DE19547681C2 - Feuchtesensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor mit zwei beabstandeten Haupt-
Elektroden, welche auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe eines Kraft
fahrzeuges in einem vom Scheibenwischer überstreichbaren Bereich ange
ordnet und mit einer Auswerteschaltung zur Ermittlung des Widerstandes in
Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgrad verbunden sind.
Gemäß DE 40 41 160 C2 ist es bekannt, an der Fahrzeugscheibe eines
Kraftfahrzeuges im Bereich des Scheibenwischers Feuchtesensoren
anzuordnen.
Diese Feuchtesensoren liefern in Abhängigkeit des jeweiligen, sich auf der
Fahrzeugscheibe befindlichen Feuchtigkeitsgrades ein elektrisches Signal
an eine Auswerteschaltung innerhalb des Kraftfahrzeuges.
Diese Signale werden üblicherweise zur Ansteuerung der Scheibenwischer
benutzt.
Bei Sensoren, die sich auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe befinden,
werden die Leitbahnen über den Fahrzeugscheibenrand hinaus ins Innere
des Fahrzeuges geführt. Die Fahrzeugscheibe ist dabei bekanntlich den
Einwirkungen von Wasser und Schmutz ausgesetzt. Durch die Scheibenwi
schertätigkeit werden Wasser- und Salzablagerungen bevorzugt am oberen
Rand der Fahrzeugscheibe abgelagert, welche meistens von einem Schei
bengummi begrenzt ist.
Der metallische Charakter der Leitbahnen führt im Zusammenhang mit den
sich an diesen Stellen stauenden Wasser- und Salzablagerungen zu undefi
nierten Verhältnissen, die den Widerstand des Feuchtesensors beeinflussen.
Üblicherweise wird durch Lackabdeckungen versucht, solche Erscheinungen
zu verhindern. Diese werden dabei aber nur auf die Schnittstelle Leitbahn-
Lackabdeckung verlagert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der vom
Feuchtesensor gelieferten Meßergebnisse zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bestimmung
eines durch Rückstände auf der Fahrzeugscheibe und/oder im Bereich einer
Scheibenabdeckung gebildeten Nebenwiderstandes eine Hilfselektrode
außerhalb des vom Scheibenwischer überstrichenen Bereiches zwischen
den beiden Hauptelektroden angeordnet ist, wobei die Hauptelektroden und
die Hilfselektrode an die Auswerteschaltung führen.
Vorteilhafterweise kann dadurch der auf den elektrischen Nebenschluß zu
rückzuführende Widerstand bestimmt und das vom Feuchtesensor gelieferte
Meßsignal korrigiert werden. Das kann durch dieselbe Auswerteschaltung
erfolgen, die auch den Feuchtegrad auf der Fahrzeugscheibe bestimmt.
Um sicherzustellen, daß nur der Nebenschlußwiderstand bestimmt wird, ist
die Hilfselektrode in unmittelbarer Nähe des oberen Fahrzeugscheibenran
des angeordnet.
Üblicherweise ist die Hilfselektrode teilweise unter der Scheibenabdeckung
angeordnet.
In einer Ausgestaltung ist die Hilfselektrode vollständig unter der Scheiben
abdeckung angeordnet. Dabei wird nur der Nebenwiderstand gemessen, der
auf die Rückstände im Bereich der Scheibenabdeckung zurückzuführen ist.
In einer Weiterbildung ist die Hilfselektrode auf dem annähernd halben Ab
stand der beiden Hauptelektroden auf der Fahrzeugscheibe angeordnet.
Dabei wird durch die Auswerteschaltung der zwischen der Hilfs- und einer
Hauptelektrode gemessene Widerstand bestimmt. Der genaue sich zwischen
beiden Hauptelektroden bildende Nebenschlußwiderstand kann dann durch
einfache Verdopplung durch die Auswerteschaltung ermittelt werden, wenn
davon ausgegangen wird, daß der Verschmutzungseffekt über dem Sensor
gleich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Herstellung der Hilf
selektrode ohne großen Aufwand gemeinsam mit dem eigentlichen Feuchte
sensor möglich ist, was durch eine einfache Layoutänderung realisiert wird.
Vorteilhafterweise werden die so erzeugten Haupt- und Hilfselektroden um
den Fahrzeugscheibenrand der Fahrzeugscheibe herum auf die Innenfläche
der Fahrzeugscheibe geführt, an welche die Auswerteschaltung anschließ
bar ist.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist sche
matisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfol
gend beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Feuchtesensor
Fig. 2: schematische Darstellung der Kontaktierung der Elektroden
Fig. 3: Blockschaltbild zur Ansteuerung der Scheibenwischer eines Kraft
fahrzeuges.
Der in Fig. 1 dargestellte Feuchtesensor besteht aus zwei auf die Außenflä
che einer Windschutzscheibe 2 aufgebrachten, als elektrisch leitende Wi
derstandsschichten ausgebildeten Hauptelektrode 1 und 1', die kammartig
ausgebildet sind und mit den Zinken ihrer Kämme derart ineinandergreifen,
daß nur Spalten geringer Breite zwischen den Zinken vorhanden sind. Jede
Hauptelektrode 1 und 1' besitzt einen Anschlußteil 3 bzw. 3', der um die
obere Kante 4 der Windschutzscheibe 2 herum auf die Innenfläche der
Windschutzscheibe 2 geführt ist und an welche unterschiedliche elektrische
Potentiale anschließbar sind.
Im trockenen Zustand der Fahrzeugscheibe erfolgt durch den räumlichen
Abstand der Hauptelektroden 1 und 1' eine ausreichende elektrische Iso
lierung. Die dargestellte Sensorstruktur weist somit im trockenen Zustand
einen hohen Gesamtwiderstand auf.
Die Auswerteschaltung zur Ansteuerung der Scheibenwischer überwacht die
Änderung des Gesamtwiderstandes der Sensorstruktur, welcher bei zuneh
mender Feuchtigkeit abnimmt.
Durch leitende Überbrückung der Spalten zwischen den Zinken 1, 1' von auf
die Windschutzscheibe 2 auftreffende Wassertropfen erfolgt eine leitende
Verbindung der Zinken 1, 1', deren erfaßbarer Widerstand von der Menge
der die Spalten überbrückenden Wassertropfen abhängt.
Die Zinken der Elektroden 1 und 1' können eine Breite in der
Größenordnung von 1000 µm und die Spalten zwischen den Zinken eine
Breite von Größenordnung von 400 µm haben.
Die Hauptelektroden 1 und 1' einschließlich der Anschlußteile 3 und 3'
bestehen vorzugsweise aus Chrom und Chromnitrid. Sie sind einige Atom
lagen dick und werden in einem Sputterätzverfahren auf die Fahrzeug
scheibe aufgebracht. Aber auch andere Herstellungsverfahren wie
Ionenimplantation, Dickschichtverfahren oder Auftrag mittels einer leitfähige
Strukturen tragenden Folie sind denkbar.
In der Mitte zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 3' ist eine Hilfselek
trode 5 angebracht, die ebenfalls um die obere Kante 4 der Windschutz
scheibe 2 herum auf die Innenfläche der Windschutzscheibe 2 geführt ist.
Die Hauptelektroden 1 und 1' einschließlich der Anschlußteile 3 und 3' sowie
die Hilfselektrode 5 sind über die gesamte Länge wellenförmig gestaltet, so
daß sich die Breite der Leiterbahn in diesen Abschnitten stetig ändert. Durch
diese wellenförmige Ausführung der Elektrodenränder wird die wirksame
Länge und der effektive Querschnitt der Leiterbahn verändert, was eine
Änderung des Gesamtwiderstandes des Sensors nach sich zieht.
Die Elektroden 1, 1', 5 werden geometrisch gemäß der gewählten Außen
kontur verlängert. Bei Ausformung als aneinandergereihte Halbkreise ergibt
sich eine Verlängerung der Leiterbahn um den Faktor π/2.
Übliche Widerstandsstrukturen weisen eine Fläche von 70-80 cm2 auf,
wobei die wirksame Länge der Leiterbahnen annähernd 6 m beträgt. Bei
gleicher Fläche beträgt die wirksame Länge der erfindungsgemäß ge
stalteten Widerstandsstruktur ungefähr 10 m.
Es besteht auch die Möglichkeit, nur die Zinken der Hauptelektrode 1 und 1'
entsprechend zu gestalten.
Die in Fig. 1 gezeigte Sensorstruktur wurde in einem Sputterätzverfahren
hergestellt. Die die Haupt- und Hilfselektrode bildenden Rasterpunkte sind
dabei lichtdurchlässig ausgeführt.
Zur Kontaktierung mit dem jeweiligen elektrischen Kontakt der Auswerte
schaltung ist auf die jeweilige Haupt- bzw. Hilfselektrode 3, 3', 5 eine
Lotschicht 23 in Form einer einbrennbaren Silber- oder Glasfritte angebracht.
Die Lotschicht 23 kann aber auch mittels Ultraschall auf der Fahrzeug
scheibe 2 befestigt werden.
In Fig. 2 ist diese Art der Kontaktierung am Beispiel der Hauptelektrode 3
schematisch dargestellt. Die Lotschicht 23 verbindet über eine Lötstelle die
Hauptelektrode 3 mit der Ader 21 des Kabels 22, das an die Auswerteschal
tung führt.
Damit nur der durch die Wasser- und Salzablagerung auf der Windschutz
scheibe am oberen Rand des Fahrzeuges gebildete Nebenwiderstand ge
messen wird, ist die Hilfselektrode 5 unter dem den Rand 4 der Windschutz
scheibe 2 abdeckenden Gummi 6 angeordnet. Es wird somit außerdem
sichergestellt, daß die Hilfselektrode 5 keinen elektrischen Kontakt mit den
Hauptelektroden hat.
Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung wird der Grad der Benetzung
der Fahrzeugscheibe mit Hilfe des resistiven Sensors ermittelt, wobei die
Anschlußteile 3 und 3' der Hauptelektroden 1 und 1' über Leitungen 7 und 8
mit einer Schaltung 10 verbunden sind, die in an sich bekannter Weise eine
durch die Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe 2 verursachte Widerstands
änderung in ein elektrisches Spannungssignal S1 umwandelt.
Die Hilfselektrode 5 führt über die Leitung 9 gemeinsam mit dem
Anschlußteil 3 der Hauptelektrode 1 an eine Schaltung 11, die den sich in
Abhängigkeit vom Wasser- und Salzrückständen ändernden Teilwiderstand
in ein elektrisches Spannungssignal S2 umwandelt.
Den beiden Schaltungen 10 und 11 wird über die Klemme 15 des Bord
netzes, über ein Störspannungsfilter 12 und über eine Stabilisierungschal
tung 13 Betriebsspannung zugeführt. Die Ausgangsspannungen S1 und S2
der Schaltungen 10 und 11 werden einem Analog-Digital-Wandler 14 eines
Mikrocomputers 15 zugeführt.
Der Mikrocomputer 15 ist mit einem Bedienschalter 16 verbunden, der vor
zugsweise als Lenkstockschalter ausgeführt ist und rastende Stellungen für
Dauerbetrieb und automatischen Betrieb aufweist. Über eine Relais-Stufe 17
ist der Scheibenwischermotor 18 an den Ausgang des Mikrocomputer 15
angeschlossen. Der Scheibenwischermotor 18 ist über einen nicht darge
stellten Antrieb in an sich bekannter Weise mit einem Wischarm 19 verbun
den, der das zu wischende Feld 20 überstreicht.
Der Mikrocomputer 15 wertet in gleichmäßigen Zeitabständen die Signale S1
und S2 aus. Da unter der Annahme, daß die Wasser- und Salzablagerungen
zwischen den Hauptelektroden gleichmäßig auftreten und bei einer mittigen
Anordnung der Hilfselektrode 5 zwischen den Anschlußteilen 3 und 3' der
Hauptelektroden, das Signal S2 dem halben Nebenschlußwiderstand ent
spricht, wird nach Verdopplung des Meßwertes dieser vom dem durch des
Signal S1 repräsentierten Gesamtwiderstand der Sensorstruktur abgezogen.
Der Scheibenwischer 19 wird in Abhängigkeit dieser Differenz angesteuert.
Der Mikroprozessor 15 führt dabei die Messung und die Korrektur der Meß
werte durch.
Claims (13)
1. Feuchtesensor mit zwei beabstandeten Haupt-Elektroden, welche auf
der Außenseite der Fahrzeugscheibe eines Kraftfahrzeuges in einem vom
Scheibenwischer überstreichbaren Bereich angeordnet und mit einer Aus
werteschaltung zur Ermittlung des Widerstandes in Abhängigkeit von dem
Feuchtigkeitsgrad verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Be
stimmung eines durch Rückstände auf der Fahrzeugscheibe (2) und/oder im
Bereich einer Scheibenabdeckung (6) gebildeten Nebenschlußwiderstandes
eine Hilfselektrode (5) außerhalb des vom Scheibenwischer überstrichenen
Bereiches, zwischen den zwei Hauptelektroden (3, 3') angeordnet ist, wobei
die Hauptelektroden (3, 3') und die Hilfselektrode (5) an die Auswerteschal
tung führen.
2. Feuchtesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hilfselektrode (5) in unmittelbarer Nähe des oberen Fahrzeugscheibenran
des (4) angeordnet ist.
3. Feuchtesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hilfselektrode (5) vollständig unter der Scheibenabdeckung (6) angeordnet
ist.
4. Feuchtesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hilfselektrode (5) teilweise unter der Scheibenabdeckung (6) angeordnet ist.
5. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) auf dem annähernd halben
Abstand der beiden Hauptelektroden (3, 3') auf der Fahrzeugscheibe (2) an
geordnet ist.
6. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite mindestens einer Hauptelektrode (1, 1'; 3, 3')
und/oder der Hilfselektrode (5) über ihre Länge unkonstant gestaltet ist.
7. Feuchtesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Breite der Haupt- (1, 1'; 3, 3') und/oder Hilfselektrode (5) über ihre gesamte
Länge verändert ist.
8. Feuchtesensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Rand der Haupt- (1, 1'; 3, 3')und/oder der Hilfselektrode (5)
Wellen- und/ oder mäanderförmig gestaltet ist.
9. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitfähigen Elektroden (1, 1'; 3, 3') mittels eines
Sputterätzverfahrens, Dickschichtverfahrens, einer eine leitfähigen Struktur
tragenden Folie oder durch Ionenimplantation auf der Fahrzeugscheibe (2)
erzeugbar sind.
10. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Haupt- (1, 1'; 3, 3') und/oder Hilfselektrode (5) um
den Fahrzeugscheibenrand (4) der Fahrzeugscheibe (2) herum auf die
Innenfläche der Fahrzeugscheibe geführt ist, an welche die
Auswerteschaltung anschließbar ist.
11. Feuchtesensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Kontaktierung der Elektroden (1, 1'; 3, 3') mit einem elektrischen Kontakt der
Auswerteschaltung eine Lotschicht (23) auf der Fahrzeugscheibe (2) im
Bereich der Elektroden aufgebracht ist.
12. Feuchtesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lotschicht mittels (23) Ultraschall auf der Fahrzeugscheibe (2) befestigbar
ist.
13. Feuchtesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lotschicht (23) in Form einer einbrennbaren Glas- oder Silberfritte auf der
jeweilige Haupt- oder Hilfselektrode (3, 3', 5) angebracht ist.
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