zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (und deren Umgebung) in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung. In zumindest einigen Ausführungsbeispie- len ist die elektrische Kapazität durch eine Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur beeinflusst. Das Kontrollmodul ist ferner ausgebildet zum Steuern einer Heizung der Umge- bung der elektrischen Leiterbahnstruktur über die elektrische Leiterbahnstruktur in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen umfasst die elektrische Schaltung eine Trä gerstruktur oder ist die elektrische Schaltung auf einer Trägerstruktur angeordnet. Die elekt rische Leiterbahnstruktur kann auf der Trägerstruktur angeordnet sein. Eine vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur auf der Trägerstruktur kann in zumindest manchen Aus führungsbeispielen höchstens 15 mhi betragen. Eine durchschnittliche laterale Breite einer Leiterbahn der elektrischen Leiterbahnstruktur kann beispielsweise zumindest so groß sein wie eine durchschnittliche vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur auf der Trä gerstruktur. Durch ein flaches, bzw. zweidimensionales Profil der Leiterbahnstruktur kann eine kompakte elektrische Schaltung ermöglicht werden, bei der die Streufeldkapazität zwi schen der elektrischen Leiterbahnstruktur und einem benachbarten Leiter gemessen werden kann.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Leiterbahnstruktur aus einer fortlau fenden (und/oder abzweigungsfreien) Leiterbahn bestehen. So kann etwa die ganze elektri sche Leiterbahnstruktur als Widerstandsheizer verwendet werden.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist die elektrische Leiterbahnstruktur über ei nen ersten Kontakt und über einen zweiten Kontakt mit dem Kontrollmodul gekoppelt. Die elektrische Leiterbahnstruktur kann einen näherungsweise ohmschen Widerstand zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufweisen. Die elektrische Leiterbahnstruktur kann eine planare und/oder einschichtige elektrische Leiterbahnstruktur sein. Durch eine planare und/oder einschichtige Struktur kann ein einfacher, günstiger und platzsparender Auf bau der elektrischen Schaltung erreicht werden.
Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur eine Mäanderstruktur umfassen. Al ternativ oder zusätzlich kann die elektrische Leiterbahnstruktur eine Spiralstruktur umfassen. So kann etwa durch die Messung einer Streufeldkapazität der Mäanderstruktur oder der Spi- ralstruktur eine Bestimmung der Information über die Kapazität ermöglicht werden. Gleich zeitig können die Mäanderstruktur und die Spiralstruktur genutzt werden, um die Umgebung der Struktur zu heizen und so eine Eisbildung oder eine Feuchtebildung zu verhindern oder rückgängig zu machen.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Schaltung eine Trä gerstruktur umfassen, etwa eine Folie oder eine Feiterplatte. Die elektrische Feiterbahnstruk- tur kann zumindest teilweise auf die Trägerstruktur gedruckt sein, etwa als elektrisch leitfä higes Material. Das elektrisch leitfähige Material kann beispielsweise eine elektrisch leitfä hige Tinte oder eine elektrisch leitfähige Paste sein. Das elektrisch leitfähige Material kann zumindest ein Element der Gruppe von einem Metall, einer Metalllegierung, einem Kohlen stoff, Silber, Kupfer, eine Kupfer-Nickel-Fegierung und eine Metalllegierung auf Basis von Kupfer (etwa eine Kupfer legierung mit anderen metallischen Bestandteilen) umfassen. So kann eine günstige und flexible Herstellung der elektrischen Feiterbahnstruktur ermöglicht werden, die in einer Vielzahl von Formen von Trägerstrukturen genutzt werden kann.
Beispielsweise kann die Trägerstruktur ein dreidimensionales Bauteil sein, also etwa zumin dest eine nicht-planare Oberfläche aufweisen. Beispielsweise kann die Trägerstruktur ein Spritzgussbauteil oder ein Faserverbundwerkstoffbauteil sein. Die elektrische Schaltung kann auf der Trägerstrukturoberfläche (etwa der Bauteiloberfläche) angeordnet sein. So kann zu mindest ein Teil der elektrischen Schaltung auf die Trägerstruktur gedruckt sein, etwa die elektrische Feiterbahnstruktur. Alternativ kann die Trägerstruktur eine Folie sein, und die elektrische Schaltung kann auf der Folie angeordnet sein. Die Folie kann beispielsweise an dem Bauteil angebracht sein, etwa durch einen Klebstoff. In manchen Ausführungsbeispielen kann das Bauteil durch die Folie umwickelt sein.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die elektrische Schaltung innerhalb eines Bauteils, etwa innerhalb eines Spritzgussbauteils oder innerhalb eines Faserverbundwerkstoffbauteils angeordnet oder integriert. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der elektrischen Schaltung (etwa die elektrische Feiterbahnstruktur) durch Folienhinterspritzung innerhalb des Bauteils angeordnet oder integriert sein. Alternativ kann die Trägerstruktur eine Textilschicht eines Verbundwerkstoffs sein. Die elektrische Schaltung kann auf der Textilschicht angeordnet sein, und die Textilschicht kann innerhalb des Faserverbundwerkstoffbauteils angeordnet o- der integriert sein. In einigen Ausführungsbeispielen ist das Kontrollmodul ausgebildet, um von dem ersten Zu stand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur eine vordefmierte Bedingung erfüllt. Beispielsweise kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahn struktur eine Präsenz einer Flüssigkeit oder eine Präsenz von Eis in der Umgebung der elektri schen Leiterbahnstruktur indiziert. So kann beispielsweise die Heizfunktion aktiviert werden, falls eine Flüssigkeit und/oder Eis erkannt wurde und somit Vereisungsgefahr besteht.
Das Kontrollmodul kann ausgebildet sein, um periodisch aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln um zu bestimmen, ob die Information über die elektrische Kapa zität der elektrischen Leiterbahnstruktur (weiterhin) die vordefmierte Bedingung erfüllt. So kann etwa überprüft werden, ob das Heizen der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruk tur auch weiterhin noch notwendig ist, etwa, weil sich noch Flüssigkeit oder Eis in der Um gebung der elektrischen Leiterbahnstruktur befindet.
In manchen Ausführungsbeispielen kann das Kontrollmodul ferner ausgebildet sein, um In formation über eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur zu bestimmen. Das Kon trollmodul kann ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahn struktur eine Präsenz einer Flüssigkeit oder eine Präsenz von Eis in der Umgebung der elektri schen Leiterbahnstruktur indiziert und falls die Information über die Temperatur der elektri schen Leiterbahnstruktur indiziert, dass die elektrische Leiterbahnstruktur eine Temperatur unterhalb eines Temperaturschwellenwerts aufweist. So kann etwa die Umgebung der elektri schen Leiterbahnstruktur geheizt werden, falls aufgrund der erkannten Flüssigkeit, des er kannten Eises und der Temperatur eine Gefahr der Vereisung besteht.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen kann das Kontrollmodul ferner ausgebildet sein, um Information über einen elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur zu bestimmen. So kann etwa über den elektrischen Widerstand eine Temperatur der elektri schen Leiterbahnstruktur bestimmt werden. Das Kontrollmodul kann ferner ausgebildet sein, um Information über eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur basierend auf der Information über den elektrischen Wiederstand der elektrischen Leiterbahnstruktur zu bestim men. Beispielsweise kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um die Information über den elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur im zweiten Zustand der elektri schen Schaltung zu bestimmen (während des Heizens). Alternativ kann das Kontrollmodul ausgebildet sein, um die Information über den elektrischen Widerstand der elektrischen Lei terbahnstruktur in einem dritten Zustand der elektrischen Schaltung zu bestimmen. So kann etwa zwischen Heizperioden bestimmt werden, wie hoch die Temperatur in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur ist.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Kontrollmodul eine Messschal tung zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiter bahnstruktur. Die elektrische Schaltung kann ferner eine Stromquelle und ein Schaltelement umfassen. Das Kontrollmodul kann ausgebildet sein, um das Schaltelement so zu schalten, dass in dem ersten Zustand die Messschaltung mit der elektrischen Leiterbahnstruktur gekop pelt ist und so, dass in dem zweiten Zustand die Stromquelle zum Heizen der elektrischen Leiterbahnstruktur mit der elektrischen Leiterbahnstruktur gekoppelt ist. So kann die gleiche elektrische Leiterbahnstruktur genutzt werden, um die Information über die Kapazität zu be stimmen und um die Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur zu heizen.
Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein Verfahren für eine elektrische Schaltung. Das Ver fahren umfasst Nutzen einer elektrischen Leiterbahnstruktur zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung. Das Verfahren umfasst ferner Nutzen der elektrischen Leiterbahn struktur zum Heizen einer Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung.
Ausführungsbeispiele schaffen ferner ein Programm mit einem Programmcode zum Durch führen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, ei nem Controller oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
Figurenkurzbeschreibung Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schaltung;
Fig. lb zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schaltung;
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens für eine elekt rische Schaltung; und
Fign. 3 bis 5 zeigen weitere Blockdiagramme weiterer Ausführungsbeispiele einer elektri schen Schaltung.
Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figu ren beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Stärken von Finien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Während sich weitere Beispiele für verschiedene Modifikationen und alternative Formen eig nen, sind dementsprechend einige bestimmte Beispiele derselben in den Figuren gezeigt und werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Allerdings beschränkt diese detaillierte Be schreibung weitere Beispiele nicht auf die beschriebenen bestimmten Formen. Weitere Bei spiele können alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente, die bei einem Ver gleich miteinander identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element„verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, die Elemente direkt, oder über ein oder mehrere Zwischenele- mente, verbunden oder gekoppelt sein können. Wenn zwei Elemente A und B unter Verwen dung eines„oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombi- nationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B sowie A und B, sofern nicht explizit oder implizit anders definiert. Eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen ist„zumin dest eines von A und B“ oder„A und/oder B“. Das Gleiche gilt, mutatis mutandis, für Kom binationen von mehr als zwei Elementen.
Die Terminologie, die hier zum Beschreiben bestimmter Beispiele verwendet wird, soll nicht begrenzend für weitere Beispiele sein. Wenn eine Singularform, z. B.„ein, eine“ und„der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch Pluralelemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Bei spiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe„umfasst“, „umfassend“,„aufweist“ und/oder„aufweisend“ bei Gebrauch das Vorhandensein der ange gebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben präzisieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzu fügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/einer Gruppe derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert, werden alle Begriffe (einschließlich technischer und wis senschaftlicher Begriffe) hier in ihrer üblichen Bedeutung auf dem Gebiet verwendet, zu dem Beispiele gehören.
Die Fign. la und lb zeigen Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen einer elektrischen Schaltung 10. Die elektrische Schaltung 10 umfasst eine elektrische Leiterbahnstruktur und ein Kontrollmodul 14. Das Kontra llmodule 14 ist gekoppelt mit der elektrischen Leiterbahn struktur 12. Das Kontrollmodul 14 ist ausgebildet zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung 10. Das Kontrollmodul 14 ist ferner ausgebildet zum Steuern einer Heizung der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 über die elektrische Leiter bahnstruktur 12 in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung 10.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Verfahrens für die elektrische Schaltung 10. Das Verfahren umfasst Nutzen 110 der elektrischen Leiter bahnstruktur 12 zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektri schen Leiterbahnstruktur 12 in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung. Das Verfah ren umfasst ferner Nutzen 120 der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zum Heizen einer Um gebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung.
Die elektrische Schaltung 10 kann beispielsweise eine kombinierte Flüssigkeitssensor-Heiz- Schaltung sein. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung 10 dazu geeignet sein, um eine Präsenz einer Flüssigkeit, eine Präsenz von Eis oder eine Präsenz eines leitfähigen Objekts in einer Umgebung der elektrischen Schaltung zu bestimmen und basierend auf der bestimmten Präsenz die Umgebung der elektrischen Schaltung zu heizen. Beispielsweise kann die elekt rische Schaltung 10 eine elektrische Schaltung für ein Flugzeug, etwa für eine Tragfläche eines Flugzeugs sein. Die elektrische Schaltung 10 kann dazu geeignet sein, um (nicht ge wünschte) Eisbildung in Flüssigkeiten zu überwachen oder beobachten. Die elektrische Schaltung 10 kann dazu geeignet sein, um Eisbildung oder Feuchtigkeit auf Oberflächen zu überwachen oder zu beobachten. Alternativ kann die elektrische Schaltung 10 dazu geeignet sein, eine Ab- oder Anwesenheit von zu heizenden Medien (etwa Flüssigkeiten) zu überwa chen. In manchen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Schaltung dazu geeignet sein, um Lebewesen zu detektieren und lokal zu heizen. Die elektrische Schaltung 10 kann bei spielsweise ein einschichtiger kapazitiver Sensor mit Heizfunktion sein.
Ausführungsbeispiele basieren auf einer Doppelnutzung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiter bahnstruktur 12 und zum Heizen der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12. Die gleiche elektrische Leiterbahnstruktur wird genutzt zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 und zum Heizen der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12. Die elektrische Schaltung umfasst die elektrische Leiterbahnstruktur 12. Die elektrische Lei- terbahnstruktur 12 kann beispielsweise dadurch charakterisiert sein, dass sie flach ist, etwa dadurch, dass sie ein flaches und/oder planares Profil aufweist. Beispielsweise kann die elekt rische Leiterbahnstruktur 12 planar sein, d.h. die komplette elektrische Leiterbahnstruktur kann in der gleichen Ebene angeordnet sein (ohne, dass sich Teil der elektrischen Leiterbahn struktur in einer weiteren Ebene kreuzen). Dabei kann sich die Ebene entlang dreidimensional geformte Trägerstruktur erstrecken. Alle Strukturen, etwa die elektrische Leiterbahnstruktur 12, können auf dreidimensional geformten Oberflächen aufgebracht sein. Die Strukturen kön nen beispielsweise mittels Druckverfahren aufgebracht sein. So kann die elektrische Schal tung 10 eine Trägerstruktur umfassen oder auf einer Trägerstruktur angeordnet sein. Zumin dest die elektrische Leiterbahnstruktur 12 kann auf der Trägerstruktur angeordnet sein. So kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 ein oder mehreren Leiterbahnen, die an der Ober fläche der Trägerstruktur angeordnet sind, umfassen oder aus diesen bestehen. Beispielsweise kann eine vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 aufiüber der Trägerstruktur weniger als 1 mm (oder weniger als 500 pm, weniger als 200 mhi, weniger als 100 mhi, weni ger als 50 gm, weniger als 20 gm, weniger als 15 gm, weniger als 10 gm, weniger als 5 gm) betragen. Die elektrische Leiterbahnstruktur kann beispielsweise oberflächlich auf der Trä gerstruktur aufgebracht sein. Lemer kann eine durchschnittliche laterale Breite von Leiter bahnen oder der Leiterbahn der elektrischen Leiterbahnstruktur zumindest so groß (oder zu mindest doppelt so groß, zumindest dreimal so groß, zumindest 5 mal so groß, zumindest 10 mal so groß) sein wie eine durchschnittliche vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruk tur 12 aufiüber der Trägerstruktur. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 aus einer fortlaufenden Leiterbahn oder einer zusammengesetzten Leiterbahn bestehen. Eine fortlaufende Leiterbahn kann eine Leiterbahn sein, die keine geraden 90°-Winkel aufweist, sondern bei denen gerade Leiterbahnbestandteile durch Bögen miteinander verbunden sind. Eine zusammengesetzte Leiterbahn kann eine Leiterbahn sein, bei dem die geraden Leiter bahnbestandteile durch gerade 45° oder 90°-Winkel miteinander verbunden sind. Die (zusam mengesetzte oder fortlaufende) Leiterbahn ist in zumindest manchen Ausführungsbeispielen abzweigungslos oder abzweigungsffei, d.h. sie hat genau zwei Kontakte an den beiden Enden der Leiterbahn. Die durchschnittliche laterale Breite der (fortlaufenden oder zusammenge setzten) Leiterbahn der elektrischen Leiterbahnstruktur kann zumindest so groß (oder zumin dest doppelt so groß, zumindest dreimal so groß, zumindest 5 mal so groß, zumindest 10 mal so groß) sein wie die durchschnittliche vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 aufiüber der Trägerstruktur. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur genau zwei Kontakte haben. Die zwei Kontakte können an den zwei Enden der elektrischen Leiterbahnstruktur angeordnet sein. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 über einen ersten Kontakt und über einen zweiten Kontakt mit dem Kontrollmodul 14 gekoppelt sein. Die zwei Kontakte können beispielsweise dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt entsprechen. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 kann einen näherungsweise ohmschen Widerstand zwischen dem ers- ten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufweisen. Beispielsweise kann die elektrische Leiter bahnstruktur einen (einfachen) ohmschen Widerstand bilden, etwa einen Drahtwiderstand o- der einen Mäanderwiderstand. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 besteht aus oder basiert auf einem elektrisch leitfähigen Material, etwa Silber, Kupfer, oder einer Metalllegierung auf Basis von Kupfer, etwa einer Kupfer-Nickel-Legierung.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 eine einschichtige elektrische Leiterbahnstruktur sein. Beispielsweise kann die (gesamte) elektri sche Leiterbahnstruktur 12 in einer einzigen Ebene angeordnet sein. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung eine Trägerstruktur umfassen oder auf einer Trägerstruktur aufgebracht sein. Eine vertikale Richtung und eine vertikale Abmessung oder eine Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 kann orthogonal zu einer Hauptoberfläche der Trägerstruktur gemessen werden und eine laterale Richtung und laterale Abmessungen können parallel zu der Haupt oberfläche der Trägerstruktur gemessen werden. Beispielsweise kann die Trägerstruktur eine Lobe sein, etwa eine elastische Lobe oder eine biegbare Lobe. Alternativ oder zusätzlich kann die Trägerstruktur eine Leiterplatte sein (auch engl. Printed Circuit Board, PCB). Die Trä gerstruktur kann etwa ein (Laser-) Verbundwerkstoff sein oder Teil eines (Laser-) Verbund werkstoffs sein. Beispielsweise kann die Trägerstruktur eine funktionalisierte Lage Textil in beliebiger Tiefe in einem (Laser-)Verbundwerkstoff sein. Der Verbundwerkstoff kann ein Kunststoff sein, etwa ein kohlenfaserverstärkter Kunststoff oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen weist die Trägerstruktur zumindest eine nicht-planare Oberfläche auf. Die Trägerstruktur kann beispielsweise ein dreidimensio nales Bauteil sein. Beispielsweise kann eine minimale Dicke, eine minimale Breite und/oder eine minimale Tiefe der Trägerstruktur größer als 5 mm (oder größer als 10 mm, größer als 20 mm sein). Die Trägerstruktur kann eine beliebige Kunststoffstruktur sein, etwa eine drei dimensional geformte Kunststoffstruktur. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 auf einer Trä- gerstruktur einschichtig aufgebracht sein. Beispielsweise kann an keiner Stelle der Trä gerstruktur mehr als eine Schicht der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 vertikal übereinander auf der Trägerstruktur aufgebracht sein.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist die elektrische Leiterbahnstruktur 12 zu- mindest teilweise (einschichtig) auf die Trägerstruktur gedruckt. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 zumindest teilweise (einschichtig) als elektrisch leitfähiges Material auf die Trägerstruktur gedruckt sein. Das elektrisch leitfähige Material kann bei- spielsweise eine elektrisch leitfähige Tinte oder eine elektrisch leitfähige Paste sein. Das elektrisch leitfähige Material kann zumindest ein Element der Gruppe von Silber, Kupfer und eine Kupfer-Nickel-Legierung umfassen. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahn struktur 12 zumindest teilweise als Silberleiterbahn auf die Trägerstruktur gedruckt sein. Die Silberleiterbahn kann auf Silberflocken oder auf Nano-Silber basieren.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen umfasst die elektrische Leiterbahnstruktur 12 eine Mäanderstruktur. Beispielsweise kann mehr als 20% (oder mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%) einer Fläche oder einer Substanz der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 die Mäanderstruktur bilden oder aus der Mäanderstruktur bestehen. Beispielsweise kann die Mä anderstruktur zwei oder mehr verbundene/verkettete, gerade, laterale Leitungen aufweisen, die eine ohmsche elektrische Verbindung bilden. Alternativ oder zusätzlich umfasst die elekt rische Leiterbahnstruktur 12 eine (flache und/oder einschichtige) Spiralstruktur. Beispiels weise kann mehr als 20% (oder mehr als 30%, mehr als 40%, mehr als 50%) einer Fläche oder einer Substanz der elektrischen Feiterbahnstruktur 12 die Spiralstruktur bilden oder aus der Spiralstruktur bestehen. Beispielsweise kann die Spiralstruktur zwei gegenläufige Spira len umfassen, die innerhalb einer (einzigen) vertikalen Schicht in eine Spirale der Spiralstruk tur hineinführen und herausführen.
In Ausführungsbeispielen kann das Kontrollmodul 14 einem beliebigen Controller oder Pro zessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente entsprechen. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 auch als Software realisiert sein, die für eine entsprechende Hardware komponente programmiert ist. Insofern kann das Kontrollmodul 14 als programmierbare Hardware mit entsprechend angepasster Software implementiert sein. Dabei können beliebige Prozessoren, wie Digitale Signalprozessoren (DSPs) zum Einsatz kommen. Ausführungsbei- spiele sind dabei nicht auf einen bestimmten Typ von Prozessor eingeschränkt. Es sind belie- bige Prozessoren oder auch mehrere Prozessoren zur Implementierung des Kontrollmoduls 14 denkbar. Das Kontrollmodul 14 kann ferner, wie in Fig. lb gezeigt, eine Messschaltung l4a zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiter bahnstruktur 12 (und deren Umgebung) umfassen. Beispielsweise kann die Messschaltung l4a ausgebildet sein, um die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 (und der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur) zu messen und/oder zu approximieren. Die Messschaltung l4a und/oder das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um die Infor mation über die elektrische Kapazität basierend auf der gemessenen oder approximierten Ka pazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 (und der Umgebung der elektrischen Leiter bahnstruktur) zu bestimmen.
Das Kontrollmodul 14 ist gekoppelt mit der elektrischen Leiterbahnstruktur 12. Beispiels weise kann das Kontrollmodul 14 über ein Schaltelement 18 der elektrischen Schaltung mit der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung 10, wie in Fig. lb gezeigt, ferner eine Stromquelle 16 (oder Energiequelle 16) und ein Schaltelement 18 umfassen. In manchen Ausführungsbeispielen kann das Kontrollmodul 14 das Schaltelement 18 umfassen. Das Schaltelement 18 kann beispielsweise ein Relais sein, etwa ein Schaltrelais, ein Schalttransistor oder ein Multiplexer. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um das Schaltelement 18 so zu schalten, dass in dem ersten Zustand die Messschaltung l4a mit der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 gekoppelt ist und so, dass in dem zweiten Zustand die Stromquelle 16 zum Heizen der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 mit der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 gekoppelt ist. Dies ist in den Fign. 4 und 5 anhand der Mikrokontrolleinheiten 414, 514 (die dem Kontrollmodul 14 entsprechen kann), der Stromquellen 416, 516 (die der Stromquelle 16 entsprechen können), des Schaltelements 518 (das dem Schaltelement 18 entsprechen kann) und der kapazitiven Messeinheit 515 (die der Messschaltung l4a entsprechen kann) illustriert.
Die elektrische Schaltung hat zumindest zwei Zustände, einen ersten Zustand und einen zwei ten Zustand. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung 10 genau zwei Zustände während eines Betriebs der elektrischen Schaltung haben. In manchen Fällen kann die elektrische Schaltung einen dritten Zustand haben. Dann kann die elektrische Schaltung beispielsweise genau drei Zustände während eines Betriebs der elektrischen Schaltung haben. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist der erste Zustand ein Messzustand, etwa ein Kapazitäts- messzustand. Im ersten Zustand kann die elektrische Schaltung 10 dazu ausgebildet sein, um die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (und deren Umgebung) zu mes- sen. Der zweite Zustand kann ein Heizzustand sein. Im zweiten Zustand kann die elektrische Schaltung 10 dazu ausgebildet sein, um die Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur zu heizen. Beispielsweise kann das Kontra llmodul 14 im zweiten Zustand dazu ausgebildet sein, eine Stromquelle so zu steuern, dass die Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 durch/über die elektrische Leiterbahnstruktur 12 geheizt wird. Beispielsweise können der erste Zustand und der zweite Zustand gegenseitig ausschließlich sein: So kann beispielsweise die elektrische Schaltung 10 entweder den ersten Zustand oder den zweiten Zustand aufwei- sen. Der dritte Zustand kann ein Messzustand sein, etwa ein Widerstandsmesszustand oder ein Temperaturmesszustand. Im dritten Zustand kann die elektrische Schaltung 10 dazu aus- gebildet sein, um einen elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 oder eine Temperatur der der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu messen. Der erste Zustand, der zweite Zustand und der dritte Zustand können gegenseitig ausschließlich sein: So kann bei- spielsweise die elektrische Schaltung 10 entweder den ersten Zustand, den zweiten Zustand oder den dritten Zustand aufweisen.
Das Kontra llmodul 14 ist ausgebildet zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 in dem ersten Zustand der elektrischen Schaltung 10. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um basierend auf der elektrischen Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu bestimmen, ob die Um gebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 nass oder trocken ist, oder sie verweist ist. Die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 kann bei- spielsweise einem binären Zustand entsprechen, der aussagt, dass die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 (und der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruk tur) über einem Schwellenwert liegt, was eine Präsenz (oder Abwesenheit) von Flüssigkeit, Eis oder eines Lebewesens indizieren kann. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14, etwa über die Messschaltung l4a, im ersten Zustand ausgebildet sein, die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 (und der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur) zu messen oder zu approximieren und basierend auf der gemessenen oder approximierten elektrischen Kapazität die Information über die Kapazität zu bestimmen. Die elektrische Ka pazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 kann beispielsweis durch eine Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 beeinflusst sein. Befindet sich ein leitfähiger Stoff in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12, so kann sich eine elektrische Kapazität, etwa eine Streufeldkapazität, der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 erhöhen. Beispielsweise kann das Kontra llmodul 14 ausgebildet sein, etwa über die Messschaltung l4a, eine Streu- feldkapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu messen oder zu approximieren. In zu- mindest manchen Ausführungsbeispielen umfasst die elektrische Schaltung eine weitere elektrische Leiterbahnstruktur. Die weitere elektrische Leiterbahnstruktur kann mit der Mess- schaltung l4a und/oder dem Kontra llmodul 14 gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Mess- schaltung l4a ausgebildet sein, um die Kapazität zwischen der elektrischen Leiterbahnstruk tur 12 und der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur zu messen oder zu approximieren. Die weitere elektrische Leiterbahnstruktur kann lateral benachbart zu der elektrischen Leiter bahnstruktur 12 angeordnet sein. Die weitere elektrische Leiterbahnstruktur kann lateral be nachbart zu der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 auf der Trägerstruktur angeordnet sein. Beispielsweise kann die elektrische Leiterbahnstruktur 12 auf der gleichen Ebene wie die weitere elektrische Leiterbahnstruktur auf der Trägerstruktur angeordnet sein. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 kann (ko-)planar mit der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur an geordnet sein. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 und die weitere elektrische Leiterbahn struktur können beispielsweise lateral abwechselnd oder lateral parallel zueinander auf der Oberfläche der Trägerstruktur angeordnet sein. Die weitere elektrische Leiterbahnstruktur kann beispielsweise ähnlich implementiert sein wie die elektrische Leiterbahnstruktur 12. Eine (durchschnittliche) vertikale Dicke der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur kann sich beispielsweise weniger als 10% unterscheiden von einer (durchschnittlichen) vertikalen Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur 12. Das Kontra llmodul 14 kann ausgebildet sein, um die Kapazität (etwa die Streufeldkapazität) zwischen der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 und der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur zu messen oder zu approximieren. Die Kapazität zwischen der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 und der weiteren elektrischen Lei terbahnstruktur kann beispielsweis durch eine Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 (und/oder der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur) beeinflusst sein oder werden. Um fasst die elektrische Leiterbahnstruktur 12 eine Mäanderstruktur, so kann das Kontra llmodul 14 ausgebildet sein, um die Kapazität zwischen den Mäandern der Mäanderstruktur und der weiteren elektrischen Leiterbahnstruktur zu messen oder zu approximieren. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen entspricht die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 beispielsweise einem quantisierten Wert der gemessenen oder approximierten elektrischen Kapazität. Das Kontrollmodul 14 ist ferner ausgebildet zum Heizen der Umgebung der elektrischen Lei- terbahnstruktur 12 über die elektrische Leiterbahnstruktur 12 in dem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung 10. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um das Schaltele- ment 18 zu steuern. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um das Schaltelement 18 in dem zweiten Zustand so zu steuern, dass die elektrische Leiterbahnstruk tur 12 mit der Stromquelle 16 einen Stromkreis bildet. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebil- det sein, um die elektrische Schaltung so zu schalten, dass die elektrische Leiterbahnstruktur 12 in zweiten Zustand als Widerstandsheizer genutzt wird.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist das Kontrollmodul 14 ausgebildet, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elekt rische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine vordefinierte Bedingung erfüllt. Die vordefmierte Bedingung kann beispielsweise ein Schwellenwert für die elektrische Ka pazität sein. Alternativ kann die vordefinierte Bedingung auch eine Geschwindigkeit der Än derung der elektrischen Kapazität sein. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebil det sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die elektrische Kapazität über (oder unter) einem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann beispiels weise eine Präsenz (Anwesenheit) (oder Abwesenheit) von Flüssigkeit oder Eis indizieren. Beispielsweise kann der Schwellenwert anpassbar sein: Das Kontrollmodul 14 kann ausge bildet sein, um basierend auf einer Präsenz und basierend auf einer Abwesenheit den Flüssig keit oder Eis den Schwellenwert zu bestimmen. Beispielsweise kann der Schwellenwert so gewählt sein, dass Messungen oberhalb des Schwellenwerts eine Präsenz von Wasser/Eis in dizieren und so, dass Messungen unterhalb des Schwellenwerts eine Abwesenheit von Was ser/Eis indizieren. Im Folgenden wird der Term„Flüssigkeit“ stellenweise auch für andere Aggregatszustände der Flüssigkeit (etwa Eis oder Gas) genutzt. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Prä senz (oder Abwesenheit) einer Flüssigkeit oder eine Präsenz (oder Abwesenheit) von Eis in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist das Kontrollmodul 14 ausgebildet, um von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elekt rische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine weitere vordefinierte Bedingung erfüllt. Die vordefmierte Bedingung kann beispielsweise ein weiterer Schwellenwert für die elektrische Kapazität sein. Alternativ kann die vordefmierte Bedingung auch eine Geschwin digkeit der Änderung der elektrischen Kapazität sein. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln, falls die elektrische Kapazität unter (oder über) einem Schwellenwert liegt. Der weitere Schwel- lenwert kann beispielsweise eine Abwesenheit von Flüssigkeit oder Eis indizieren. Das Kon trollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahn struktur 12 eine Abwesenheit einer Flüssigkeit oder eine Abwesenheit von Eis in der Umge bung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Schaltung in einer Heizvorrichtung für Flüssigkeiten genutzt werden. Die elektrische Leiterstruktur kann beispielsweise an oder in einem Glas- oder Keramikboden eines Heizgefäßes angeordnet sein. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Präsenz einer Flüssigkeit in dem Heizgefäß indiziert, etwa eine Präsenz einer vordefi nierten Menge von Flüssigkeit in dem Heizgefäß. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Abwesenheit der Flüssigkeit in dem Heizgefäß indiziert. In manchen Ausführungsbeispielen kann sich die Flüssigkeit über einen längeren Zeitpunkt in dem Heizgefäß befinden. Alternativ kann das Heizgefäß eine Rohrleitung sein, und die Flüssigkeit kann das Heizgefäß durchfließen.
Alternativ kann die elektrische Schaltung für eine lokale Beheizung von Oberflächen genutzt werden. So das Kontrollmodul 14 etwas ausgebildet sein, um eine Präsenz eines Lebewesens, etwa eines Menschen oder eines Tiers in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur zu erkennen. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektri schen Leiterbahnstruktur 12 eine Präsenz eines Lebewesens in der Umgebung der elektri schen Leiterbahnstruktur 12 indiziert, etwa eine Präsenz einer Person, die sich auf eine durch die elektrische Leiterbahnstruktur 12 beheizbare Oberfläche setzt. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung 10 in einem Sitz umfasst sein. Die elektrische Leiterbahnstruktur 12 kann unter einer Sitzfläche des Sitzes angeordnet sein. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebil- det sein, um von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln, falls die Informa tion über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Abwesenheit des Lebewesens oder von Lebewesen in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert.
In zumindest einigen Ausführungsbeispielen ist das Kontra llmodul 14 ausgebildet, um peri odisch aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln um zu bestimmen, ob die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 die vorde finierte Bedingung (oder die weitere vordefmite Bedingung) erfüllt. Beispielsweise kann das Kontra llmodul 14 ausgebildet sein, um höchstens einmal pro Sekunde (oder höchstens zwei mal pro Sekunde, höchstens fünfmal pro Sekunde, höchstens zehnmal pro Sekunde) aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln um zu bestimmen, ob die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 die vordefmierte Bedin gung (oder die weitere vordefmite Bedingung) erfüllt. Alternativ kann das Kontra llmodul 14 ausgebildet sein, um zumindest 10 mal pro Sekunde (oder zumindest 20 mal pro Sekunde, zumindest 50 mal pro Sekunde, zumindest 100 mal pro Sekunde, zumindest 1000 mal pro Sekunde) aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln um zu bestimmen, ob die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 die vor defmierte Bedingung (oder die weitere vordefmite Bedingung) erfüllt.
In manchen Ausführungsbeispielen ist das Kontra llmodul 14 ferner ausgebildet, um Informa tion über einen elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu bestimmen. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um den elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu messen oder zu approximieren. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 eine weitere Messschaltung zur Messung des elektrischen Widerstands der elektrischen Leiterbahnstruktur umfassen. Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um die Information über den elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 im zweiten Zustand der elektrischen Schaltung 10 zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um die Information über den elektrischen Wi derstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 in einem dritten Zustand der elektrischen Schaltung 10 zu bestimmen.
Der elektrische Widerstand kann dann genutzt werden, um eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur zu bestimmen oder zu approximieren. Das Kontrollmodul 14 kann ferner ausgebildet sein, um Information über eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 zu bestimmen, etwa basierend auf der Information über den elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 eine Tabelle (auch engl. Lookup-Table) umfassen mit einem Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 und der Temperatur der elektrischen Lei- terbahnstruktur 12. Der elektrische Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 kann abhängig sein von der Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur 12.
Das Kontrollmodul 14 kann ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Präsenz (oder Abwesenheit) einer Flüssigkeit oder eine Präsenz (oder Abwesenheit) von Eis in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert und falls die Information über die Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert, dass die elektrische Leiterbahnstruktur 12 eine Temperatur unterhalb eines Temperatur schwellenwerts aufweist. Beispielsweise kann das Kontrollmodul 14 ausgebildet sein, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elekt rische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 eine Präsenz einer Flüssigkeit in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 indiziert und falls die Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 daraufhindeutet, dass es zu Eisbildung kommen kann.
Mehr Details und Aspekte der elektrischen Schaltung und/oder des Verfahrens werden in Verbindung mit dem Konzept oder Beispielen genannt, die vorher oder nachher (z.B. Fign. 3 bis 5) beschrieben wurden. Die elektrische Schaltung und/oder das Verfahren können ein oder mehrere zusätzliche optionale Merkmale umfassen, die ein oder mehreren Aspekten des vor geschlagenen Konzepts oder der beschriebenen Beispiele entsprechen, wie sie vorher oder nachher beschrieben wurden.
Zumindest manche Ausführungsbeispiele befassen sich mit einem elektrischen Widerstands heizer, der gleichzeitig eine (kapazitive und/oder resistive) Sensorfunktion aufweist, gekenn zeichnet durch ein intelligentes, einschichtiges Layout für die gemeinsame Nutzung von Lei terbahnen für die Heiz- und Sensor funktionen. In anderen Worten befassen sich Ausführungs beispiele mit einem kapazitiven Sensor mit Heizfunktion. Ein einschichtiges Layout kann eine kapazitive Sensorfunktion mit elektrischem Widerstandsheizen kombinieren. Kapazitive Sensoren können eingesetzt werden, um a) (nicht gewünschte) Eisbildung in Flüssigkeiten zu überwachen (auch engl. Monito- ring), beispielsweise in Treibstoffleitungen in Flugzeugen oder Satelliten, Abgasrei- nigungsleitungen in Dieselfahrzeugen, Wischwasserleitungen in Fahrzeugen, etc.; b) auf Oberflächen Eisbildung bzw. Feuchte zu überwachen (z.B. auf Flügelprofilen in der Fuftfahrt oder von Windkraftanlagen). Nach Detektion von Eis muss ggfs die Funktion abgeschaltet werden oder ein separater Heizer angeschaltet werden;
c) eine Ab-/ Anwesenheit von zu heizenden Medien / Flüssigkeiten / Feuchte / Gasen zu detektieren
d) als Füllstandsensor genutzt zu werden; oder
e) Febewesen zu detektieren und lokal zu heizen, etwa in einem beheizten Sitz, der sich automatisch nur bei Belegung einschaltet.
In zumindest manchen Systemen muss neben dem Sensor (Sensorelement mit Elektronik) zur Detektion ein separater Heizer (Heizelement mit Elektronik) installiert werden. Dies kann durch zwei separate Schaltkreise / Bauteile für Heizer und Sensor einschichtig oder im Mehr- lagenaufbau gelöst werden. Die sensorischen (kapazitiven und/oder resistiven) Schaltkreise und die Heiz- Schaltkreise können getrennt voneinander installiert werden.
In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist eine Feiterbahnstruktur, die zum Heizen und Messen verwendet wird einschichtig. Die elektrische Schaltung von zumindest manchen Ausführungsbeispielen besteht aus einem Schaltkreis, der die sensorischen Funktionen und die Heizfunktion vereint.
Zumindest manche Ausführungsbeispiele umfassen einen elektrischen (ohmschen) Wider standsheizer mit gleichzeitig (kapazitiver und/oder resistiver) Sensorfunktion, gekennzeich net durch ein intelligentes, einschichtiges Fayout (engl für Anordnung, beispielsweise die elektrische Feiterbahnstruktur) für die gemeinsame Nutzung von Feiterbahnen/leitenden Strukturen für die Heiz- und Sensorfunktion.
Ausführungsbeispiele der elektrischen Feiterbahnstruktur: 1. Gedruckte Silber leiterbahnen auf Folie, kann auf Bauteil (etwa die Trägerstruktur) appliziert werden
2. Gedrucktes Layout direkt auf oder in Bauteil (etwa die Trägerstruktur)
3. Drähte/leitende Strukturen, das Bauteil (etwa die Trägerstruktur) kann umwickelt werden/Heizmatten
In zumindest manchen Ausfährungsbeispielen wird ein Elektronikkreis statt zwei verwendet, wodurch die elektrische Schaltung kleiner, flacher, billiger und/oder robuster werden kann. Durch eine einschichtige Ausführung der elektrischen Leiterbahnstruktur kann die elektrische Schaltung gut auf Bauteile bzw. Folien integrierbar sein.
In manchen Ausfährungsbeispielen heizt die elektrische Schaltung nur oder schaltet sich au- tomatisch an, wenn Flüssigkeit/Eis auch vorhanden ist. Hierfär kann die Elektronik im Hin tergrund zuständig sein, etwa das Kontrollmodul 14, diese kann frei programmiert werden. In zumindest manchen Ausfährungsbeispielen können ein Messbereich und ein Heizbereich der elektrischen Schaltung identisch sein. Eine Materialersparnis und eine kompaktere/leichtere Bauweise können wichtige Vorteile der elektrischen Schaltung sein. Zumindest manche Aus- führungsbeispiele können ein individuelles Design aufweisen, das an individuelle Anforde- rungen angepasst werden kann.
Zumindest manche Ausfährungsbeispielen befassen sich mit einer Detektion und Verhinde- rung der Vereisung von Medien in Leitungen, etwa von Treibstoff in Treibstoffleitungen und Tanks , von Harnstoff in Harnstoffleitungen und Tanks (Abgasreinigung für Dieselfahrzeuge) oder von Wasser / Alkohol in Wischwasserleitungen und Tanks.
Einige Ausführungsbeispiele befassen sich ferner mit einer Detektion von Lebewesen und einem lokalen Aufheizen der Oberflächen.
Zumindest einige Ausführungsbeispiele befassen sich mit einer Detektion und Verhinderung des Eindringens von Feuchte oder der Vereisung von Medien auf Oberflächen. Mögliche Oberflächen/Trägerstrukturen sind beispielsweise:
Flügel in Windenergieanlagen
Sensoren und Geräte in Flugzeugen oder Wetterstationen (z.B. Pitot-Rohr) Profile, Flügel und Rotoren von Fluggeräten (Flugzeuge, Helikopter, Drohnen,... )
- Aus Verbundwerkstoffen (Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Carbonfaserver stärkter Kunststoff (CFK),... )
(Transparente) Scheiben
Dabei kann etwa geheizt werden, wenn die Luftfeuchtigkeit einen bestimmten Wert übersteigt (auch engl. Anti Fog). Im Falle einer Fußbodenheizung / Sitzheizung / Lenkradheizung etc. kann beispielsweise nur geheizt werden, wo sich Menschen aktuell aufhalten (um etwa für warme Füße zu sorgen).
Die folgenden Abbildungen Fig. 3 bis 5 skizzieren die Erfindung in unterschiedlichem De- taillierungsgrad. Fig. 3 zeigt einen grundlegenden Aufbau einer elektrischen Schaltung für einen einschichtigen kapazitiven Sensor mit Heizfunktion. Fig. 3 zeigt eine elektrische Lei- terbahnstruktur 312 (die der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 der Fign. la und lb entspre- chen kann), die mit einer Energieversorgung/Stromquelle 316 (auch engl. Power Source, die der Stromquelle 16 der Fig. lb entsprechen kann), einem Schaltrelais 318 (das dem Schalt element 18 der Fig. lb entsprechen kann) und einer Mikrokontrolleinheit/Mikroprozessor für kapazitive Sensorik (MCU) 314 zum kapazitiven Messen (das dem Kontrollmodul 14 der Fign. la und lb entsprechen kann) gekoppelt ist. Dabei kann über das Schaltrelais 318 zwi schen einer Heizfunktion der elektrischen Feiterbahnstruktur 312 und einer Messfünktion der elektrischen Feiterbahnstruktur 312 (über die Mikrokontrolleinheit 314) umgeschaltet wer den.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schal tung. Fig. 4 zeigt beispielsweise den Aufbau einer Schaltung mit einschichtigem kapazitivem Sensor mit Heizfunktion. Fig. 4 zeigt ein Mess-/Heizgebiet (oder Sensor-Heizer-Bereich) 412 (das der elektrischen Feiterbahnstruktur 12 der Fign. la und lb entsprechen kann), das mit einer Stromquelle/Energieversorgung für die Heizfunktion 416 (die der Stromquelle 16 der Fig. lb entsprechen kann) und einer Mikrokontrolleinheit/Mikroprozessor 414 zum kapaziti ven Messen (das dem Kontrollmodul 14 der Fign. la und lb entsprechen kann) gekoppelt ist. Dabei ist das Mess-Heizgebiet 412 über eine Datenleitung für die kapazitive Sensorik mit dem Mikroprozessor 414 verbunden und durch eine Datenleitung für die Schaltung der Sensor und Heizfunktion zwischen Mikroprozessor 414 und Mess-Heizgebiet 412 durch Galvanische Trennung geschaltet durch ein Relais mit Mikroprozessor. Der Mess-Heizbereich kann eine Kombination von einem kapazitiven Sensor mit einem Widerstandsheizer in einem einschich tigen Layout (z.B. aus gedruckten elektrisch leitfähigen Strukturen) sein. Die Mikrokontrol- leinheit/Mikroprozessor 414 kann ein Mikroprozessor für die Erfassung der kapazitiven Än derungen und für die Kontrolle eines Relais zum Schalten zwischen kapazitiver Sensorik und Heizfunktion sein. Dabei kann die Mikrokontrolleinheit 414 ausgebildet sein, um das Mess- /Heizgebiet 412 zwischen Messen und Heizen umzuschalten und um die kapazitive Messung vorzunehmen.
Die Energieversorgung (Gleichstrom/Wechselstrom) 416 kann die Heizstruktur des Mess- Heizgebiets 412 mit der benötigten Leistung versorgen. Die Heizstruktur (etwa die elektrische Leiterbahnstruktur) kann entweder in der Wahl der Widerstandsmaterialien oder/und im Lay out so angepasst werden, dass unterschiedlich große Llächen beheizt werden können bzw. unterschiedliche Heizleistungen (W/m2) erreicht werden können. Dazu können beispielsweise Druckverfahren mit elektrisch leitfähigen Materialien eingesetzt werden für die kapazitive Sensorfünktion können weitere elektrisch leitfähige Strukturen integriert werden (z.B. in form einer sich mit Teilen oder der gesamten Heizstruktur zusammen ergebenen Interdigital struktur) 412. Änderungen der Kapazität unterhalb (d.h. im Substratmaterial durch feuchte etc.) oder oberhalb (d.h. Eis, feuchte, Annäherung von Gegenständen etc. auf der Substrat oberfläche) des einschichtigen Sensors mit Heizfunktion (etwa der elektrischen Leiterbahn struktur) können kapazitiv erfasst und gleichzeitig durch die Beheizung reguliert werden. Der einschichtige Sensor mit Heizfunktion kann auf der Oberfläche eines Substrats/Bauteils (etwa der Trägerstruktur) aufgebracht sein oder in einem Bauteil integriert sein, etwa durch ein funktionalisierte Lage Textil in beliebiger Tiefe in einem (Laser-) Verbundwerkstoff. Die Steuerung kann durch einen Mikroprozessor 414 erfolgen. Der einschichtige kapazitive Sen sor mit Heizfünktion kann durch die Integration eines Thermoelements zur Temperaturmes sung erweitert werden (siehe etwa fig. 5 520). fig. 5 zeigt ein weiteres Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Schal tung. Es wird ein detaillierter Aufbau einer Schaltung mit einschichtigem kapazitivem Sen sorlayout mit Temperaturmessung und Heizfünktion gezeigt fig. 5 zeigt eine Mess-/Heiz- schaltung 512 (die der elektrischen Leiterbahnstruktur 12 der fign. la und lb entsprechen kann), die mit einer Stromquelle 516 (die der Stromquelle 16 der fig. lb entsprechen kann), einem Schaltrelais 518 (das dem Schaltelement 18 der fig. lb entsprechen kann) und einer kapazitivem Messeinheit 515 (das von dem Kontra llmodul 14 der fign. la und lb umfasst sein kann) gekoppelt ist. Dabei kann über das Schaltrelais 518 zwischen einer Heizfunktion der Mess-/Heizschaltung 512 und einer Messfunktion der Mess-/Heizschaltung 512 (über eine Mikrokontrolleinheit 514, die von dem Kontrollmodul 14 der Fign. la und lb umfasst sein kann) umgeschaltet werden. In zumindest manchen Ausführungsbeispielen ist die Mess- /Heizschaltung 520 angeordnet, die einen Temperatursensor 522 umfasst. Das Mikrokontroll- rolleinheit 514 kann das Schaltrelais 518 basierend auf den analysierten kapazitiven Mess- werten und basierend auf gemessenen Temperaturwerten des Temperatursensors 522 steuern.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausfuh ren eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Com puterprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch program mierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspei chervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computer ausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speicherme dien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben be schriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dar gestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur il lustrativen Zwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offen barung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen.
Ein als„Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion. Somit kann ein„Mittel für etwas“ als ein„Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder ge eignet für die jeweilige Aufgabe.
Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als„Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“,„Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeich neter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B„eines Signalanbieters“,„ei ner Signalverarbeitungseinheit“,„eines Prozessors“,„einer Steuerung“ etc. sowie als Hard ware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implemen tiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen ein zelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder„Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Soft ware fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hard- ware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Fogikan- ordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Me mory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, her kömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen ver schiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentli chen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit ge zeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Rei- henfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -fünktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in die- selben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenom men, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder An spruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhän- giger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, so fern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sol- len auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlos sen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

Patentansprüche
1. Eine Elektrische Schaltung (10) umfassend: eine elektrische Leiterbahnstruktur (12); eine Trägerstruktur, wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) zumindest teilweise als elektrisch leitfähiges Material auf die Trägerstruktur gedruckt ist; und ein Kontra llmodul (14),
gekoppelt mit der elektrischen Leiterbahnstruktur (12),
wobei das Kontra llmodul (14) ausgebildet ist zum:
Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiter bahnstruktur (12) in einem ersten Zustand der elektrischen Schaltung (10), und Steuern einer Heizung der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) über die elektrische Leiterbahnstruktur (12) in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung (10).
2. Die elektrische Schaltung (10) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine Trägerstruk tur, wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) auf der Trägerstruktur angeordnet ist,
wobei eine vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) auf der Trä gerstruktur höchstens 15 pm beträgt,
und/oder wobei eine durchschnittliche laterale Breite einer Leiterbahn der elektrischen Leiterbahnstruktur zumindest so groß ist wie eine durchschnittliche vertikale Dicke der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) auf der Trägerstruktur.
3. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) aus einer fortlaufenden Leiterbahn be steht, und/oder wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) über einen ersten Kontakt und über einen zweiten Kontakt mit dem Kontra llmodul (14) gekoppelt ist, wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) einen näherungsweise ohmschen Widerstand zwi- schen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt aufweist. und/oder wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) eine planare elektrische Lei- terbahnstruktur ist, und/oder wobei die zusammenhängende elektrische Leiterbahnstruktur (12) eine ein schichtige elektrische Leiterbahnstruktur ist. und/oder wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) eine Mäanderstruktur um fasst, und/oder wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) eine Spiralstruktur umfasst.
4. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Material eine elektrisch leitfähige Tinte oder eine elektrisch leitfähige Paste ist,
und/oder wobei das elektrisch leitfähige Material zumindest ein Element der Gruppe von Silber, Kupfer, eine Kupfer-Nickel-Legierung und eine Metalllegierung auf Basis von Kupfer umfasst.
5. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur eine Folie ist,
oder wobei die Trägerstruktur eine Leiterplatte ist,
oder wobei die Trägerstruktur eine Textilschicht eines Verbundwerkstoffs ist, oder wobei die Trägerstruktur zumindest eine nicht-planare Oberfläche aufweist.
6. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontra llmodul (14) ausgebildet ist, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektri schen Leiterbahnstruktur (12) eine vordefmierte Bedingung erfüllt.
7. Die elektrische Schaltung (10) gemäß Anspruch 6, wobei das Kontrollmodul (14) aus gebildet ist, um von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) eine Präsenz einer Flüssigkeit oder eine Präsenz von Eis in der Umgebung der elektri schen Leiterbahnstruktur (12) indiziert.
8. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Kontra llmodul (14) ferner ausgebildet ist, um Information über eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) zu bestimmen, wobei das Kontra llmodul (14) ausgebildet ist, von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln, falls die Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) eine Präsenz einer Llüssigkeit oder eine Präsenz von Eis in der Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) indiziert und falls die Information über die Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) indiziert, dass die elektrische Leiterbahnstruktur (12) eine Temperatur unterhalb eines Temperaturschwellenwerts aufweist.
9. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Kon tra llmodul (14) ausgebildet ist, um periodisch aus dem zweiten Zustand in den ersten Zustand zu wechseln um zu bestimmen, ob die Information über die elektrische Ka pazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) die vordefinierte Bedingung erfüllt.
10. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Kontra llmodul (14) ferner ausgebildet ist, um Information über einen elektrischen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) zu bestimmen, wobei das Kon- trollmodul (14) ferner ausgebildet ist, um Information über eine Temperatur der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) basierend auf der Information über den elektri schen Widerstand der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) zu bestimmen.
11. Die elektrische Schaltung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Kontra llmodul (14) eine Messschaltung (l4a) zum Bestimmen der Information über die elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) umfasst.
12. Die elektrische Schaltung (10) gemäß Anspruch 11 ferner umfassend eine Stromquelle (16) und ein Schaltelement (18), wobei das Kontra llmodul (14) ausgebildet ist, um das Schaltelement (18) so zu schalten, dass in dem ersten Zustand die Messschaltung (l4a) mit der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) gekoppelt ist und so, dass in dem zweiten Zustand die Stromquelle (16) zum Heizen der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) mit der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) gekoppelt ist.
13. Verfahren für eine elektrische Schaltung, das Verfahren umfassend:
Nutzen einer elektrischen Leiterbahnstruktur (12) zum Bestimmen von Information über eine elektrische Kapazität der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) in einem ers- ten Zustand einer elektrischen Schaltung, wobei die elektrische Leiterbahnstruktur (12) zumindest teilweise als elektrisch leitfähiges Material auf eine Trägerstruktur ge druckt ist; und
Nutzen der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) zum Heizen einer Umgebung der elektrischen Leiterbahnstruktur (12) in einem zweiten Zustand der elektrischen Schaltung.
14. Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens gemäß An spruch 13, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor, einem Kontrollmodul oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.
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