DE102013214629A1 - Filter device with a signaling device and a signal transfer - Google Patents
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Abstract
Bei einer Filtereinrichtung (10) zum Filtern eines Fluids, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filtergehäuse (12, 14) und einem daran anzukoppelnden Filterelement (24, 40), bei der eine elektrische Signaleinrichtung (50, 52, 64, 66, 68, 70, 72) zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements vorgesehen ist, die mindestens eine elektrische Signalübergabe (52, 64, 66) zwischen dem Filtergehäuse (12, 14) und dem Filterelement (24, 40) aufweist, ist erfindungsgemäß die mindestens eine elektrische Signalübergabe (52, 64, 66) mit einer zumindest abschnittsweise kreisförmigen Leiterbahn (64) gestaltet.In a filter device (10) for filtering a fluid, in particular a motor vehicle, with a filter housing (12, 14) and a filter element (24, 40) to be coupled thereto, in which an electrical signaling device (50, 52, 64, 66, 68, 70, 72) is provided for detecting the presence of a regulatory filter element having at least one electrical signal transfer (52, 64, 66) between the filter housing (12, 14) and the filter element (24, 40), according to the invention, the at least one electrical Signal transfer (52, 64, 66) designed with an at least partially circular conductor track (64).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Filtern eines Fluids, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filtergehäuse und einem daran anzukoppelnden Filterelement, bei der eine elektrische Signaleinrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements vorgesehen sind, die mindestens eine elektrische Signalübergabe zwischen dem Filtergehäuse und dem Filterelement aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Filterelement für eine derartige Filtereinrichtung sowie eine Verwendung einer solchen Filtereinrichtung.The invention relates to a filter device for filtering a fluid, in particular a motor vehicle, with a filter housing and a filter element to be coupled thereto, in which an electrical signal means are provided for detecting the presence of a regulatory filter element having at least one electrical signal transfer between the filter housing and the filter element , Furthermore, the invention relates to a filter element for such a filter device and to a use of such a filter device.
Filtereinrichtungen, insbesondere solche zum Filtern von Partikeln aus flüssigem Brennstoff oder Öl bei Kraftfahrzeugen oder anderen Maschinen, sind in der Regel aus einem Filtergehäuse und einem darin angeordneten Filterelement gestaltet. An dem Filtergehäuse befinden sich Fluidanschlüsse, mit denen das zu filtrierende Fluid durch das Filterelement geleitet wird. Das Filterelement ist dazu an dem Filtergehäuse auswechselbar fluidleitend angekoppelt. Filtering devices, in particular those for filtering particles of liquid fuel or oil in motor vehicles or other machines, are usually designed from a filter housing and a filter element arranged therein. On the filter housing are fluid ports, with which the fluid to be filtered is passed through the filter element. The filter element is interchangeably coupled fluid-conductively to the filter housing.
Ferner befinden sich an solchen Filtereinrichtungen oftmals eine elektrische Heizeinrichtung zum Heizen des zu filtrierenden Fluids insbesondere bei einem Kaltstart, sowie ein Wassersensor oder auch ein Drucksensor. Furthermore, an electric heating device for heating the fluid to be filtered, in particular during a cold start, as well as a water sensor or also a pressure sensor, are often located on such filter devices.
Damit an einer solchen Filtereinrichtung während deren Betriebs stets das ordnungsgemäße Filterelement eingesetzt und angekoppelt ist, ist in bekannter Weise eine elektrische Signaleinrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements vorgesehen. Diese Signaleinrichtung erkennt, ob ein Filterelement eingesetzt bzw. angekoppelt ist und ob es sich um das ordnungsgemäße Filterelement handelt. Im Vergleich zu rein mechanischen Kennungen für das ordnungsgemäße Filterelement (Poka-Yoke Design) haben elektrische Signaleinrichtungen den Vorteil, dass sie schwerer zu kopieren sind und mehr Möglichkeiten der Kennung und der sonstigen Diagnose an dem Filterelement bieten. Zugleich ist der Aufwand für solche elektrischen Signaleinrichtungen vergleichsweise groß. So that the proper filter element is always inserted and coupled to such a filter device during its operation, an electrical signal device for detecting the presence of a prescribed filter element is provided in a known manner. This signaling device detects whether a filter element is used or coupled and whether it is the proper filter element. Compared to purely mechanical identifiers for the proper filter element (poka-yoke design) electrical signaling devices have the advantage that they are more difficult to copy and offer more possibilities of identification and other diagnosis on the filter element. At the same time the cost of such electrical signaling devices is comparatively large.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß ist eine Filtereinrichtung zum Filtern eines Fluids vorgesehen, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filtergehäuse und einem daran anzukoppelnden Filterelement, bei der eine elektrische Signaleinrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements vorgesehen ist, die mindestens eine elektrische Signalübergabe zwischen dem Filtergehäuse und dem Filterelement aufweist. Die mindestens eine elektrische Signalübergabe ist insbesondere dazu vorgesehen, mindestens ein elektrisches Signal eines Steuergeräts bzw. einer Steuereinrichtung zwischen dem Filterelement und dem Filtergehäuse zu übertragen und ist dabei mit einer zumindest abschnittsweise kreisförmigen Leiterbahn gestaltet. Bei dem mindestens elektrischen Signal kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Strom, um eine Wechselspannung, um Hochfrequenzsignale handeln oder auch um die Detektion eines Systemwiderstandes, der mittels eines dieser Signale erfasst wird. Beispielsweise kann es sich bei der mindestens einen elektrischen Signalübergabe um miteinander in elektrischem und gegebenenfalls auch in mechanischem Kontakt stehende Kontaktelemente handeln, also um ein System, das geeignet ist, elektrische Signale (auch an nachgelagerte Komponenten) zu übergeben bzw. zu übertragen. Dabei kann die Signalübergabe auch (mechanisch) berührungslos, beispielsweise durch Induktion, durch Strahlung (hochfrequente elektromagnetische Wellen, Licht, etc.), durch magnetische Kräfte oder ähnliche Mechanismen erfolgen.According to the invention, a filter device is provided for filtering a fluid, in particular a motor vehicle, with a filter housing and a filter element to be coupled thereto, in which an electrical signal device for detecting the presence of a prescribed filter element is provided, which has at least one electrical signal transfer between the filter housing and the filter element , The at least one electrical signal transfer is in particular provided to transmit at least one electrical signal of a control device or a control device between the filter element and the filter housing and is designed with an at least partially circular conductor track. The at least electrical signal can be, for example, an electrical current, an alternating voltage, high-frequency signals or the detection of a system resistance which is detected by means of one of these signals. By way of example, the at least one electrical signal transfer may be contact elements which are in electrical contact with one another and may also be in mechanical contact, that is to say a system which is suitable for transferring or transmitting electrical signals (also to downstream components). In this case, the signal can also be transmitted (mechanically) without contact, for example by induction, by radiation (high-frequency electromagnetic waves, light, etc.), by magnetic forces or similar mechanisms.
Die zumindest abschnittsweise kreisförmige Leiterbahn stellt mit ihrer Länge und ihrer Ausdehnung eine vergleichsweise große Fläche bereit, mit der ein entsprechendes Kontaktelement, insbesondere eine zweite Kontaktfläche etwa in Gestalt eines Kontaktpins oder einer Kontaktfahne, in besonders vorteilhafter Weise zusammenwirken kann. Mit der derartigen Erkennung des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements kann in besonders einfacher und insgesamt sehr kostengünstiger Weise die Betriebssicherheit und Funktionsfähigkeit von zugehörigen Systemen, insbesondere von zugehörigen Kraftstoffversorgungssystemen von Kraftfahrzeugen, verbessert werden. The at least partially circular conductor track, with its length and its extent, provides a comparatively large area with which a corresponding contact element, in particular a second contact area, for example in the form of a contact pin or a contact lug, can cooperate in a particularly advantageous manner. With such detection of the presence of a regulatory filter element, the operational safety and functionality of associated systems, in particular associated fuel supply systems of motor vehicles, can be improved in a particularly simple and overall very cost-effective manner.
Das Filterelement ist bevorzugt mittels einer Drehbewegung an dem Filtergehäuse anzukoppeln und die zumindest abschnittsweise kreisförmige Leiterbahn erstreckt sich vorzugsweise konzentrisch zur Drehbewegung bzw. konzentrisch zur Längsachse des Filterelements. Der Mittelpunkt der kreisförmigen Leiterbahn liegt dann also auf der Drehachse der Drehbewegung. Die kreisförmige Leiterbahn kann mit einer zweiten Kontaktfläche zusammenwirken. Diese liegt dann an der Leiterbahn an, wobei die Drehlage des die zweite Kontaktfläche tragenden Bauteils relativ zu dem die kreisförmige Leiterbahn tragenden Bauteil dann beliebig ist. Auf diese Weise kann eine Positionierung des Filterelements relativ zum Filtergehäuse einfacher gestaltet werden.The filter element is preferably to be coupled by means of a rotational movement to the filter housing and the at least partially circular conductor path preferably extends concentrically to the rotational movement or concentric to the longitudinal axis of the filter element. The center of the circular track is then on the axis of rotation of the rotary motion. The circular conductor can interact with a second contact surface. This is then applied to the conductor track, wherein the rotational position of the component carrying the second contact surface is then arbitrary relative to the component carrying the circular conductor track. In this way, a positioning of the filter element relative to the filter housing can be made simpler.
Die zumindest abschnittsweise kreisförmige Leiterbahn ist vorzugsweise an einer Stirnseite des Filterelements, insbesondere an einem Hauptfilterdeckel, oder alternativ an einer Stirnseite des Filtergehäuses, insbesondere an einem Filtergehäusedeckel, angeordnet. Die beispielsweise kreisförmige Leiterbahn umläuft dabei als zum Beispiel geschlossene Leiterbahn auf einem äußeren Umfang der Stirnseite des Hauptfilterdeckels den Hauptfilterdeckel. Die zumindest abschnittsweise kreisförmige Leiterbahn ist dort vorzugsweise galvanisch, mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (Physical Vapour Deposition, PVD, Sputtern) und/oder mittels chemischer Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) aufgebracht. Die Leiterbahn kann beispielsweise aus einem Metall oder aus einem leitfähigen Kunststoff ausgebildet sein. Beispielsweise besteht sie aus einer Kupfer- oder Aluminiumschicht, die bevorzugt durch eine Edelmetallschicht (Gold, Platin, etc.) oder durch eine Nickelschicht gegen Oxidation und Abrieb geschützt ist.The at least partially circular conductor track is preferably on one end face of the Filter element, in particular on a main filter cover, or alternatively on an end face of the filter housing, in particular on a filter housing cover arranged. The example, circular trace circulates as, for example, closed trace on an outer circumference of the end face of the main filter cover the main filter cover. The at least partially circular conductor track is preferably applied there galvanically, by means of physical vapor deposition (PVD, sputtering) and / or by means of chemical vapor deposition (CVD). The conductor can be formed for example of a metal or of a conductive plastic. For example, it consists of a copper or aluminum layer, which is preferably protected by a noble metal layer (gold, platinum, etc.) or by a nickel layer against oxidation and abrasion.
Bei der derartigen Gestaltung wirkt die erfindungsgemäß kreisförmige Leiterbahn vorzugsweise mit einem Kontaktpin bzw. einer Kontaktfahne kontaktierend zusammen. Der Kontaktpin ist dabei bevorzugt federnd gegen die den Kontakt herstellende Oberfläche der kreisförmigen Leiterbahn vorgespannt. In the case of such a configuration, the circular conductor track according to the invention preferably interacts with a contact pin or a contact lug in a contacting manner. The contact pin is preferably resiliently biased against the contact-making surface of the circular conductor track.
Alternativ oder zusätzlich zu einer berührenden Kontaktierung zwischen Filtergehäuse und Filterelement ist bevorzugt ferner die kreisförmige Leiterbahn mit einer Induktionsspule kontaktlos zusammenwirkend gestaltet. Eine solche kontaktlose elektrische Verbindung verringert die Gefahr von Übergangswiderständen, beispielsweise aufgrund von Kontaktkorrosion. As an alternative or in addition to a contacting contact between the filter housing and the filter element, the circular conductor track is preferably designed to cooperate with an induction coil in a contactless manner. Such a contactless electrical connection reduces the risk of contact resistance, for example due to contact corrosion.
Die elektrische Signaleinrichtung ist erfindungsgemäß bevorzugt ferner zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements mit einem Wassersensor zum Erkennen von in der Filtereinrichtung zurückgehaltenem Wasser zu einer elektrischen Baueinheit zusammengefasst. Bei dieser Weiterbildung sind also zumindest ein Teil der elektrischen Signaleinrichtung und ein Wassersensor zu einer elektrischen bzw. elektronischen Funktionseinheit kombiniert. Eine solche Kombination reduziert den technischen Aufwand, insbesondere in Bezug auf elektronische Bauelemente und Leitungsführung, senkt damit die Kosten und erhöht zugleich die Betriebssicherheit. The electrical signal device according to the invention is preferably further combined to detect the presence of a regulatory filter element with a water sensor for detecting retained in the filter device water to form an electrical unit. In this development, at least part of the electrical signal device and a water sensor are combined to form an electrical or electronic functional unit. Such a combination reduces the technical complexity, in particular in terms of electronic components and wiring, thus reducing the cost and at the same time increases the reliability.
Die elektrische Signaleinrichtung ist vorzugsweise zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements mit einer Heizeinrichtung zum Heizen von in der Filtereinrichtung zu filterndem Fluid zu einer elektrischen Baueinheit zusammengefasst. Mit der derartigen Integration einer Signaleinrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins eines vorschriftsmäßigen Filterelements mit einer elektrischen Heizeinrichtung kann sowohl der Herstellungsaufwand der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung verringert, als auch deren Betriebssicherheit erhöht werden. Die zu einer elektrischen Baueinheit zusammengefasste Funktionalität ist einfacher zu prüfen und auch zu warten. Besonders vorteilhaft ist bei der derartigen Integration, dass die Signaleinrichtung einen elektrischen Heizkreis bzw. eine elektrische Heizbahn der Heizeinrichtung mitbenutzen kann. Durch diese Doppelfunktion des Heizkreises wird es wirtschaftlich, dass der Heizkreis direkt am Filterelement angeordnet wird, und damit in jenem Bereich, an dem die Heizleistung am notwendigsten ist. Am Filterelement führt nämlich bei kalten Bedingungen eine Flockenbildung des zu filtrierenden Mediums gegebenenfalls zu dessen Verstopfung, was mit der erfindungsgemäßen Gestaltung besonders vorteilhaft vermieden werden kann. Darüber hinaus ist eine solche Heizbahn ein besonders robuster Leiter, so dass eine Schädigung und damit eine Fehlerkennung des zu signalisierenden Filterelements weitestgehend ausgeschlossen ist.The electrical signal device is preferably combined to detect the presence of a prescribed filter element with a heating device for heating fluid to be filtered in the filter device to form an electrical unit. With the integration of such a signal device for detecting the presence of a regulatory filter element with an electric heater both the production cost of the filter device according to the invention can be reduced, and their reliability can be increased. The combined functionality of an electrical unit is easier to check and maintain. It is particularly advantageous in the case of such integration that the signal device can share an electrical heating circuit or an electrical heating track of the heating device. Due to this dual function of the heating circuit, it becomes economical that the heating circuit is arranged directly on the filter element, and thus in that area in which the heating power is most necessary. In fact, in the case of cold conditions, flocculation of the medium to be filtered on the filter element leads to its blockage, which can be avoided particularly advantageously with the design according to the invention. In addition, such a heating track is a particularly robust conductor, so that damage and thus misrecognition of the filter element to be signaled is largely excluded.
Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise mindestens einen elektrischen Kontakt zwischen dem Filtergehäuse und dem Filterelement auf und die Signaleinrichtung ist bevorzugt dazu angepasst, den mindestens einen elektrischen Kontakt für eine Signalübertragung zwischen Filtergehäuse und Filterelement mitzubenutzen. Mit der derartigen Kontaktgestaltung zwischen Filtergehäuse und Filterelement ist eine weitere Möglichkeit geschaffen, um eine eindeutige Kennung den jeweiligen Typs Filterelement zu definieren. Diese Kennung ist insbesondere nochmals schwieriger zu imitieren oder zu umgehen. Damit wird es für Plagiatherstellung um so schwieriger, das Filterelement in unsachgemäßer Weise zu kopieren. Ferner können mit dieser Gestaltung auch Kontaktierungsschwierigkeiten sicher erkannt und dann bedarfsgerecht behoben werden. The heating device preferably has at least one electrical contact between the filter housing and the filter element and the signal device is preferably adapted to share the at least one electrical contact for signal transmission between the filter housing and the filter element. With such contact design between the filter housing and the filter element another possibility is created to define a unique identifier the respective type filter element. This identifier is even more difficult to imitate or bypass. This makes it all the more difficult for plagiarism to copy the filter element improperly. Furthermore, contacting difficulties can be reliably detected with this design and then corrected as needed.
Der mindestens eine elektrische Kontakt ist vorteilhaft mit einer kreisförmigen Leiterbahn gestaltet. Die kreisförmige Leiterbahn kann mit einer zweiten Kontaktfläche zusammenwirken. Diese liegt dann an der Leiterbahn an, wobei die Drehlage des die zweite Kontaktfläche tragenden Bauteils, z.B. des Filterelements, relativ zu dem die kreisförmige Leiterbahn tragenden Bauteil, z.B. dem Filtergehäuse, dann beliebig ist. Auf diese Weise kann eine Positionierung des Filterelements relativ zum Filtergehäuse einfacher gestaltet werden. The at least one electrical contact is advantageously designed with a circular conductor track. The circular conductor can interact with a second contact surface. This is then applied to the conductor track, wherein the rotational position of the second contact surface bearing member, e.g. of the filter element, relative to the component carrying the circular track, e.g. the filter housing, then arbitrary. In this way, a positioning of the filter element relative to the filter housing can be made simpler.
Die elektrische Signaleinrichtung ist bevorzugt als Schaltung mit einem bestimmten Widerstand gestaltet. Der elektrische Widerstand ist ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um einen bestimmten elektrischen Strom durch einen elektrischen Leiter (Widerstand) fließen zu lassen. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Schaltung um einen Leiterkreis mit geringem Widerstand, der bei Fehlen oder Einsetzen des falschen Filterelements unterbrochen ist. Der Widerstand der Schaltung kann dabei ermittelt und die Filtereinrichtung in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Ermittlung gesteuert, beispielsweise außer Betrieb gesetzt, werden. Ferner kann auch eine Information an das Fahrzeug oder an dessen Nutzer übermittelt werden.The electrical signal device is preferably designed as a circuit with a certain resistance. The electrical resistance is a measure of what electrical voltage is required to allow a certain electrical current to flow through an electrical conductor (resistor). Particular preference is the Circuit around a conductor circuit with low resistance, which is interrupted in the absence or insertion of the wrong filter element. The resistance of the circuit can be determined and the filter device controlled in dependence on the result of the determination, for example, put out of service, be. Furthermore, information can also be transmitted to the vehicle or to its user.
Der bestimmte Widerstand ist vorzugsweise von einem elektrischen Leitwiderstand eines am Filterelement vorgesehenen Filtermediums, also von einem elektrischen Widerstand eines von dem Filtermedium gebildeten Leitungsabschnitts, zumindest mitbestimmt. Der Begriff Leitwiderstand wird im Kontext dieser Anmeldung synonym zum Begriff elektrischer Widerstand verwendet. Für die derartige Gestaltung wird an dem erfindungsgemäßen Filterelement ein Filtermedium, wie insbesondere eine Filterpapier bzw. eine Filtermembran, verwendet, die elektrisch leitend gestaltet ist. Diese Leitfähigkeit des Filtermediums kann vorteilhaft mittels einer Beimischung von elektrisch leitenden Partikeln in das Material des Filtermediums hergestellt sein. Der von dem Leitwiderstand des Filtermediums mitbestimmte Widerstand ermöglicht einen direkten Rückschluss auf die Art und Beschaffenheit des verwendeten FiltermediumsThe specific resistance is preferably at least partially determined by an electrical conduction resistance of a filter medium provided on the filter element, that is to say by an electrical resistance of a line section formed by the filter medium. The term conductance is used in the context of this application synonymous with the term electrical resistance. For the design of this type, a filter medium, in particular a filter paper or a filter membrane, which is designed to be electrically conductive, is used on the filter element according to the invention. This conductivity of the filter medium can be advantageously produced by means of an admixture of electrically conductive particles in the material of the filter medium. The co-determined by the resistance of the filter medium resistance allows a direct inference to the nature and condition of the filter medium used
Da eine Heizeinrichtung in einer Filtervorrichtung üblicherweise eine Leistung von ca. 100 W bis ca. 1000 W bereitstellen muss und in Kraftfahrzeugen üblicherweise eine Batteriespannung von 12 V anliegt ergibt sich für den elektrischen Widerstand einer Filterheizung gemäß der Formel R = U·U/P (mit R = Widerstand, U = Spannung, P = Leistung) ein Wert zwischen 0,14 Ohm und 1,4 Ohm. Es soll an Hand einer Messung des Widerstands des Gesamtsystems (Heizung und Hauptfilter bzw. Filterelement bzw. Filtermedium) vorteilhaft einfach festgestellt werden, ob ein Filterelement bzw. ein Hauptfilter vorhanden ist und wenn ja, ob es sich um das richtige Filterelement bzw. Filtermedium bzw. um den richtigen Hauptfilter handelt. Eine derartige Detektion kann in einer Reihenschaltung (Heizung und Hauptfilter bzw. Filtermedium bzw. Filterelement „hintereinander“) oder in einer Parallelschaltung (Heinzung und Filterelement in „paraller“ Anordnung) bewirkt werden. Um eine zuverlässige Erkennung zu gewährleisten sollte die Widerstandsänderung durch die Hinzunahme des korrekten Filterelements nicht zu stark ausgeprägt sein. In einer Reihenschaltung wird dabei eine Erhöhung des Gesamtwiderstandes, in einer Parallelschaltung eine Verringerung des Gesamtwiderstandes bewirkt.Since a heating device usually has to provide a power of approximately 100 W to approximately 1000 W in a filter device and a battery voltage of 12 V is usually applied in motor vehicles, the following results for the electrical resistance of a filter heater according to the formula R = U * U / P (FIG. with R = resistance, U = voltage, P = power) a value between 0.14 ohms and 1.4 ohms. Based on a measurement of the resistance of the entire system (heating and main filter or filter element or filter medium), it should be advantageously determined simply whether a filter element or a main filter is present and, if so, whether it is the correct filter element or filter medium or is the right main filter. Such a detection can be effected in a series connection (heating and main filter or filter medium or filter element "one behind the other") or in a parallel connection (heating and filter element in "parallel" arrangement). In order to ensure reliable detection, the resistance change should not be too pronounced due to the addition of the correct filter element. In a series connection thereby an increase of the total resistance, in a parallel circuit causes a reduction of the total resistance.
Beispielsweise kann der Gesamtwiderstand bei einer Reihenschaltung im Bereich zwischen 101% und 10000% des Heizungswiderstands liegen, Bevorzugt liegt er in einem Bereich von 105% und 1000% des Heizungswiderstands. Bei einer Anordnung in einer Parallelschaltung kann der Gesamtwiderstands beispielsweise im Bereich von 1% bis zu 99% des Heizungswiderstandes liegen, bevorzugt zwischen 10% und 50% des Heizungswiderstandes.For example, the total resistance in a series connection can be in the range between 101% and 10000% of the heater resistance. It is preferably in the range of 105% and 1000% of the heater resistance. In the case of an arrangement in a parallel connection, the total resistance can be, for example, in the range from 1% to 99% of the heating resistance, preferably between 10% and 50% of the heating resistance.
Liegt beispielsweise eine Reihenschaltung aus Heizung und Filterelement vor, mit einem Heizungswiderstand von (zu Beispielszwecken) 1 Ohm), so sollte der Widerstand des Filterelements bzw. des von dem Filtermedium gebildeten Leitungsabschnitts im Gesamtsystem zwischen 0,01 Ohm (Gesamtwiderstand entspricht dann 101% des Heizungswiderstands) und 99 Ohm (Gesamtwiderstand beträgt dann 10000% des Heizungswiderstands) liegen, bevorzugt zwischen 0,05 Ohm und 9 Ohm. Ein nicht eingesetztes Filterelement in der Reihenschaltung wird durch einen unendlichen Widerstand in diesem Leitungszweig gekennzeichnet. Ist ein Filterelement montiert, so addiert sich dessen Widerstandswert zu dem der Heizung. Eine Steuerungselektronik kann also erkennen, ob der hinzugefügte Widerstand dem eines ordnungsgemäßen Filterelements entspricht.For example, if there is a series connection of heater and filter element, with a heater resistance of (for example) 1 ohms), the resistance of the filter element or of the line section formed by the filter medium in the overall system should be between 0.01 ohms (total resistance then corresponds to 101% of Heater resistance) and 99 ohms (total resistance is then 10000% of the heater resistance), preferably between 0.05 ohms and 9 ohms. An unused filter element in the series connection is characterized by an infinite resistance in this line branch. If a filter element is mounted, its resistance adds to that of the heater. A control electronics can thus detect whether the added resistance corresponds to that of a proper filter element.
Liegt eine Parallelschaltung vor, also Heizung und Filterelement in paralleler elektrischer Anordnung, und weist die Heizung zu Besipielszwecken einen elektrischen Widerstand von 1 Ohm auf, so ergibt sich der Gesamtwiderstand der Schaltung zu R = R(Heizung)·R(Filterelement)/(R(Heizung) + R(Filterelement)). Um also einen Gesamtwiderstand im Bereich von 1% bis 99% des Heizungswiderstands zu beirken muss der Widerstand des Filterelements bzw. des von dem Filtermedium gebildeten Leitungsabschnitts zwischen 0,01 Ohm (Gesamtwiderstand beträgt 1% des Heizungswiderstandes) und 99 Ohm (Gesamtwiderstand beträgt 99% des Heizungswiderstandes) liegen.If there is a parallel connection, ie heater and filter element in a parallel electrical arrangement, and if the heater has an electrical resistance of 1 ohm for example, the total resistance of the circuit will be R = R (heater) · R (filter element) / (R (Heating) + R (filter element)). Thus, in order to effect a total resistance in the range of 1% to 99% of the heater resistance, the resistance of the filter element or of the line section formed by the filter medium must be between 0.01 ohms (total resistance is 1% of the heater resistance) and 99 ohms (total resistance is 99%). of the heating resistor).
Ebenso kann vorteilhaft auch ein separater Vorfilter einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen und in ähnlicher Weise in einer elektrischen Schaltung integriert sein.Likewise, advantageously, a separate pre-filter may also have a specific electrical resistance and be integrated in an electrical circuit in a similar manner.
Ein beispielsweise außerhalb der Filtereinrichtung angeordnetes Steuergerät kann so vorteilhaft sehr einfach durch einen Abgleich der Widerstandsmessung mit hinterlegten Soll-Daten erkennen, ob ein Filterelement in der Filtereinrichtung (korrekt) angeordnet ist und ob es sich bei dem Filterelement um das richtige Filterelement handelt. Eine Abweichung des Gesamtwiderstands von den Solldaten kann dann als Fehlermeldung an Ausgabeeinheiten (z.B. eine Kontrollleuchte) übermittelt werden. So wird vorteilhaft eine Verwechslung oder eine Fehlmontage des Filterelements entdeckbar und ein Schaden an stromabwärts der Filtereinrichtung angeordneter Komponenten vermieden.For example, a control unit arranged outside the filter device can advantageously detect very simply by adjusting the resistance measurement with stored desired data, if a filter element is arranged in the filter device (correctly) and if the filter element is the correct filter element. A deviation of the total resistance from the target data can then be transmitted as an error message to output units (for example a warning light). Thus, a confusion or a wrong assembly of the filter element can be discovered and damage to downstream of the filter device arranged components avoided.
Eine ähnliche Überlegung für die Höhe des elektrischen Widerstands ergibt sich für die beispielsweise auf dem Hauptfilterdeckel angeordnete kreisförmige Leiterbahn, selbst wenn keine Heizeinrichtung vorhanden ist. Generell ist es wichtig, dass die Höhe des elektrischen Widerstands derart bemessen ist, dass sich ohne großen Aufwand die Widerstandsänderung in einem Gesamtsystem bestimmen lässt, in welches der Hauptfilter bzw. das Filtermedium bzw. das Filterelement eingesetzt bzw. aus dem es entfernt wird. A similar consideration for the level of electrical resistance results for the arranged for example on the main filter cover circular trace, even if no heater is present. In general, it is important that the height of the electrical resistance is dimensioned such that the resistance change can be determined in a complete system in which the main filter or the filter medium or the filter element is inserted or removed.
So kann vorteilhaft auch der Verstopfungsgrad des Filtermediums mit erkannt werden. Bei höherem Verstopfungsgrad kann sich ein anderer Leitwiderstand für das Filtermedium ergeben. Thus, advantageously, the degree of clogging of the filter medium can be detected with. With a higher degree of clogging, another flow resistance may result for the filter medium.
Als elektrisch leitendes Filtermedium wird beispielsweise eine mit einer Metallschicht versehene bzw. beschichtete Filtermembran verwendet. Bei dem Metall kann es sich beispielsweise um Aluminium handeln. Der Oberflächenwiderstand der beschichteten Filtermembran bzw. der Beschichtung beträgt bevorzugt weniger als 1000 Ohm pro Quadratmeter. Alternativ wird ein mit Kohlenstofffasern versehenes Filtermedium verwendet, vorzugsweise mit 5% bis 10% Kohlefasern, das insbesondere einlagig gestaltet und mit einem Phenolharz imprägniert ist. Ferner kann auch Graphitpulver verwendet werden, um ein Filtermedium damit zu versetzen und auf diese Weise definiert leitfähig zu machen. As an electrically conductive filter medium, for example, provided with a metal layer or coated filter membrane is used. The metal may be, for example, aluminum. The surface resistance of the coated filter membrane or of the coating is preferably less than 1000 ohms per square meter. Alternatively, a carbon fiber-equipped filter medium is used, preferably with 5% to 10% carbon fibers, which is particularly designed as a single layer and impregnated with a phenolic resin. Further, graphite powder can also be used to impart a filter medium therewith and thus make it conductive in a defined manner.
Die Signaleinrichtung ist vorzugsweise auch als Schaltung mit einer bestimmten Konduktivität und/oder mit einer bestimmten Induktivität gestaltet. Die Konduktivität bzw. elektrische Leitfähigkeit ist eine physikalische Größe, die die Fähigkeit eines Stoffes angibt, elektrischen Strom zu leiten. Den Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit nennt man spezifischen Widerstand. Um eine hohe elektrische Leitfähigkeit am Filterelement zu erzielen, werden dort vorzugsweise Silberpartikel zugemischt. Indem Halbleiter-Bauelemente in der Schaltung verwandt werden, die auf verschiedene Faktoren, wie Temperatur oder Druck, reagieren, kann mittels solcher elektronischer Bauteile die Leitfähigkeit von verschiedenen Faktoren abhängig gemacht werden. Derartige Halbleiter-Bauelemente können beispielsweise in der Schaltung angeordnete Siliziumdioden oder NTC-Widerstände sein,. Diese Faktoren können dann ebenfalls ermittelt und die erfindungsgemäße Filtereinrichtung kann entsprechend gesteuert werden. Die Induktivität, auch Eigeninduktivität, Selbstinduktivität oder Selbstinduktion genannt, ist eine elektrische Eigenschaft eines stromdurchflossenen Leiters oder anderen Bauteils. Der stromdurchflossene Leiter oder das Bauteil induziert, aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes und damit des magnetischen Feldes, eine Gegenspannung (Elektromotorische Kraft). Die Gegenspannung wirkt der Stromänderung entgegen. Dabei kann vorteilhaft eine Wirkung von Eigeninduktivität z. B. eine Selbstinduktionsspannung entlang einer Leiterschleife, wenn sich der durchfließende Strom im felderregten Leiter ändert, genutzt werden, um Filterelemente eindeutig erkennbar zu machen. Insbesondere können Zweipole und elektrische Verbraucher, wie Heizer oder Drucksensoren am Filterelement, erkannt werden, indem ein sie durchfließender, zeitlich veränderlicher Strom über deren Klemmen eine zur Änderungsgeschwindigkeit proportionale Spannung hervorruft. The signaling device is preferably designed as a circuit with a specific conductivity and / or with a specific inductance. Conductivity is a physical quantity that indicates the ability of a substance to conduct electrical current. The reciprocal of electrical conductivity is called resistivity. In order to achieve a high electrical conductivity at the filter element, silver particles are preferably mixed there. By using semiconductor devices in the circuit which respond to various factors, such as temperature or pressure, the conductivity can be made dependent on various factors by means of such electronic components. Such semiconductor devices may be, for example, silicon diodes or NTC resistors arranged in the circuit. These factors can then also be determined and the filter device according to the invention can be controlled accordingly. The inductance, also called self-inductance, self-inductance or self-induction, is an electrical property of a current-carrying conductor or other component. The current-carrying conductor or the component induces, due to a change in the electric current and thus the magnetic field, a counter-voltage (electromotive force). The counter voltage counteracts the current change. In this case, an effect of self-inductance z. Example, a self-induction voltage along a conductor loop, when the flowing current changes in the field-guided conductor, can be used to make filter elements clearly recognizable. In particular, two-pole and electrical consumers, such as heaters or pressure sensors on the filter element, can be detected by causing them through a flowing, time-varying current through the terminals of a voltage proportional to the rate of change.
Die Signaleinrichtung ist bevorzugt auch als Schaltung mit einer Schaltungslogik, also als eine eine Logik abbildende elektronische Schaltung, gestaltet. Eine derartige Schaltungslogik vergrößert die Möglichkeiten einer Kennung von Filterelementen an einem Filtergehäuse über die oben genannte, vergleichsweise einfachen und damit kostengünstigen Möglichkeiten hinaus. Die Schaltungslogik ist vorzugsweise teilweise an dem Filtergehäuse und teilweise an dem zugehörigen Filterelement ausgebildet, so dass sich bei Vorhandensein eines ordnungsgemäßen Filterelements ein Zusammenspiel dieser Teile der Schaltungslogik ergibt.The signaling device is preferably also designed as a circuit with a circuit logic, that is, as a logic mapping electronic circuit. Such a circuit logic increases the possibilities of identification of filter elements on a filter housing over the above-mentioned, relatively simple and thus cost-effective ways beyond. The circuit logic is preferably formed partially on the filter housing and partially on the associated filter element, so that in the presence of a proper filter element results in an interaction of these parts of the circuit logic.
So kann beispielsweise am wechselbaren Hauptfilter bzw. Hauptfilterelement eine Schaltung mit z.B. einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einem ROM-Speicher und/oder passiven Bauelementen angeordnet sein. Ein z.B. außerhalb der Filtereinrichtung angeordnetes Steuergerät kann somit – neben der Detektion von Widerstandsänderungen durch das Einsetzen des (korrekten) Filterelements – über das Zusammenwirken mit dieser Schaltung erkennen, ob das Filterelement angebracht ist, ob es sich um das korrekte Filterelement handelt und z.B. auch, zu Wartungszwecken, wie lange das Filterelement schon in der Filtereinrichtung verbaut ist.For example, at the main switchable filter element, a circuit with e.g. a user-specific integrated circuit (ASIC), a ROM memory and / or passive components. An e.g. Thus, in addition to the detection of resistance changes by inserting the (correct) filter element, through the cooperation with this circuit, the control device located outside the filter device can detect whether the filter element is mounted, whether it is the correct filter element and e.g. also, for maintenance purposes, how long the filter element is already installed in the filter device.
Mit einem Ankoppeln des Filterelements an das Filtergehäuse sind gemäß den oben genannten Erläuterungen vorteilhaft zugleich ein Schaltkreis der Heizeinrichtung und ein Schaltkreis der Signaleinrichtung geschlossen. With a coupling of the filter element to the filter housing are advantageously closed according to the above explanations at the same time a circuit of the heater and a circuit of the signaling device.
Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist ferner vorteilhaft eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Filtereinrichtung in Abhängigkeit des von der Signaleinrichtung ermittelten Signals vorgesehen. Diese Steuereinrichtung kann insbesondere vorteilhaft ein fehlendes, falsches oder fehlerhaftes Filterelement anzeigen und gegebenenfalls die Filtereinrichtung insgesamt außer Betrieb setzen. In the case of the filter device according to the invention, a control device is furthermore advantageously provided for controlling the operation of the filter device as a function of the signal determined by the signal device. In particular, this control device can advantageously indicate a missing, incorrect or faulty filter element and, if appropriate, put the filter device out of operation altogether.
Die Erfindung umfasst ferner auch ein Filterelement für eine solche erfindungsgemäße Filtereinrichtung, bei dem die zumindest abschnittsweise kreisförmige Leiterbahn für die mindestens eine elektrische Signalübergabe an dem Filterelement angeordnet ist.The invention further comprises a filter element for such a filter device according to the invention, in which the at least partially circular conductor track for the at least one electrical signal transfer is arranged on the filter element.
Schließlich betrifft die Erfindung auch speziell eine Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Filtereinrichtung an einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Finally, the invention also relates specifically to a use of such a filter device according to the invention on a fuel supply device of a motor vehicle.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: An exemplary embodiment of the solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to the attached schematic drawings. It shows:
In
Im Innern des Gehäusebechers
An der oberen äußeren Dichtung
Der Vorfilter
In der flächigen Gestalt der Mantelfläche
Zwischen derartig im Stützelement
Die Vorfilterflächen
Im Zentrum der Hauptfilterpatrone
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Die Leiterbahnen
Die Heizbahn
Die Heizbahn
Dieser stromleitende Weg
Die Steuereinrichtung
In den
An diesem einteiligen Filterelement
Die zugehörige Heizbahn
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vorfilterflächen
Beispielsweise kann der Vorfilter wenigstens bereichsweise aus elektrisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet sein, z.B. aus PA66 mit einer Beimischung von Kohlenstofffasern, Leitruß, Graphit, Metallpartikeln oder ähnlichem elektrisch leitfähigem Material.For example, the prefilter may be formed at least partially from electrically conductive plastic, e.g. made of PA66 with an admixture of carbon fibers, carbon black, graphite, metal particles or similar electrically conductive material.
Entsprechend ist es mit der wiederum an den Kontaktfahnen
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