WO2018055007A1 - Kapazitive sensorelektrode, fertigungsverfahren für eine kapazitive sensorelektrode und kapazitiver sensor - Google Patents

Kapazitive sensorelektrode, fertigungsverfahren für eine kapazitive sensorelektrode und kapazitiver sensor Download PDF

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WO2018055007A1
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wire
electrode
capacitive sensor
carrier
wire carrier
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Bernd Herthan
Stefan Hieltscher
Markus Korder
Florian Pohl
Thomas Weingärtner
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Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg
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    • H03K2217/960755—Constructional details of capacitive touch and proximity switches
    • H03K2217/96078—Sensor being a wire or a strip, e.g. used in automobile door handles or bumpers

Definitions

  • Capacitive sensor electrode manufacturing method for a capacitive sensor electrode and capacitive sensor
  • the invention relates to a capacitive sensor electrode. Furthermore, the invention relates to a manufacturing method for producing such a sensor electrode. Moreover, the invention relates to a capacitive sensor, in particular a capacitive sensor for a motor vehicle.
  • Capacitive sensors are frequently used in particular on motor vehicles in order to detect an approach of an object to the vehicle, in particular to a vehicle part.
  • the information based on the detection of the approach can be utilized, for example, in the context of an anti-pinch or collision protection for motor-driven vehicle parts.
  • such information is also used to detect a control command of a vehicle user for a movable vehicle part, for example.
  • a vehicle door in particular a trunk lid.
  • the capacitive sensor generates during operation for detecting the object by means of a first sensor electrode as a measuring field (usually high-frequency) alternating electric field and forms with a second sensor electrode (counter electrode) or ground a capacitor whose capacitance is monitored as a measured variable.
  • a measuring field usually high-frequency
  • sensor electrodes come with a specially adapted to the desired geometry of the measuring field profile (ie cross-section), z.
  • sheet-like conductors, round wires, etc. are used.
  • the largest possible possible radiation of the measuring field is desirable, so that the Surfaces and / or material thicknesses of the aforementioned conductors or wires are increased accordingly. From DE 10 2009 021 225 B4 it is known, for example, to apply to a cable-like carrier a sensor electrode enclosing this (hollow-cylindrical).
  • the weight and, in particular, the material costs increase with the area and in particular the material thickness of the sensor electrodes.
  • the invention has for its object to provide a capacitive sensor with a large radiating surface and yet cost-effective production.
  • the capacitive sensor electrode according to the invention is used in a capacitive sensor.
  • the sensor electrode in this case comprises an electrode wire, which preferably serves to emit an alternating electric field during operation of the sensor electrode.
  • the sensor electrode comprises an elongated, preferably cylindrical wire carrier, which serves for holding the electrode wire in a predetermined spatial arrangement.
  • the electrode wire is arranged so as to be distributed circumferentially around a longitudinal axis (also called the "cylinder axis") of the wire carrier in a cylinder jacket surface of the wire carrier via different radial positions.
  • circumferentially distributed is meant here and below that in a viewing direction along the longitudinal axis of the wire carrier of the electrode wire in at least two different "altitude" to the longitudinal axis, ie, each with a different distance to the longitudinal axis and / or to any extending through the longitudinal axis Level is arranged.
  • the electrode wire is arranged to extend in at least two different surface sections of the cylinder jacket surface of the wire carrier oriented tangentially to a longitudinal axis of the wire carrier.
  • the term “surface section” is to be understood such that even compared to the entire cylinder jacket surface comparatively (possibly “infinitesimal”) narrow partial area which covers the electrode wire in the arrangement in the cylinder jacket surface, such a surface section.
  • the term “cylinder” is to be understood here and below as meaning that all longitudinal lines extending on the (cylinder) lateral surface are formed by straight lines aligned parallel to the longitudinal axis.
  • the term “cylinder” thus encompasses not only bodies with circular but also also with polygonal or elliptical cross-section.
  • the cylinder jacket surface constitutes an outer surface of the wire carrier, ie a surface directed towards the outside of the wire carrier.
  • the electrode wire is preferably a (single) wire with a round cross section. Alternatively, the electrode wire is formed by a (optionally twisted) strand composed of a plurality of individual wires.
  • the advantage of the inventive arrangement of the electrode wire to the wire carrier allows compared to the thickness of the electrode wire relatively large coverage (also: coverage) of the wire carrier (specifically its cylinder surface), so that comparatively low cost of materials comparable radiation as a "massive" head with the same volume or the same surface area, thereby reducing the amount of electrically conductive material used and therefore the material costs.
  • the wire carrier has a full profile. Ie. the wire carrier is not hollow, so has no internal cross-section Cavity or the like. Rather, the wire carrier is "solid.” In particular, the wire carrier is formed in this case by a solid cylinder.
  • the electrode wire is arranged in particular loop-shaped along the wire carrier. Ie. the electrode wire is at least roughly back and forth at least once in the longitudinal direction of the wire carrier, so that an approximately U-shaped "loop" or “loop” results.
  • the respective longitudinal sections of the loop run substantially in the longitudinal direction, d. H. exactly or approximately parallel to the longitudinal axis of the wire carrier.
  • the longitudinal sections are each helical, in particular in the form of an elongated helix wound around the longitudinal axis.
  • the electrode wire is arranged in a plurality of loops along the wire carrier.
  • the coverage of the wire carrier is increased in a simple manner, and in particular by the circumferential about the longitudinal axis of the wire carrier laying the electrode wire (especially in multiple loops) also allows a curved radiating surface of the entire sensor electrode, without a profile of an electrically conductive semifinished product (eg a flat or foil conductor) that would be more expensive to produce compared to the simple, preferably round profile of the electrode wire would have to be used.
  • an electrically conductive semifinished product eg a flat or foil conductor
  • the wire carrier has a polygonal profile. Ie.
  • the cylindrical outer surface of the wire carrier is angled several times and subdivided into a plurality of surface sections (also: “polygonal outer surfaces") .
  • the electrode wire is arranged in particular in at least two of these polygon outer surfaces and thus on several "sides" of the wire carrier.
  • the wire carrier is formed from plastic, so that a polygonal profile, for example a "square profile", enables a particularly simple design of a processing tool used for production (ie the "mold” used for injection molding or for extruding).
  • the wire carrier has a circular cylindrical profile.
  • the electrode wire in this case is thus viewed in cross-section at two different radial positions on the cylinder jacket surface (ie, for example, at a "12 o'clock position” and at a "6 o'clock position” and / or a "3 o'clock In this case too, the cylinder jacket surface constitutes the outer surface of the wire carrier.
  • the wire carrier is injection molded from plastic.
  • the electrode wire is inserted into grooves of the wire carrier introduced in particular into the cylinder jacket surface by injection molding (and thus embedded in the cylinder jacket surface).
  • the grooves make it possible (in particular in combination with the comparatively high design freedom of injection molding) in a simple way a repeatable arrangement of the electrode wire to the wire carrier.
  • the electrode wire is partially (ie, the electrode wire is open to the environment) in particular for the case that the wire carrier is injection-molded from plastic or completely encapsulated in plastic.
  • the wire carrier is injection-molded from plastic or completely encapsulated in plastic.
  • a permanent (cohesive and / or positive) fixation of the electrode wire to the wire carrier, as well as in the case of complete encapsulation a sealing of the electrode wire against environmental influences is possible.
  • a sub-variant of the electrode wire is in an intermediate step on one or more carrier body as intended (ie in particular loop-shaped as described above), and is then encapsulated with this or this together in the injection molding, whereby the actual wire carrier is formed.
  • the electrode wire is clamped by means of a suitably designed injection mold in the cavity and then encapsulated with the elimination of the or the carrier body with the plastic of the wire carrier.
  • the electrode wire is embedded in the plastic of the wire carrier in a single injection molding step.
  • the electrode wire is in particular partially or completely encapsulated with a second plastic component of the wire carrier. Ie.
  • the sensor electrode is manufactured in two injection molding steps.
  • a preform (which preferably has the above-described grooves) of the wire carrier is first injection-molded in a first injection molding step, then the electrode wire is laid on the preform, in particular inserted in its grooves and then encapsulated in a second injection molding step with the second plastic component.
  • second plastic component is understood here and below to mean that amount of plastic which is injected into the injection mold in a second injection molding cycle, in particular the same plastic of the first injection molding cycle or, alternatively, another, for example compared to the plastic forming the preform softer and / or weather-resistant plastic.
  • the electrode wire is formed by an enameled wire, in particular a copper or steel wire coated with an insulating lacquer.
  • an insulation of the electrode wire against environmental influences is thus made possible.
  • the manufacturing method according to the invention for the sensor electrode comprises the steps already mentioned above.
  • the electrode wire is placed in a jig and then encapsulated in an injection molding process partially or completely with a plastic of the wire carrier.
  • the jig is, for example, the or the above-described carrier body or alternatively to the preform of the wire carrier.
  • the electrode wire is encapsulated with plastic, in particular in a second injection molding step of the injection molding process.
  • the capacitive sensor according to the invention comprises the sensor electrode of the type described above. Furthermore, the capacitive sensor comprises a control and evaluation electronics, also referred to as controllers, which is preferably coupled to the electrode wire by signal transmission technology.
  • the controller is formed at least in the core by a microcontroller with a processor and a data memory in which the functionality for (on) control of the sensor electrode and evaluation of the signals obtained from this in the form of operating software (firmware) is implemented programmatically.
  • the controller is provided by a non-programmable electronic component, e.g. an ASIC, in which the aforementioned functionality is implemented by means of circuitry.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a capacitive sensor with a sensor electrode and a controller
  • Fig. 2 to 5 in a schematic cross section a respectively alternative embodiment of the sensor electrode.
  • a capacitive sensor 1 is shown, which is set up and provided for use on a motor vehicle.
  • the capacitive sensor 1 comprises a capacitive sensor electrode 2 and a controller 3 (ie a control and evaluation electronics).
  • the sensor electrode 2 is formed by an elongated, cylindrical wire carrier 4 and an electric wire held by the wire carrier 4. 5 wire formed.
  • the electrode wire 5 is connected to the controller 3 signal transmission technology.
  • the electrode wire 5 is used during operation of the capacitive sensor 1 for emitting an alternating electric field (not shown in detail) in the vicinity of the capacitive sensor electrode 2.
  • the electrode wire 5 is formed by a coated with insulating varnish 6 (see FIG .. 2) copper wire 7 whose Diameter compared to the diameter of the wire carrier 4 is small.
  • the electrode wire 5 is laid in a loop along a longitudinal axis 10 of the wire carrier 4. Ie. the electrode wire 5 is guided in the longitudinal direction of the wire carrier 4 back and forth.
  • the electrode wire 5 is laid in several, in the illustrated embodiments concrete in two loops on the wire carrier 4.
  • the electrode wire 5, specifically each longitudinal section of a loop is circumferentially distributed around the longitudinal axis 10 in a different radial position (in Fig. 1 and 2, for example. With respect to the pointer positions of a clock in a 12- and a 6 o'clock- Position).
  • the electrode wire 5 is partially embedded in the wire carrier 4. Specifically, the electrode wire 5 is in these embodiments to an environment of the sensor electrode 2, specifically the wire carrier 4 open.
  • the wire carrier 4 is injection molded from plastic and provided with complementary to the electrode wire 5 grooves into which the electrode wire 5 is inserted later.
  • the electrode wire 5 is partially encapsulated with the plastic of the wire carrier 4 (in a single or a two-stage injection molding) and thus cohesively supported on this.
  • the wire carrier 4 is embodied either with a circular profile (ie as a circular cylinder) or with a polygonal profile, specifically as a square.
  • the cylinder jacket surface 8 of the wire carrier 4 is subdivided into a plurality of angled surface portions (hereinafter referred to as polygon outer surfaces 12).
  • the electrode wire 5 runs - depending on the number of loops - in at least two of these polygon outer surfaces 12th
  • the direction reversal of the electrode wire 5 takes place (in each case) at a longitudinal end of the wire carrier 4.
  • FIGS. 4 and 5 show two exemplary embodiments of the sensor electrode 2, in which the electrode wire 5 is completely embedded in the wire carrier 4.
  • the electrode wire 5 is completely encapsulated with a plastic of the wire carrier 4 in a single-stage or a two-stage injection molding process.
  • the longitudinal sections of the electrode wire 5 are helically wound around the longitudinal axis 10 of the wire carrier 4. In the case of the wire carrier 4 with polygonal profile, a longitudinal section thus extends over a plurality of polygon outer surfaces 1 2.

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorelektrode (2) für einen kapazitiven Sensor (1), der einen Elektrodendraht (5) und einen langgestreckten Drahtträger (4) umfasst. Der Elektrodendraht (5) ist dabei über verschiedene Radial-Positionen um eine Längsachse (10) des Drahtträgers (4) umlaufend verteilt in einer Zylindermantelfläche (8) des Drahtträgers (4) angeordnet und zumindest teilweise in den Drahtträger (4) eingebettet. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen kapazitiven Sensor (1) mit der vorstehenden Sensorelektrode (2) sowie ein Fertigungsverfahren für die Sensorelektrode (2).

Description

Beschreibung
Kapazitive Sensorelektrode, Fertigungsverfahren für eine kapazitive Sensorelektrode und kapazitiver Sensor
Die Erfindung betrifft eine kapazitive Sensorelektrode. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fertigungsverfahren zur Herstellung einer solchen Sensorelektrode. Außerdem betrifft die Erfindung einen kapazitiven Sensor, insbesondere einen kapazitiven Sensor für ein Kraftfahrzeug.
Kapazitive Sensoren kommen insbesondere an Kraftfahrzeugen häufig zum Einsatz, um eine Annäherung eines Objekts an das Fahrzeug, insbesondere an ein Fahrzeugteil zu detektieren. Dabei kann die auf der Detektion der Annäherung basierende Information beispielsweise im Rahmen eines Einklemm- oder Kollisionsschutzes für motorisch bewegte Fahrzeugteile verwertet werden. Alternativ wird eine solche Information auch zur Erkennung eines Stellbefehls eines Fahrzeugnutzers für ein bewegliches Fahrzeugteil, bspw. für eine Fahrzeugtür, insbesondere eine Kofferraumklappe herangezogen. Insbesondere wird im zweiten Fall ermittelt, ob sich ein Körperteil des Fahrzeugnutzers in einer vorgegebenen Art und Weise in einem von dem kapazitiven Sensor überwachten Messfeld bewegt.
Der kapazitive Sensor erzeugt im Betrieb zur Detektion des Objekts mittels einer ersten Sensorelektrode als Messfeld ein (meist hochfrequentes) elektrisches Wechselfeld und bildet dabei mit einer zweiten Sensorelektrode (Gegenelektrode) oder mit Masse einen Kondensator, dessen Kapazität als Messgröße überwacht wird. Zur Formung des Messfelds kommen dabei häufig Sensorelektroden mit einem an die Sollgeometrie des Messfelds speziell angepassten Profil (d. h. Querschnitt), z. B. folienartige Leiter, runde Drähte, etc. zum Einsatz. Häufig ist eine möglichst großflächige Abstrahlung des Messfelds wünschenswert, so dass die Oberflächen und/oder Materialstärken der vorgenannten Leiter bzw. Drähte entsprechend vergrößert werden. Aus DE 10 2009 021 225 B4 ist es beispielsweise bekannt, auf einen kabelartigen Träger eine diesen umschließende (hohlzylindrische) Sensorelektrode aufzubringen.
Da als Material für die Sensorelektroden häufig Metalle, bspw. Kupfer zum Einsatz kommen, steigt mit der Fläche und insbesondere der Materialstärke der Sensorelektroden deren Gewicht und insbesondere die Materialkosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kapazitiven Sensor mit einer großen Abstrahlfläche und dennoch kostengünstiger Herstellung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine kapazitive Sensorelektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Fertigungsverfahren für eine kapazitive Sensorelektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen kapazitiven Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die erfindungsgemäße kapazitive Sensorelektrode dient zum Einsatz in einem kapazitiven Sensor. Die Sensorelektrode umfasst dabei einen Elektrodendraht, der vorzugsweise im Betrieb der Sensorelektrode zum Ausstrahlen eines elektrischen Wechselfelds dient. Des Weiteren umfasst die Sensorelektrode einen langgestreckten, vorzugsweise zylindrischen Drahtträger, der zur Halterung des Elektrodendrahts in einer vorgegebenen räumlichen Anordnung dient. Der Elektrodendraht ist dabei über verschiedene Radial-Positionen um eine Längsachse (auch: „Zylinderachse") des Drahtträgers umlaufend verteilt in einer Zylindermantelfläche des Drahtträgers angeordnet. Außerdem ist der Elektrodendraht zumindest teilweise in den Drahtträger eingebettet. Unter„umlaufend verteilt" wird hier und im Folgenden verstanden, dass in einer Blickrichtung entlang der Längsachse des Drahtträgers der Elektrodendraht in wenigstens zwei unterschiedlichen„Höhenlagen" zur Längsachse, d.h. mit jeweils unterschiedlichem Abstand zur Längsachse und/oder zu einer beliebig durch die Längsachse verlaufenden Ebene angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist der Elektrodendraht in wenigstens zwei unterschiedlichen, tangential zu einer Längsachse des Drahtträgers ausgerichteten Flächenabschnitten der Zylindermantelfläche des Drahtträgers verlaufend angeordnet. Der Begriff„Flächenabschnitt" ist dabei hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass auch die im Vergleich zu der gesamten Zylindermantelfläche vergleichsweise (gegebenenfalls„infinitesimal") schmale Teilfläche, die der Elektrodendraht bei der Anordnung in der Zylindermantelfläche abdeckt, einen solchen Flächenabschnitt darstellt. Der Begriff „Zylinder" ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass alle auf der (Zylin- der-)Mantelfläche verlaufenden Längslinien durch parallel zur Längsachse ausgerichtete Geraden gebildet sind. Der Begriff„Zylinder" umfasst somit nicht nur Körper mit kreisförmigem, sondern auch mit polygonalem oder elliptischem Querschnitt. Die Zylindermantelfläche stellt eine Außenfläche des Drahtträgers, d. h. eine zur Außenseite des Drahtträgers gerichtete Fläche dar. Bei dem Elektrodendraht handelt es sich vorzugsweise um einen (Einzel-)Draht mit rundem Querschnitt. Alternativ ist der Elektrodendraht durch eine (gegebenenfalls verdrillte) Litze gebildet, die aus einer Vielzahl von Einzeldrähten zusammengesetzt ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung des Elektrodendrahts an dem Drahtträger ermöglicht eine im Vergleich zur Dicke des Elektrodendrahts verhältnismäßig große Abdeckung (auch: Überdeckung) des Drahtträgers (konkret dessen Zylindermantelfläche), so dass mit vergleichsweise geringem Materialaufwand eine vergleichbare Abstrahlung wie mit einem„massiven" Leiter mit gleichem Volumen oder gleich großer Oberfläche erreicht wird. Dadurch können die eingesetzte Menge an elektrisch leitfähigem Material und damit Materialkosten verringert werden.
In einer zweckmäßigen Ausführung weist der Drahtträger ein volles Profil auf. D. h. der Drahtträger ist nicht hohl, weist also im Querschnitt keinen innenliegenden Hohlraum oder dergleichen auf. Vielmehr ist der Drahtträger„massiv" ausgebildet. Insbesondere ist der Drahtträger in diesem Fall durch einen Vollzylinder gebildet.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Elektrodendraht insbesondere schlaufen- förmig entlang des Drahtträgers angeordnet. D. h. der Elektrodendraht ist zumindest grob in Längsrichtung des Drahtträgers wenigstens einmal hin- und zurückgeführt, so dass sich eine etwa U-förmige„Schlinge" oder„Schlaufe" ergibt. Vorzugsweise verlaufen dabei die die jeweiligen Längsabschnitte der Schlaufe im Wesentlichen in Längsrichtung, d. h. exakt oder näherungsweise parallel zur Längsachse des Drahtträgers. In einer zur parallelen Ausrichtung alternativen Ausprägung sind die Längsabschnitte jeweils helixartig, insbesondere in Form einer langestreckten Helix um die Längsachse gewendelt. Besonders bevorzugt ist der Elektrodendraht in mehreren Schlaufen entlang des Drahtträgers angeordnet. Durch das schlaufenförmige Hin- und Herführen des Elektrodendrahts wird auf einfache Weise die Überdeckung des Drahtträgers vergrößert, und insbesondere durch das um die Längsachse des Drahtträgers umlaufende Verlegen des Elektrodendrahts (insbesondere in mehreren Schlaufen) auch eine gekrümmte abstrahlende Oberfläche der gesamten Sensorelektrode ermöglicht, ohne dass ein im Vergleich zu dem einfachen, vorzugsweise runden Profil des Elektrodendrahts teurer herzustellendes Profil eines elektrisch leitfähigen Halbzeugs (z. B. ein Flach- oder Folienleiter) herangezogen werden müsste.
In einer zweckmäßigen Ausführung weist der Drahtträger ein polygonales Profil auf. D. h. die Zylindermantelfläche des Drahtträgers ist mehrfach abgewinkelt und in mehrere Flächenabschnitte (auch:„Polygonaußenflächen") unterteilt. Der Elektrodendraht ist dabei insbesondere in wenigstens zwei dieser Polygonaußenflächen und somit auf mehreren„Seiten" des Drahtträgers angeordnet. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Drahtträger aus Kunststoff gebildet, so dass ein polygonales Profil, bspw. ein„Vierkantprofil" eine besonders einfache Gestaltung eines zur Fertigung verwendeten Verarbeitungswerkzeugs (d. h. der zum Spritzgießen oder zum Extrudieren dienenden„Form") ermöglicht. In einer zu dem polygonalen Profil alternativen Ausführung weist der Drahtträger ein kreiszylindrisches Profil auf. Der Elektrodendraht ist in diesem Fall folglich im Querschnitt betrachtet an zwei unterschiedlichen Radial-Positionen an der Zylindermantelfläche (d. h. bspw. an einer„12-Uhr-Position" und an einer„6-Uhr- Position" und/oder einer„3-Uhr-Position" oder dergleichen) angeordnet. Auch in diesem Fall stellt die Zylindermantelfläche die Außenfläche des Drahtträgers dar.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Drahtträger aus Kunststoff spritzgegossen. Der Elektrodendraht ist dabei in insbesondere spritzgießtechnisch in die Zylindermantelfläche eingebrachte Nuten des Drahtträgers eingelegt (und somit in die Zylindermantelfläche eingebettet). Die Nuten ermöglichen dabei (insbesondere in Kombination mit der vergleichsweise hohen gestalterischen Freiheit des Spritzgießens) auf einfache Weise eine wiederholgenaue Anordnung des Elektrodendrahts an dem Drahtträger.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist der Elektrodendraht insbesondere für den Fall, dass der Drahtträger aus Kunststoff spritzgegossen ist, teilweise (d. h. der Elektrodendraht liegt zur Umgebung hin offen) oder vollständig mit Kunststoff umspritzt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine insbesondere dauerhafte (stoffschlüssige und/oder formschlüssige) Fixierung des Elektrodendrahts an dem Drahtträger, sowie im Fall der vollständigen Umspritzung auch eine Abdichtung des Elektrodendrahts gegen Umwelteinflüsse ermöglicht. In einer Untervariante ist der Elektrodendraht dabei in einem Zwischenschritt auf einen oder mehrere Trägerkörper bestimmungsgemäß (d. h. insbesondere wie vorstehend beschrieben schlaufenförmig) aufgespannt, und wird mit diesem bzw. diesen zusammen anschließend im Spritzgießprozess umspritzt, wodurch der eigentliche Drahtträger ausgebildet wird. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei auch denkbar, dass der Elektrodendraht mittels eines geeignet gestalteten Spritzgießwerkzeugs in dessen Kavität aufgespannt wird und anschließend unter Wegfall des bzw. der Trägerkörper mit dem Kunststoff des Drahtträgers umspritzt wird. In beiden Fällen ist der Elektrodendraht jedoch in einem einzigen Spritzgießschritt in den Kunststoff des Drahtträgers eingebettet. In einer weiteren zweckmäßigen, insbesondere zu der vorstehenden Untervariante alternativen Ausführung ist der Elektrodendraht mit einer zweiten Kunststoffkomponente des Drahtträgers insbesondere teilweise oder vollständig umspritzt. D. h. die Sensorelektrode ist in zwei Spritzgießschritten gefertigt. Beispielsweise wird dabei zunächst in einem ersten Spritzgießschritt ein Vorformling (der vorzugsweise die vorbeschriebenen Nuten aufweist) des Drahtträgers spritzgegossen, anschließend der Elektrodendraht auf dem Vorformling verlegt, insbesondere in dessen Nuten eingelegt und daraufhin in einem zweiten Spritzgießschritt mit der zweiten Kunststoffkomponente umspritzt. Unter„zweite Kunststoffkomponente" wird hier und im Folgenden diejenige Menge an Kunststoff verstanden, die in einem zweiten Spritzgießzyklus in das Spritzgießwerkzeug eingespritzt wird. Dabei handelt es sich insbesondere um den gleichen Kunststoff des ersten Spritzgießzyklus oder alternativ um einen anderen, bspw. im Vergleich zu dem den Vorformling bildenden Kunststoff weicheren und/oder witterungsbeständigeren Kunststoff.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführung ist der Elektrodendraht durch einen Lackdraht, insbesondere einen mit einem Isolierlack beschichteten Kupfer- oder Stahldraht gebildet. Insbesondere für den Fall, dass der Elektrodendraht„nur" teilweise in den Drahtträger eingebettet ist, wird somit eine Isolierung des Elektrodendrahts gegen Umwelteinflüsse ermöglicht. Auch für den Fall, dass der Elektrodendraht im bestimmungsgemäßen Einbauzustand mit einem Anschlussabschnitt (losgelöst von dem Drahtträger) zu einem Controller des kapazitiven Sensors geführt ist, ist zumindest dieser Anaschlussabschnitt des Elektrodendrahts zur Umwelt hin isoliert.
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren für die Sensorelektrode umfasst die vorstehend bereits angesprochenen Schritte. Insbesondere wird der Elektrodendraht in eine Aufspannvorrichtung eingelegt und anschließend in einem Spritz- gießprozess teilweise oder vollständig mit einem Kunststoff des Drahtträgers umspritzt.
Bei der Aufspannvorrichtung handelt es sich dabei beispielsweise um den oder die vorbeschriebenen Trägerkörper oder alternativ um den Vorformling des Draht- trägers. In letzterem Fall wird der Elektrodendraht insbesondere in einem zweiten Spritzgießschritt des Spritzgießprozesses mit Kunststoff umspritzt.
Der erfindungsgemäße kapazitive Sensor umfasst die Sensorelektrode der vorstehend beschriebenen Art. Des Weiteren umfasst der kapazitive Sensor eine auch als Controller bezeichnet Steuer- und Auswerteelektronik, die vorzugsweise mit dem Elektrodendraht signalübertragungstechnisch gekoppelt ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Controller zumindest im Kern durch einen MikroController mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur (An-)Steuerung der Sensorelektrode und Auswertung der von dieser erhaltenen Signale in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist. Alternativ ist der Controller durch ein nichtprogrammierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen ASIC, gebildet, in dem die vorgenannte Funktionalität mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Perspektivansicht einen kapazitiven Sensor mit einer Sensorelektrode und einem Controller, und
Fig. 2 bis 5 in einem schematischen Querschnitt ein jeweils alternatives Ausführungsbeispiel der Sensorelektrode.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein kapazitiver Sensor 1 dargestellt, der zum Einsatz an einem Kraftfahrzeug eingerichtet und vorgesehen ist. Der kapazitive Sensor 1 umfasst eine kapazitive Sensorelektrode 2 sowie einen Controller 3 (d. h. eine Steuer- und Auswerteelektronik). Die Sensorelektrode 2 ist durch einen langgestreckten, zylinderförmigen Drahtträger 4 und einen von dem Drahtträger 4 gehaltenen Elektro- dendraht 5 gebildet. Der Elektrodendraht 5 ist dabei mit dem Controller 3 signal- übertragungstechnisch verschaltet.
Der Elektrodendraht 5 dient im Betrieb des kapazitiven Sensors 1 zum Abstrahlen eines elektrischen Wechselfelds (nicht näher dargestellt) in die Umgebung der kapazitiven Sensorelektrode 2. Der Elektrodendraht 5 ist durch einen mit Isolierlack 6 (vgl. Fig. 2) beschichteten Kupferdraht 7 gebildet, dessen Durchmesser im Vergleich zu dem Durchmesser des Drahtträgers 4 klein ist. Um für das Wechselfeld dennoch eine möglichst große Abstrahlfläche zu erhalten, deren Fläche an diejenige einer Zylindermantelfläche 8 des Drahtträgers 4 angenähert ist, ist der Elektrodendraht 5 in einer Schlaufe entlang einer Längsachse 10 des Drahtträgers 4 verlegt. D. h. der Elektrodendraht 5 ist in Längsrichtung an dem Drahtträger 4 hin- und zurück geführt. Um die von dem Elektrodendraht 5 abgedeckte Fläche weiter zu vergrößern, ist der Elektrodendraht 5 in alternativen Ausführungsbeispielen (vgl. Fig. 3 und 5) in mehreren, in den dargestellten Ausführungsbeispielen konkret in zwei Schlaufen an dem Drahtträger 4 verlegt. Der Elektrodendraht 5, konkret jeder Längsabschnitt einer Schlaufe ist dabei umlaufend um die Längsachse 10 verteilt in einer anderen Radial-Position angeordnet (in Fig. 1 und 2 bspw. in Bezug auf die Zeigerstellungen einer Uhr in einer 12- und einer 6-Uhr- Position).
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, ist der Elektrodendraht 5 teilweise in den Drahtträger 4 eingebettet. Konkret liegt der Elektrodendraht 5 in diesen Ausführungsbeispielen zu einer Umgebung der Sensorelektrode 2, konkret des Drahtträgers 4 offen. Der Drahtträger 4 ist dabei aus Kunststoff spritzgegossen und mit zu dem Elektrodendraht 5 komplementären Nuten versehen, in die der Elektrodendraht 5 nachträglich eingelegt ist.
In alternativen, ebenfalls anhand von Fig. 2 und 3 erläuterten Ausführungsbeispielen ist der Elektrodendraht 5 teilweise mit dem Kunststoff des Drahtträgers 4 (in einem einzigen oder einem zweistufigen Spritzgießprozess) umspritzt und somit stoffschlüssig an diesem gehaltert. Wie aus den Fig. 2 und 3 (sowie aus Fig. 4 und 5) des Weiteren ersichtlich ist, ist der Drahtträger 4 entweder mit einem kreisförmigen Profil (d. h. als Kreiszylinder) oder mit einem Polygonprofil, konkret als Vierkant ausgebildet. Im Fall des Polygonprofils ist die Zylindermantelfläche 8 des Drahtträgers 4 in mehrere zueinander abgewinkelte Flächenabschnitte (nachfolgend als Polygonaußenflächen 12 bezeichnet) unterteilt. Der Elektrodendraht 5 verläuft dabei - je nach Anzahl der Schlaufen - in wenigstens zwei dieser Polygonaußenflächen 12.
In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind - um die Flächenabdeckung durch den Elektrodendraht 5 weiter zu erhöhen - in wenigstens einer Polygonaußenfläche 12 auch mehrere Längsabschnitte des Elektrodendrahts 5 angeordnet.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, erfolgt die Richtungsumkehr des Elektrodendrahts 5 (jeweils) an einem Längsende des Drahtträgers 4.
In Fig. 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele der Sensorelektrode 2 dargestellt, bei denen der Elektrodendraht 5 vollständig in den Drahtträger 4 eingebettet ist. Der Elektrodendraht 5 ist dabei mit einem Kunststoff des Drahtträgers 4 in einem einstufigen oder einem zweistufigen Spritzgießprozess komplett umspritzt.
In einem weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Längsabschnitte des Elektrodendrahts 5 helixförmig um die Längsachse 10 des Drahtträgers 4 gewendelt. Im Fall des Drahtträgers 4 mit Polygonprofil verläuft ein Längsabschnitt somit über mehrere Polygonaußenflächen 1 2.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden. Bezugszeichenliste
1 kapazitiver Sensor
2 kapazitive Sensorelektrode 3 Controller
4 Drahtträger
5 Elektrodendraht
6 Isolierlack
7 Kupferdraht
8 Zylindermantelfläche
10 Längsachse
12 Polygonaußenfläche

Claims

Ansprüche
1 . Kapazitive Sensorelektrode (2) für einen kapazitiven Sensor (1 ),
- mit einem Elektrodendraht (5),
- mit einem langgestreckten Drahtträger (4),
wobei der Elektrodendraht (5) über verschiedene Radial-Positionen um eine Längsachse (10) des Drahtträgers (4) umlaufend verteilt in einer Zylindermantelfläche (8) des Drahtträgers (4) angeordnet ist, und
wobei der Elektrodendraht (5) zumindest teilweise in den Drahtträger (4) eingebettet ist.
2. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach Anspruch 1 ,
wobei der Drahtträger (4) ein volles Profil aufweist.
3. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Elektrodendraht (5) schlaufenförmig entlang des Drahtträgers (4) angeordnet ist.
4. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Drahtträger (4) ein polygonales Profil aufweist, und wobei der Elektrodendraht (5) in wenigstens zwei Polygonaußenflächen (12) der Zylindermantelfläche (8) angeordnet ist.
5. Kapazitive Sensorelektrode (2) einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei der Drahtträger (4) ein kreiszylindrisches Profil aufweist.
6. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Drahtträger (4) aus Kunststoff spritzgegossen ist, und wobei der Elektrodendraht (5) in Nuten des Drahtträgers (4) eingelegt ist.
7. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der Drahtträger (4) aus Kunststoff spritzgegossen ist, und wobei der Elektrodendraht (5) teilweise oder vollständig mit Kunststoff umspritzt ist.
8. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach Anspruch 7,
wobei der Elektrodendraht (5) mit einer zweiten Kunststoffkomponente des Drahtträgers (4) umspritzt ist.
9. Kapazitive Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei der Elektrodendraht (5) durch einen Lackdraht, insbesondere einen mit einem Isolierlack (6) beschichteten Kupfer- oder Stahldraht (7) gebildet ist.
10. Fertigungsverfahren für eine kapazitive Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei der Elektrodendraht (5) in eine Aufspannvorrichtung eingelegt und anschließend in einem Spritzgießprozess teilweise oder vollständig mit einem Kunststoff des Drahtträgers (4) umspritzt wird.
1 1 . Kapazitiver Sensor (1 ) mit einer kapazitiven Sensorelektrode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und mit einer Steuer- und Auswerteelektronik (3).
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