DE2031373A1 - Method and arrangement for detecting an electrically conductive substance - Google Patents

Method and arrangement for detecting an electrically conductive substance

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DE2031373A1 DE19702031373 DE2031373A DE2031373A1 DE 2031373 A1 DE2031373 A1 DE 2031373A1 DE 19702031373 DE19702031373 DE 19702031373 DE 2031373 A DE2031373 A DE 2031373A DE 2031373 A1 DE2031373 A1 DE 2031373A1
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Description

Verfahren und Anordnung zum Detektieren einer elektrisch leitenden Substanz. Method and arrangement for detecting an electrically conductive Substance.

Es besteht gelegentlich das Bedürfnis festzustellen, ob sich auf einer Seite einer Trennwand eine Flüssigkeit, ein feuchter Niederschlag oder eine andere elektrisch leitende Substanz befindet, um das Auftreten dieses Zustandes anzuzeigen oder beim Auftreten dieses Zustandes eine Aktion einzuleiten.Occasionally there is a need to determine if there is a Side of a partition wall a liquid, a damp precipitate or another electrically conductive substance is located to indicate the occurrence of this condition or to initiate an action when this condition occurs.

In vielen Fällen ist es erwünscht, die Zustandsänderung auf der einen Seite der Trennwand zu detektieren, ohne dass sich auf dieser Seite ein Fühler befindet, also ohne dass irgendwelche Leitungen durch die Trennwand geführt werden müssen.In many cases it is desirable to change the state on one Detect the side of the partition without a sensor on this side, so without any cables having to be routed through the partition.

Dies ist besonders dann wichtig, wenn an die Trennwand hohe Ansprüche bezüglich der Dichtheit gestellt werden müssen,-z.B. in Vakuumanlagen.This is particularly important if the partition wall has to meet high demands must be made with regard to the tightness, e.g. in vacuum systems.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das ein Detektieren der oben beschriebenen Zustandsänderung mit hoher Empfindlichkeit erlaubt.It is the object of the invention to provide a method that a Detection of the state change described above with high sensitivity allowed.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Detektieren des Vorhandenseins einer elektrisch leitenden Substanz auf einer Seite einer elektrisch isolierenden Trennwand ist dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zwei flächige Elektroden an der anderen Seite der Trennwand in einer zur Oberfläche dieser Trennwand parallelen Ebene anbringt und die Kapazitatsänderung an den Elektroden beim Auftreten der Substanz detektiers, Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der hohen Empfindlichkeit und darin, dass die Detektion möglich ist, obwohl keine Leitungen durch die Trennwand oder etwa angrenzende Flächen geführt sind0 Dadurch können Anlagen bequem mit der erfindungsgemässen Anordnung nachträglich ausgerüstet werden, ohne dass Veränderungen an der Anlage vorgenommen werden müssen.The method of the invention for detecting presence an electrically conductive substance on one side of an electrically insulating one Partition wall is characterized in that there are at least two flat electrodes on the other side of the partition in a parallel to the surface of this partition Applies level and the change in capacitance at the electrodes when the substance occurs detectors, The advantage of the method according to the invention is there in the high sensitivity and in the fact that detection is possible, although none Lines are routed through the partition or adjacent surfaces systems can easily be retrofitted with the arrangement according to the invention without having to make changes to the system.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf einer Unterlage aus elektrischem Isoliermaterial nebeneinander in einer Ebene vorgesehene Elektroden einen an der Trennwand anbringbaren Fühler bilden, der an eine Einrichtung zum Detektieren von Kapazitätsänder ungen angeschaltet ist. Die Unterlage kann eine Platte sein, sie kann jedoch auch als Folie ausgebildet sein, um sich etwaigen Rundungen der Trennwand anzupassen, die z B. ein Rohr sein kann0 Die Trennwand kann auch einen Teil des Fühlers bilden und die Elektroden abdecken In diesem Fall kann der Fühler frei in der zu überwachenden Atmosphäre angebracht sein, z.B0 als Melder für Niederschläge.An arrangement for carrying out the method according to the invention is characterized in that two on a pad made of electrical insulating material Electrodes provided next to one another in a plane can be attached to the partition wall Form a sensor that is connected to a device for detecting changes in capacitance is turned on. The base can be a plate, but it can also be used as a Foil be designed to adapt to any curves of the partition that e.g. a pipe0 The partition wall can also form part of the sensor and cover the electrodes In this case, the sensor can be freely placed in the area to be monitored Atmosphere, e.g. as a detector for precipitation.

Die Einrichtung zum Detektieren von Eapazitätsänderungen kann aus einem Oszillator und einem nachgeschalteten Verstärker bestehen, und der Fühler kann als Kupplungskondensator in eine Leitung zwischen Oszillator und Verstärker geschaltet sein.The device for detecting changes in capacitance can be made from an oscillator and a downstream amplifier, and the sensor can be used as a coupling capacitor in a line between the oscillator and amplifier be switched.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Einrichtung aus einem Oszillator, und der Fühler ist an frequenzbestimmender Stelle in den Schwingkreis des Oszillators geschaltet. Dem Oszillator kann ein Frequenzdiskriminator nachgeschaltet sein.In another embodiment, the device consists of one Oscillator, and the sensor is at the frequency-determining point in the oscillating circuit of the oscillator switched. A frequency discriminator can be connected downstream of the oscillator be.

Das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung können für viele Zwecke verwendet werden; als Beispiele seien genannt die Peststellung von Regen an der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, die Pegelmessung an Flüssigkeitstanks, das Detektieren von Kondenswasser oder Leckwasser. Infolge der hohen Empfindlichkeit kann sogar der Niederschlag von Dampf, Nebel oder Rauch an einer Trennwand detektiert werden.The method and the arrangement according to the invention can be used for many Purposes are used; Examples include the plague of rain on the windshield of a vehicle, level measurement on liquid tanks, the detection of condensation or leakage water. As a result of the high sensitivity even the precipitation of steam, mist or smoke on a partition can be detected will.

Im Polgenden wird die Erfindung anhand von husSührungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.In the Polenden the invention is based on husSührungsbeispielen and the drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Trennwand in der Draufsicht von aussen mit einem innen angebrachten Fühler; Fig.2A zeigt in perspeivischer Ansicht einen Fühler nach der Erfindung.Fig. 1 shows a partition in a plan view from the outside with a inside attached sensor; 2A shows a sensor in a perspective view the invention.

Fige 2B zeigt in perspektivischer Ansicht eine andere Ausführungsform eines Fühlers nach der Erfindung.Fig. 2B shows a perspective view of another embodiment a sensor according to the invention.

Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild eines Fühlers im Arbeitszustand; Figo 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.3 shows the equivalent circuit diagram of a sensor in the working state; 4 shows an arrangement for carrying out the method according to the invention.

Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungegemässen Verfahrens.Fig. 5 shows a further arrangement for performing the according to the invention Procedure.

Im Folgenden wird die Erfindung im rfesentlichen in Anwendung zur automatischen Einschaltung eines Scheibenwischers an einem Fahrzeug beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.In the following, the invention is essentially applied automatic activation of a wiper on a vehicle described. However, the invention is not limited to this.

Fig. 1 zeigt eine Teilfläche einer Windschutzscheibe in Draufsicht von aussen, die im Folgenden als Trennwand bezeichnet ist. Hinter der Trennwand 1 ist ein in Fig.2t gezeigter Fühler 2 beispielsweise durch Aufkleben befestigt. Der Fühler 2 besteht aus einer Unterlage 3 aus elektrischem Isoliermaterial, die als Platte oder Folie ausgebildet ist, sowie aus zwei Elektroden 4 und 5, die als Metallbelege auf der Unterlage angebracht sind. Leitungen 6 und 7 führen zu einer noch zu beschreibenden Einrichtung zum Detektieren von Kapazitätsänderungen an den Elektroden 4 und 5.Fig. 1 shows a partial area of a windshield in plan view from the outside, which is referred to below as the partition wall. Behind the partition 1, a sensor 2 shown in FIG. 2t is attached, for example by gluing. The sensor 2 consists of a pad 3 made of electrical insulating material, which is designed as a plate or film, as well as two electrodes 4 and 5, which as Metal slips are attached to the base. Lines 6 and 7 lead to one still to be described device for detecting changes in capacitance at the Electrodes 4 and 5.

Bei trockener Trennwand 1 hat der aus den Elektroden 4 und 5 sOwie der Unterlage 3 und der Trennwand 1 gebildete Kondensator nur eine sehr geringe Kapazität, weil die Elektroden nebeneinander auf der Unterlage angebracht sind, sodass die Feldlinien eines angelegten elektrischen Feldes verhältnismässig lang sind. Bei Regelfall auf die Aussenseite der Trennwand ändert sich die Kapazität des Fühlers 2 stark. Fig. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für den Fühler 2 in diesem Zustand, Die feuchte Schicht der Aussenseite bildet jetzt gewissermassen eine dritte Elektrode 8,8'-, durch welche die Elektroden 4 und 5 des Fühlers 2 in Serie geschaltet werden. Bei dem so gebildeten Serienkondensator stellt die Trennwand 1 im wesentlichen das Dielelektrikum dar. Es leuchtet ein, dass die Kapazität des Fühlers wesentlich grösser geworden ist, weil die Elektroden 4 und 5 nun in ihrer vollen Fläche durch eine Gegenelektrode 8,8 überdeckt sind, welche durch die Wasserschicht gebildet wird.When the partition 1 is dry, the one from electrodes 4 and 5 is as good the base 3 and the partition 1 formed only a very small capacitor Capacitance, because the electrodes are attached next to each other on the surface, so that the field lines of an applied electric field are relatively long are. Usually on the outside of the partition, the capacity changes of probe 2 strong. Fig. 3 shows the electrical equivalent circuit diagram for the sensor 2 In this state, the moist layer on the outside is now forming to a certain extent a third electrode 8,8 'through which the electrodes 4 and 5 of sensor 2 can be connected in series. In the case of the series capacitor formed in this way the partition 1 essentially represents the dielectric. that the capacity of the sensor has increased significantly because the electrodes 4 and 5 are now covered in their full area by a counter electrode 8, 8, which is formed by the water layer.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann die Einrichtung nach der Erfindung z.B. auch zur Anzeige eines Niederschlags in der Atmosphäre benutzt werden. In diesem Fall wird ein Fühler 2' nach Fig. 2B benutzt, Dieser unterscheidet sich von dem Fühler 2 nach Fig.2A lediglich dadurch, dass die Elektroden 4, 5 durch eine Trennwand 1 abgedeckt sind, die hier einen Teil des Fühlers 2' bildet.As already stated above, the device according to the invention e.g. can also be used to display precipitation in the atmosphere. In this If a sensor 2 'according to FIG. 2B is used. This differs from that Sensor 2 according to FIG. 2A only in that the electrodes 4, 5 are separated by a partition 1 are covered, which here forms part of the sensor 2 '.

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zum Detektieren der gapazitätsänderung des Fühlers 2. Sie besteht aus einem Oszillator 01, der eine Schwingung geeigneter Frequenz mit konstanter Amplitude erzeugt und aus einem Verstärker V. Die Ausgangsklemmen 9 und lo des tszillators Ol sind über Leitungen 11 und 12 mit den Eingangsklemmen 13 und 14 des Verstärkers y verbunden, wobei der Fühler 2 in die Leitung 11 geschaltet ist.4 shows a device for detecting the change in capacitance of the sensor 2. It consists of an oscillator 01, which has a suitable oscillation Frequency with constant amplitude generated and from an amplifier V. The output terminals 9 and lo of the oscillator oil are connected to the input terminals via lines 11 and 12 13 and 14 of the amplifier y are connected, the sensor 2 being connected to the line 11 is.

Bei trockener Trennwand ist die Kopplung zwischen Oszillator und Verstärker praktisch gleich Null und an den Ausgangsklemmen 15 und 16 des Verstärkers ist keine Ausgangsspannung vorhanden. Bei nasser Trennwand erhöht sich die Kapazität des Fühlers erheblich und an den Ausgangsklemmen 15 und 16 tritt nun eine Signalspannung auf, die in bekannter Weise, beispielsweise nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 17 und mittels eines Relais 18, zur Betätigung eines Relaiskontakts 19 benutzt werden kann, -der im vorliegenden Beispiel über Leitungen 20 und 21 in den Speisestromkreis des Scheibenwischermotors (nicht gezeigt) eingeschaltet ist und diesen in Tätigkeit setzt.When the partition wall is dry, the coupling between the oscillator and amplifier is practically zero and there is none at the output terminals 15 and 16 of the amplifier Output voltage available. If the partition wall is wet, the capacity of the sensor increases considerably and a signal voltage now occurs at output terminals 15 and 16, in a known manner, for example after rectification in a rectifier 17 and by means of a relay 18 for actuating a relay contact 19 can be used can, -der in the present example via lines 20 and 21 in the feed circuit of the wiper motor (not shown) switched on is and puts this into action.

Zig.5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Detektieren der Kapazitätsänderung des Fühlers 2. Die Ausgangsklemmen 22 und 23 des Oszillators 02 sind über Leitungen 24 und 25 mit den Eingangsklemmen 26 und 27 eines Frequenzdiskriminators D verbunden. Die Klemmen 28 und 29 des Oszillators führen an dessen Schwingkreis, so daß Kapazitätsänderungen des an diese Klemmen geschalteten Fühlers 2 die Frequenz des Oszillators 0, 2 verändern.Zig.5 shows another embodiment of a device for Detection of the change in capacitance of the sensor 2. The output terminals 22 and 23 of the oscillator 02 are via lines 24 and 25 to the input terminals 26 and 27 of a frequency discriminator D connected. Terminals 28 and 29 of the oscillator lead to its resonant circuit, so that changes in capacitance to these terminals switched sensor 2 change the frequency of the oscillator 0, 2.

Bei trockener Trennwand erzeugt der Oszillator 0, 2 eine Frequenz die vom Diskriminator D durchgelassen wird. An den Ausgangsklemmen 30 und 31 des- Frequenzdiskriminators befindet sich dann eine Signalspannung, die nach Gleichrichtung im Gleichrichter 32 ein Relais 33 im Arbeitszustand mit angezogenem Anker hält, wobei ein Relaiskontakt 34 geöffnet bleibt. Dieser Relaiskontakt ist über die Leitungen 35 und 36 in den Speisestromkreis des Scheibenwischermotors (nicht gezeigt) geschaltet, Bei nasser Trennwand erzeugt-der Oszillator 02infolge Kapazitätsänderung des Pühlers 2 eine andere Frequenz f', die der Frequenzdiskriminator D sperrt. Damit verschwindet die Signalspannuhg an den Ausgangsklemmen 30 und 31, der Anker des Relais 33 fällt ab und der Relaiskontakt 34 wird geschlossen, worauf der Scheibenwischer in Tätigkeit tritt.When the partition wall is dry, the oscillator 0, 2 generates a frequency which is let through by the discriminator D. At the output terminals 30 and 31 Frequency discriminator is then a signal voltage, which after rectification a relay 33 in the rectifier 32 holds in the working state with the armature tightened, a relay contact 34 remains open. This relay contact is via the lines 35 and 36 are connected to the supply circuit of the windshield wiper motor (not shown), When the partition wall is wet, the oscillator generates 02 as a result of a change in the capacitance of the sensor 2 another frequency f 'which the frequency discriminator D blocks. With that disappears the signal voltage at the output terminals 30 and 31, the armature of the relay 33 drops off and the relay contact 34 is closed, whereupon the windshield wiper in action occurs.

Man kann den Oszillator auch so auslegen, dass bei nasser Trennwand und der dann gegebenen Kapazität des Fühlers 2 die Schwingungen einsetzen oder abreissen und die änderung der Signalspannung das Relais betätigt. Damit wird der Frequenzdiskriminator D eingespart. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Fühler als Kopp lungskondensator in den Rückkopplungszweig des Oszillators geschaltet.The oscillator can also be designed so that when the partition wall is wet and the then given capacity of the sensor 2, the vibrations start or stop and the change in signal voltage actuates the relay. This becomes the frequency discriminator D saved. In this case, the sensor is preferably used as a coupling capacitor switched into the feedback branch of the oscillator.

Der Fachmann kann ohne weiteres andere Schaltungen angeben, mit deren Hilfe Kapazitätsänderungen in Signale umgesetzt werden können, weshalb die Erfindung nicht auf die beschriebenen Schaltungen beschränkt ist. Die Elektroden 4 und 5 brauchen auch nicht auf einer Unterlage eng benachbart angeordnet sein. So können die Elektroden z.B. bei Pegelmessungen an Tanks mit isolierender Trennwand weit auseinander angeordnet sein, und zwar eine Elektrode am Boden des Tanks und eine in Höhe des Sollpegels, jedoch beide an der Aussenwande Es können auch mehrere Elektroden parallel geschaltet und über die Höhe eines Tanks verteilt angeordnet sein, sodass eine mehrstufige Pegelmessung möglich ist. Die Elektroden können auch über die Tankhöhe nebeneinander langgestreckt angeordnet sein, sodass eine stufenlose Pegelmessung von aussen möglich ist. Bei Gefässen aus Metall kann ein Fenster aus Isoliermaterial dort angeordnet sein, wo die Elektroden angebracht werden.Those skilled in the art can readily specify other circuits with their Help changes in capacitance can be converted into signals, which is why the invention is not limited to the circuits described. The electrodes 4 and 5 need also not be arranged closely adjacent on a pad. So can the electrodes e.g. for level measurements on tanks with an insulating partition wall be spaced apart, namely one electrode at the bottom of the tank and one at the level of the target level, but both on the outer wall. Several electrodes can also be used connected in parallel and distributed over the height of a tank, so that a multi-level level measurement is possible. The electrodes can also be above the tank height be arranged elongated next to each other, so that a stepless level measurement from the outside is possible. In the case of vessels made of metal, a window made of insulating material can be used be arranged where the electrodes are attached.

Anstelle des Relais kann auch ein Messinstrument als Anzeiger gan verwendet werden, so dass eine quantitative Anzeige des den Fühler beeinflussenden Zustandes möglich ist.Instead of the relay, a measuring instrument can also act as an indicator used so that a quantitative indication of the influencing the probe State is possible.

Als Material für die Trennwand eignet sich Glas besonders gut.Glass is particularly suitable as a material for the partition wall.

Es wird angenommen, dass Glas die Bildung einer zusammenhängenden, leitenden Schicht begünstigt, während sich Feuchtigkeit auf der Oberfläche mancher Kunststoffe in Tropfenform niederschlägt.It is believed that glass is the formation of a coherent, conductive layer favors, while moisture is on the surface of some Plastics precipitates in the form of drops.

Patentansprüche:Patent claims:

Claims (7)

Patentansprüche: 1.) Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins einer elektrisch leitenden Substanz auf einer Seite einer elektrisch isolierenden Trennwand, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zwei flächige Elektroden an der anderen Seite der Trennwand in einer zur Oberfläche dieser Trennwand parallelen Ebene anbringt und die Kapazitätsänderung an den Elektroden beim Auftreten der Substanz detektiert. Claims: 1.) Method for detecting the presence an electrically conductive substance on one side of an electrically insulating one Partition, characterized in that there are at least two flat electrodes on the other side of the partition in a parallel to the surface of this partition Attaches level and the change in capacitance at the electrodes when the substance occurs detected. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf einer Unterlage (3) aus elektrischem Isoliermaterial nebeneinander in einer Ebene vorgesehene Elektroden (4, 5) einen an der Trennwand (1) anbringbaren Fühler (2) bilden, der an eine Einrichtung zum Detektieren von Kapazitätsänderungen angeschaltet ist.2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that two on a base (3) made of electrical insulating material electrodes (4, 5) provided next to one another in a plane one on the partition (1) form attachable sensor (2), which is connected to a device for detecting Capacity changes is switched on. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei auf einer Unterlage (3) aus elektrischem Isoliermaterial nebeneinander in einer Ebene vorgesehene und durch eine fest angebrachte Trennwand (1') abgedeckte Elektroden (4, 5) einen Fühler (2') bilden, der an eine Einrichtung zum Detektieren von Kapazitätsän derungen angeschaltet ist.3. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that two on a base (3) made of electrical insulating material side by side in one plane and provided by a permanently attached partition (1 ') covered electrodes (4, 5) form a sensor (2') which is connected to a device is switched on to detect changes in capacitance. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem Oszillator (°1) und einem nachgeschalteten Verstärker (V) besteht, und dass der Fühler (2) als Kopplungskondensator in eine Leitung (11) zwischen Oszillator (01) und Verstärker (V) geschaltet ist.4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the device consisting of an oscillator (° 1) and a downstream amplifier (V) exists, and that the sensor (2) as a coupling capacitor in a line (11) is connected between oscillator (01) and amplifier (V). 5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem Oszillator (°2) besteht, und tl n h « } .5. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the device consists of an oscillator (° 2), and tl n h «}. dass der Fühler (2) an frequenzbestimmender Stelle in den Schwingkreis des Oszillators (°2) geschaltet ist. that the sensor (2) is in the frequency-determining point in the oscillating circuit of the oscillator (° 2) is switched. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Oszillator (°2) ein Prequenzdiskriminat or D nachgeschaltet ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the oscillator (° 2) a sequence discriminate or D is downstream. 7. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch -gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem Oszillator (01) gegebenenfalls mit nachgeschaltetem Verstärker (V) besteht, und dass der Fühler (2) als Kopplungskondensator in den Rückkopplungszweig des Oszillators geschaltet ist.7. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the device consisting of an oscillator (01), optionally with a downstream amplifier (V) exists, and that the sensor (2) as a coupling capacitor in the feedback branch of the oscillator is switched. 80 Fühler zur Verwendung mit einem Gerät zum Detektieren von Kapazitätsänderungen, gekennzeichnet durch zwei nebeneinander in einer Ebene auf einer Unterlage (3) aus elektrischem Isoliermaterial angebrachte Elektroden (4, 5).80 sensors for use with a device for detecting changes in capacitance, characterized by two side by side in one level on a base (3) Electrically insulating material attached electrodes (4, 5). 9ç Fühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4, 5) durch eine einen Teil des Fühlers (2') bildende Trennwand (11) abgedeckt sind.9ç sensor according to claim 8, characterized in that the electrodes (4, 5) covered by a partition (11) forming part of the sensor (2 ') are. lo. Verwendung der Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6 zur automatischen Einschaltung eines Scheibenwischers an einem Pahrzeug bei feuchtem Niederschlag auf der Windschutzscheibe.lo. Use of the arrangement according to claims 2 to 6 for automatic Activation of a windshield wiper on a vehicle when it is wet on the windshield.
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