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DE19524943A1 - Sensor - Google Patents

Sensor

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Publication number
DE19524943A1
DE19524943A1 DE19524943A DE19524943A DE19524943A1 DE 19524943 A1 DE19524943 A1 DE 19524943A1 DE 19524943 A DE19524943 A DE 19524943A DE 19524943 A DE19524943 A DE 19524943A DE 19524943 A1 DE19524943 A1 DE 19524943A1
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DE
Germany
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conductive paste
sensor according
conductive
pattern
sensor
Prior art date
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Application number
DE19524943A
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English (en)
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Klaus Weber
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Mannesmann VDO AG
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Publication date
Application filed by Mannesmann VDO AG filed Critical Mannesmann VDO AG
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Priority to US08/650,095 priority patent/US5780718A/en
Publication of DE19524943A1 publication Critical patent/DE19524943A1/de
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer nichtleitenden Trägerscheibe, insbesondere der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit ein oder mehreren elektrisch leitenden Schichten, die in einem bestimmten Muster auf der Außenfläche der Trägerscheibe angeordnet sind.
Elektrisch leitende Schichten auf Fahrzeugscheiben dienen beispielsweise dazu, einen resistiven Regensensor zu bilden. Sie können jedoch auch zum elektrischen Beheizen der Scheibe bestimmt sein oder eine Antenne für ein Radio bilden. Solche Leiterbahnen sollen möglichst gut auf der Scheibe haften, damit sie sich beim Reinigen der Scheibe oder durch Umwelteinflüsse nicht von ihr lösen können. Dies gilt insbesondere für als Regensensor dienende Leiterbahnen, weil solche Regensensoren im Wischerfeld des Scheibenwischers liegen müssen und der Scheibenwischer sich beim Wischen ständig über diese Leiterbahnen hinweg bewegt. Abgesehen vom guten Haften auf der Fahrzeugscheibe sollen solche Leiterbahnen aus diesem Grunde auch möglichst abriebfest sein. Auch ist die Einhaltung genauer Abmessungen der Leiterbahnen oftmals erforderlich.
Um diese Erfordernisse zu erfüllen, werden Leiterbahnen bislang durch Aufdampfen auf Fahrzeugscheiben aufgebracht. Aufdampfverfahren sind jedoch sehr aufwendig und führen zu unerwünscht starken Maßabweichungen, so daß sich mit einem von solchen Leiterbahnen gebildeten Sensor nicht ausreichend reproduzierbare Sensorsignale erzielen lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl gut auf der Trägerscheibe haftet als auch eine hohe mechanische Abriebfestigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die leitende Schicht eine gesinterte, in Drucktechnik mittels einer Leitpaste hergestellte Schicht ist, wobei die Leitpaste leitende Teilchen und eine Glasfritte enthält, die bei geringerer Temperatur schmelzbar ist als das Material der Trägerscheibe. Durch diese Ausbildung erhält der Sensor durch das Sintern eine hohe Haftung auf der Trägerscheibe, während die geschmolzene Glasfritte eine glatte abriebfeste Oberfläche bildet.
Eine exakte Struktur des Musters der elektrisch leitenden Schicht wird dadurch erreicht, daß die leitende Schicht eine in Siebdrucktechnik hergestellte Schicht ist. Vorzugsweise ist die leitende Schicht eine Widerstandsschicht.
Sind die leitenden Teilchen Platinteilchen, so besitzt nicht nur die geschmolzene Glasfritte, sondern auch die leitenden Teilchen eine hohe Abriebfestigkeit.
Enthält die Leitpaste eine Trägerflüssigkeit, die bei einer Temperatur wesentlich unter der Schmelztemperatur der Glasfritte verdampfbar ist, so verbleiben nach dem Sintervorgang nur die Glasfritte und die leitenden Teilchen auf der Trägerscheibe.
Der Sensor kann ein Muster mit mindestens zwei in einem geringen Abstand zueinander verlaufenden bahnartigen leitenden Schichten aufweisen, wobei die jeweils nebeneinander verlaufenden bahnartigen leitenden Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen verbindbar sind.
Sind die Enden der bahnartigen leitenden Schichten um eine Seitenkante der Trägerscheibe herum auf die Innenfläche der Trägerscheibe geführt, so kann ohne aufwendige Kabelführung der Anschluß des Sensors an die elektrischen Potentiale im Innenraum des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Vorzugsweise ist der Sensor ein resistiver Regensensor, wobei der Widerstand zwischen zwei bahnartigen leitenden Schichten von der Menge der die beiden Schichten gemeinsam überdeckenden Feuchtigkeit abhängig ist.
Die Trägerscheibe kann aus den verschiedensten Materialien bestehen. Besonders günstig insbesondere auch hinsichtlich des Abriebverhaltens bei von Scheibenwischern überstrichenen Scheiben ist es, wenn die Trägerscheibe eine Glasscheibe ist.
Ist zwischen der Trägerscheibe und der Widerstandsschicht eine Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit auf der Trägerscheibe angeordnet, so ist der zu erfassende Widerstandswert weitgehend nur von der Menge der den Sensor bedeckenden Feuchtigkeit und weniger von deren spezifischer Leitfähigkeit abhängig.
Ein erfindungsgemäßer Sensor wird auf einfache Weise dadurch hergestellt, daß die Leitpaste in dem bestimmten Muster im Siebdruckverfahren auf die Außenfläche der Glasscheibe aufgebracht und durch Wärmebeaufschlagung auf die Glasscheibe aufgesintert wird.
In einem anderen Verfahren zur Herstellung des Sensors kann man die Leitpaste in dem bestimmten Muster auf eine flexible Folie aufbringen und trocknen, die flexible Folie auf die Außenfläche der Glasscheibe aufbringen und die Glasscheibe mit der Folie zum Ausbrennen der Folie und zum Aufsintern der Leitpaste auf die Glasscheibe wärmebeaufschlagen. Dies ermöglicht es, nicht nur das Sensormuster unabhängig von der meist sperrigen Glasscheibe herzustellen und anschließend erst auf diese aufzubringen, sondern darüber hinaus durch die Flexibilität der Folie auch ein einfaches Aufbringen auf gewölbte Scheiben.
Diese Vorteile ergeben sich auch bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung des Sensors, wobei man die Leitpaste in dem bestimmten Muster auf ein Trägerblatt aufbringt und trocknet, die die Leitpaste tragende Seite des Trägerblatts mit einer flexiblen Folienschicht überdeckt, deren Haftung an dem Leitpastenmuster größer ist als die Haftung des Trägerblatts am Leitpastenmuster, das Trägerblatt von der das Leitpastenmuster tragenden Folienschicht trennt, die Folienschicht auf die Außenfläche der Glasscheibe aufbringt und die Glasscheibe mit der Folienschicht zum Ausbrennen der Folienschicht und zum Aufsintern der Leitpaste auf die Glasscheibe wärmebeaufschlagt.
Vorzugsweise ist die Folie bzw. die Folienschicht ein Kunstharzfilm, der während des Sintervorgangs rückstandsfrei verdampft.
Die Sinterung kann bei einer Temperatur erfolgen, die etwa der Verformungstemperatur zur plastischen Verformung der Glasscheibe entspricht, wobei die Sinterung bei einer Temperatur etwa zwischen 500°C und 700°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 600°C erfolgt.
Wird die Leitpaste auf die ebene Glasscheibe aufgebracht und unter gleichzeitiger Biegeverformung der Glasscheibe aufgesintert, so erfolgt die Aufsinterung und die Formgebung der Glasscheibe in einem einzigen Arbeitsgang.
Die Biegeverformung kann dabei sowohl durch Schwerkraftbiegen als auch durch Preßbiegen in einem Preßbiegeofen erfolgen.
Um zusätzlich mittels des separat vorbereiteten Sensormusters auch die Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit separat von der Glasscheibe vorbereiten zu können, kann nach dem Aufbringen und gegebenenfalls Trocknen der Leitpaste auf die flexible Folie eine Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit auf die Leitpaste aufgebracht bzw. die Leitpaste auf eine in dem bestimmten Muster auf dem Trägerblatt aufgebrachte Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht werden.
Eine Sensoranordnung zur Durchführung der beschriebenen Verfahren kann in einer Ausführungsform derart ausgebildet sein, daß auf einer flexiblen Folie das bestimmte Muster aus einer sinterbaren Leitpaste aufgebracht ist, wobei die flexible Folie bei einer etwa der Sintertemperatur der Leitpaste entsprechenden Temperatur verdampfbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf einem Trägerblatt das bestimmte Muster aus einer sinterbaren Leitpaste angeordnet und auf dem Trägerblatt das bestimmte Leitpastenmuster überdeckend eine flexible Folienschicht aufgebracht, wobei die Haftung des Leitpastenmusters an dem Trägerblatt kleiner als an der Folienschicht ist und wobei die flexible Folienschicht bei einer etwa der Sintertemperatur der Leitpaste entsprechenden Temperatur verdampfbar ist.
Beide Ausführungsformen ermöglichen eine einfache Anbringung des Sensors auf der Glasscheibe.
Ausführungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Sensor,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Sensoranordnung nach Fig. 2 und
Fig. 4 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung.
Der in Fig. 1 dargestellte Regensensor besteht aus zwei auf die Außenfläche einer Windschutzscheibe 2 aufgebrachten, elektrisch leitenden Widerstandsschichten 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 Widerstandsschicht 1 und 1′ besitzt einen Anschlußkontakt 3 bzw. 3′, der um die Seitenkante 4 der Windschutzscheibe 2 herum auf die Innenfläche der Windschutzscheibe 2 geführt ist und an die unterschiedliche elektrische Potentiale anschließbar sind. Durch leitende Überbrückung der Spalten von auf die Windschutzscheibe 2 auftreffenden Wassertropfen erfolgt eine leitende Verbindung der Zinken, deren erfaßbarer Widerstand von der Menge der die Spalten überbrückenden Wassertropfen abhängt.
Die Zinken der Widerstandsschichten 1 und 1′ können eine Breite in der Größenordnung von 1000 µm und die Spalten zwischen den Zinken eine Breite in der Größenordnung von 400 µm haben.
In den Fig. 2 bis 4 sind Sensoranordnungen 6 und 7 dargestellt, die separat von der Windschutzscheibe 2 hergestellt und anschließend auf die Windschutzscheibe 2 aufgebracht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 6 nach den Fig. 2 und 3 ist auf eine flexible Folie 5 aus einem Kunstharz durch Siebdrucktechnik im Muster der Widerstandsschichten 1 und 1′ eine Leitpaste, die Platinteilchen und Glasfritte enthält, aufgebracht und in einem Trockenofen getrocknet.
Diese vorgefertigte Folie 5 kann nun auf eine vorzugsweise ebene Windschutzscheibe 2 so aufgelegt werden, daß ihre Anschlußkontakte 3 über die Seitenkante 4 der Windschutzscheibe 2 hinausragen und um diese herum zur Rückseite der Windschutzscheibe 2 umgelegt werden.
Da die Folie 5 haftende Eigenschaft besitzt, verbleibt diese in ihrer auf die Windschutzscheibe 2 aufgebrachten Lage. Durch Wärmebeaufschlagung der Windschutzscheibe 2 in einem Biegeofen mit etwa 600°C erfolgt gleichzeitig ein Aufsintern der Leitpaste auf die Windschutzscheibe 2, ein rückstandsloses Vergasen der flexiblen Folie 5 und eine Biegeverformung der Windschutzscheibe 2 aus ihrer ebenen in eine gewölbte Form. Bei dem Aufbringen der Folie auf die Scheibe kann dies sowohl mit der die Leitpaste tragenden Seite als auch mit der der Leitpaste abgewandten Seite der Folie 5 erfolgen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 7 nach Fig. 4 ist im Muster der Widerstandsschichten 1 und 1′ eine Platinteilchen und Glasfritte enthaltende Leitpaste auf ein Trägerblatt 8 aus z. B. Papier aufgebracht und getrocknet. Danach wird das Leitpastenmuster flächig mit einer Kunstharzpaste überzogen, die nach Trocknen eine flexible Folienschicht 9 bildet.
Bei dieser vorbereiteten Sensoranordnung 7 kann nun nach dem Prinzip eines Abziehbildes das Trägerblatt 8 entfernt und die flexible Folienschicht 9 wie die Folie 5 bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 auf die Windschutzscheibe 2 aufgebracht und aufgesintert werden.
Da die Haftung der Leitpaste an dem Trägerblatt 8 wesentlich geringer ist als an der flexiblen Folienschicht 9, verbleibt beim Trennen von Trägerblatt 8 und flexibler Folienschicht 9 das Leitpastenmuster immer auf der Folienschicht 9.
Durch das Trägerblatt 8 ist die Sensoranordnung 7 sehr praktisch zu handhaben, da keine Gefahr des unbeabsichtigten Verklebens der flexiblen Folienschicht 9 vor Abziehen des Trägerblatts 8 besteht.

Claims (24)

1. Sensor zum Erfassen von Feuchtigkeit auf einer nichtleitenden Trägerscheibe, insbesondere der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit ein oder mehreren elektrisch leitenden Schichten, die in einem bestimmten Muster auf der Außenfläche der Trägerscheibe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine gesinterte, in Drucktechnik mittels einer Leitpaste hergestellte Schicht ist, wobei die Leitpaste leitende Teilchen und eine Glasfritte enthält, die bei geringerer Temperatur schmelzbar ist als das Material der Trägerscheibe.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine in Siebdrucktechnik hergestellte Schicht ist.
3. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine Widerstandsschicht ist.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Teilchen Platinteilchen sind.
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitpaste eine Trägerflüssigkeit enthält, die bei einer Temperatur wesentlich unter der Schmelztemperatur der Glasfritte verdampfbar ist.
6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Muster mit mindestens zwei in einem geringen Abstand zueinander verlaufenden bahnartigen leitenden Schichten (1, 1′) aufweist, wobei die jeweils nebeneinander verlaufenden bahnartigen leitenden Schichten (1, 1′) mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen verbindbar sind.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der bahnartigen leitenden Schichten (1, 1′) um eine Seitenkante (4) der Trägerscheibe herum auf die Innenfläche der Trägerscheibe geführt sind.
8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein resistiver Regensensor ist, wobei der Widerstand zwischen zwei bahnartigen leitenden Schichten (1, 1′) von der Menge der die beiden Schichten gemeinsam überdeckenden Feuchte abhängig ist.
9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe eine Glasscheibe ist.
10. Sensor nach Anspruch 8-, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trägerscheibe und der Widerstandsschicht eine Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit auf der Trägerscheibe angeordnet ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitpaste in dem bestimmten Muster im Siebdruckverfahren auf die Außenfläche der Glasscheibe aufgebracht und durch Wärmebeaufschlagung auf die Glasscheibe aufgesintert wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitpaste in dem bestimmten Muster auf die flexible Folie (5) aufbringt und trocknet, die flexible Folie (5) auf die Außenfläche der Glasscheibe aufbringt und die Glasscheibe mit der Folie (5) zum Ausbrennen der Folie (5) und zum Aufsintern der Leitpaste auf die Glasscheibe wärmebeaufschlagt.
13. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Leitpaste in dem bestimmten Muster auf ein Trägerblatt (8) aufbringt und trocknet, die die flexible Leitpaste tragende Seite des Trägerblatts (8) mit einer flexiblen Folienschicht (9) überdeckt, deren Haftung an dem Leitpastenmuster größer ist als die Haftung des Trägerblatts (8) am Leitpastenmuster, das Trägerblatt (8) von der das Leitpastenmuster tragenden Folienschicht (9) trennt, die Folienschicht (9) auf die Außenfläche der Glasscheibe aufbringt und die Glasscheibe mit der Folienschicht (9) zum Ausbrennen der Folienschicht (9) und zum Aufsintern der Leitpaste auf die Glasscheibe wärmebeaufschlagt.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (5) bzw. die Folienschicht (9) ein Kunstharzfilm ist.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei einer Temperatur erfolgt, die etwa der Verformungstemperatur zur plastischen Verformung der Glasscheibe entspricht.
16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei einer Temperatur etwa zwischen 500°C und 700°C erfolgt.
17. Sensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei einer Temperatur von etwa 600°C erfolgt.
18. Sensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitpaste auf die ebene Glasscheibe aufgebracht und unter gleichzeitiger Biegeverformung der Glasscheibe aufgesintert wird.
19. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeverformung durch Schwerkraftbiegen erfolgt.
20. Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeverformung durch Preßbiegen in einem Biegeofen erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen und gegebenenfalls Trocknen der Leitpaste auf die flexible Folie (5) eine Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit auf die Leitpaste aufgebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitpaste auf eine in dem bestimmten Muster auf dem Trägerblatt aufgebrachte Leiterbahn hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht wird.
23. Sensoranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer flexiblen Folie (5) das bestimmte Muster aus einer sinterbaren Leitpaste aufgebracht ist, wobei die flexible Folie (5) bei einer etwa der Sintertemperatur der Leitpaste entsprechenden Temperatur verdampfbar ist.
24. Sensoranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Trägerblatt (8) das bestimmte Muster aus einer sinterbaren Leitpaste angeordnet und auf dem Trägerblatt (8) das bestimmte Leitpastenmuster überdeckend eine flexible Folienschicht (9) aufgebracht ist, wobei die Haftung des Leitpastenmusters an dem Trägerblatt (8) kleiner als an der Folienschicht (9) ist und wobei die flexible Folienschicht (9) bei einer etwa der Sintertemperatur der Leitpaste entsprechenden Temperatur verdampfbar ist.
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