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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Klima- und/oder Belüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Sensor und einer Steuereinheit, wobei durch den Sensor jeweils zumindest eine Messgröße erfassbar ist, die durch die Steuereinheit auswertbar ist.
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Stand der Technik
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Für die Regelung der Belüftung und Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie die Regelung der Kältemittelkreisläufe und Heizkreisläufe werden verschiedenen Messgrößen, wie beispielsweise Drücke oder Fluidtemperaturen erfasst. Hierzu zählen beispielsweise die Luflaustritttemperaturen im Innenraum, die Fluidtemperatur nach dem Verdampfer oder andere Innenraumtemperaturen. Auf Grundlagen dieser Messgrößen werden Stellgrößen ermittelt, die an die Klima- und Belüftungsanlagen gesendet werden, um einen vorgegebenen Zielwert zu erreichen. Hierzu können beispielsweise Klappen in der Klimaanlage verstellt werden oder die geförderte Luftmenge beeinflusst werden.
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Um diese Messgrößen zu erfassen, werden bei Lösungen aus dem Stand der Technik Sensoren verwendet, welche über eine Verkabelung an ein oder mehrere Steuergeräte angebunden sind. Dabei wird sowohl die Weiterleitung von Messgrößen als auch die eventuell notwendige Energieversorgung durch entsprechende Verkabelungen realisiert.
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Nachteilig an den Lösungen aus dem Stand der Technik ist insbesondere, dass durch die Verkabelung der Sensoren ein hoher Montageaufwand zu betreiben ist. Auch werden die verwendeten Kabelbäume mit zunehmender Sensoranzahl immer komplexer, was sie teurer macht. Mit jeder physischen Schnittstelle die sich zwischen einem Steuergerät und einem Sensor ergibt, steigt zudem die Kurzschlussanfälligkeit des Gesamtsystems.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoranordnung für eine Klima- und Belüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, welche sowohl die Energieversorgung als auch die Übertragung der Messgrößen der Sensoren drahtlos realisiert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine Klima- und/oder Belüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Sensor und einer Steuereinheit, wobei durch den Sensor jeweils zumindest eine Messgröße erfassbar ist, die durch die Steuereinheit auswertbar ist, wobei die Messgröße kabellos zwischen dem Sensor und der Steuereinheit übertragbar ist und der Sensor eine von der Steuereinheit unabhängige Energieversorgung aufweist.
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Eine kabellose Übertragung zwischen dem Sensor und der Steuereinheit ist insbesondere vorteilhaft, da keine Anschlüsse, wie beispielsweise Steckkontakte, am Sensor oder am Steuergerät vorgesehen werden müssen. Dies reduziert einerseits die Kurzschlussanfälligkeit und andererseits die Komplexität des verwendeten Kabelbaumes. Weiterhin können sowohl der Sensor als auch die Steuereinheit einfacher und bauraumsparender gestaltet werden, da kein Bauraum für einen Stecker oder für eine Aufnahme für einen Stecker vorgesehen werden muss.
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Mit einer von der Steuereinheit unabhängigen Energieversorgung des Sensors ist insbesondere eine Energieversorgung gemeint, die nicht über ein Kabel an der Steuereinheit angebunden ist.
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Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Energieversorgung des Sensors durch eine Batterie und/oder durch Induktion und/oder durch RFID und/oder durch einen thermoelektrischen Effekt und/oder durch einen Piezo-Effekt und/oder durch eine Energie-Harvesting Methode erreicht wird.
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Eine Batterie kann dabei vorteilhafterweise direkt im oder am Gehäuse des Sensors angeordnet sein. Alternativ kann der Sensor über ein Verfahren wie RFID oder induktiv von außen mit Energie versorgt werden. Beim RFID-Verfahren wird dem Sensor Energie über magnetische Wechselfelder oder über hochfrequente Radiowellen zugeführt. Alternativ kann der Sensor auch über die Ausnutzung eines thermoelektrischen Effekts, wie beispielsweise dem Peltier-Effekt, mit Energie versorgt werden. Auch können drucksensible Elemente, wie Piezo-Aktuatoren vorgesehen werden um durch Energie-Harvesting den Sensor mit Energie zu versorgen. Energie-Harvesting beschreibt dabei die Gewinnung verhältnismäßig kleiner Mengen von Energie aus Quellen wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, aus Vibrationen oder aus Luftströmungen.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Messgröße durch WLAN und/oder durch RFID zwischen dem Sensor und der Steuereinheit übertragen werden.
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Ein von einem Datenkabel unabhängiger Übertragungsstandard wie beispielsweise WLAN oder RFID ist besonders vorteilhaft, da zur Datenübertragung keine Kabelverbindung zwischen dem Sensor und der Steuereinheit vorgesehen werden muss. RFID ist besonders vorteilhaft, da der Sensor gleichzeitig mit Energie versorgt werden kann. WLAN ist ein weithin bekannter Standard, für welchen eine Vielzahl von technischen Komponenten am Markt verfügbar ist. Außerdem ist eine Kommunikation zwischen Sensor und Steuereinheit in beide Richtungen möglich. Dies ist bei entsprechender Gestaltung des Sensors auch bei einer Kommunikationslösung basierend auf RFID möglich. Hierzu muss der Sensor sowohl eine Empfangseinheit als auch eine Sendeeinheit aufweisen. Vorteilhafterweise ist der Sensor selbst beim Gebrauch von RFID als Übertragungsstandard als passives Bauteil ausgelegt, welches jeweils auf die Signale der Steuereinheit reagiert.
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Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn die Steuereinheit durch das Steuergerät einer Klimaanlage gebildet ist.
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Eine Verwendung des Steuergerätes der Klimaanlage zur Ansteuerung und Auswertung der Sensoren ist besonders vorteilhaft, da dadurch eine besonders kompakte Baueinheit erreicht werden kann.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Sensor an einem Verdampfer einer Klimaanlage angeordnet ist, wobei die Messeinheit des Sensors am kältesten Punkt des Verdampfers angeordnet ist.
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Insbesondere der kälteste Punkt eines Verdampfers erlaubt Rückschlüsse über die sich einstellende Temperatur der Luft, welche den Verdampfer umströmt. Aufgrund der kabellosen Gestaltung des Sensors kann der Sensor frei von Restriktionen infolge der Verkabelung im oder am Verdampfer positioniert werden. Damit kann der Sensor insbesondere in unterschiedlichen Ausführungen des Verdampfers an unterschiedlichen Stellen positioniert werden. Dies kann ohne großen Anpassungsaufwand erreicht werden, da die durch den zur Verfügung stehenden Kabelbaum gegebenen Möglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der räumlichen Positionierung, nicht beachtet werden müssen.
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Die Positionierung des Sensors direkt am Verdampfer zur Messung der Verdampfertemperatur ist insbesondere gegenüber einer Positionierung des Sensors im nachfolgenden Luftstrom vorteilhaft. Durch die Positionierung am Verdampfer kann direkt die Verdampfertemperatur ermittelt werden und es muss nicht von einer gemessenen Lufttemperatur auf die Verdampfertemperatur rückgeschlossen werden.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein Sensor innerhalb eines geschlossenen Fluidkreislaufs einer Klimaanlage angeordnet ist, wobei der Sensor unmittelbar eine Messgröße des im Kreislauf strömenden Fluids erfasst.
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Durch die kabellose Ausführung des Sensors kann der Sensor frei an und in der Klimaanlage positioniert werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Sensor direkt in eine Strömungsstrecke eines Fluids integriert wird.
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Eine solche Strömungsstrecke kann beispielsweise ein luftdurchströmter Kanal sein, oder eine mit einer Flüssigkeit durchströmte Leitung. Aufgrund der kabellosen Ausführung des Sensors kann der Sensor direkt in eine solche Strömungsstrecke integriert werden, ohne dass die Wandungen der Strömungsstrecke Öffnungen, Unterbrechungen oder Einschraubstellen zur Kabeldurchführung aufweisen müssen. Hierdurch wird eine zusätzlich Fehlerquelle für Undichtigkeiten ausgeschlossen.
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Durch die mögliche kompakte Gestaltung des Sensors infolge der nicht benötigten Energieversorgungsschnittstelle und der nicht vorhandenen Anbindung eines Kabelbaumes, erzeugt der Sensor auch einen deutlich geringeren Druckverlust in der jeweiligen Strömungsstrecke.
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Außerdem ist es zweckmäßig, wenn durch den Sensor eine Temperatur und/oder ein Druck und/oder eine Feuchte und/oder eine Fluidgeschwindigkeit eines Fluids oder eines Festkörpers erfassbar ist.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Sensor eine oder mehrere dieser Größen erfassen kann, da diese zu den standardmäßig erfassten Größen in oder an einer Klimaanlage gehören. Aus diesen Größen lässt sich auf vorteilhafte Weise der Regelungsbedarf zum Erreichen eines Zielzustandes ableiten. Ein Sensor, der eine Mehrzahl an Messgrößen erfassen kann ist besonders vorteilhaft, da zusätzlicher Bauraum eingespart werden kann und der Aufwand zur Integration der Sensoren reduziert werden kann.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Sensor eine Aufnahmevorrichtung aufweist. Mit einer Aufnahmevorrichtung ist insbesondere eine Anschlussstelle gemeint, in welche beispielsweise eine Halterung eingesteckt werden kann, um den Sensor innerhalb oder an der Klimaanlage zu positionieren. Insbesondere vorteilhaft ist eine Aufnahmevorrichtung, welche ein einfaches Einstecken der Halterung ermöglicht und vorzugsweise eine selbsttätige Sicherung aufweist. Hierzu können beispielsweise miteinander korrespondierende Rastnasen und Aussparungen an der Aufnahmevorrichtung und der Halterung vorgesehen sein.
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Alternativ kann der Sensor beispielsweise einen Teil einer Bajonett-Verbindung aufweisen, um in eine korrespondierende Aufnahme an oder in der Klimaanlage eingesteckt zu werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Messgrößen vorgesehen ist, wobei die Sensoren eine identische äußere Formgebung und/oder Dimensionierung aufweisen, welche unabhängig von der erfassten Messgröße ist.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Sensoren, welche jeweils zur Erfassung unterschiedlicher Größen ausgelegt sind, eine gemeinsame Form bzw. Dimensionierung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoren jeweils identische Gehäuse aufweisen. Dies macht die Positionierung der Sensoren einfacher, da die jeweilige Aufnahmevorrichtung in oder an der Klimaanlage ebenfalls einheitlich ausgebildet sein kann. Darüber hinaus senkt es den Stückpreis der einzelnen Sensoren, da das Gehäuse der Sensoren ein Gleichteil sein kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage mit einem an der Klimaanlage angeordneten Steuergerät, wobei im Inneren der Klimaanlage eine Strömungsstrecke mit einem Verdampfer ausgebildet ist, in welcher zumindest ein kabelloser Sensor angeordnet ist, und
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2 eine schematische Ansicht einer Strömungsstrecke, welche von einem Fluid durchströmt ist, wobei zumindest ein kabelloser Sensor im Inneren der Strömungsstrecke angeordnet ist.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Klimaanlage 1. Am oberen Endbereich der Klimaanlage 1 ist beispielhaft eine Steuereinheit 2 an der Klimaanlage 1 angeordnet. Die Klimaanlage 1 weist in ihrem Inneren eine Strömungsstrecke 3 auf. Diese Strömungsstrecke 3 wird entlang der Richtungspfeile 5 durchströmt. Durch die Strömungsstrecke 3 kann dabei beispielsweise Luft strömen. Innerhalb der Strömungstrecke 3 ist ein Verdampfer 4 angeordnet. Dieser Verdampfer 4 ist derart in der Strömungstrecke 3 angeordnet, dass er von dem Fluid, welches in Richtung der Richtungspfeile 5 durch die Strömungsstrecke 3 strömt, umströmt wird.
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Weiterhin sind in der Strömungsstrecke 3 die drei Sensoren 6, 7 und 8 angeordnet.
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Der erste Sensor 6 ist dabei an einer Außenfläche des Verdampfers 4 angeordnet. Er dient beispielsweise zur Messung der Temperatur direkt am Verdampfer 4. Dies hat im Vergleich zu einer Anordnung eines Sensors nur in der Nähe eines Verdampfers den Vorteil, dass direkt die Temperatur des Verdampfers erfasst wird und nicht nur die Temperatur des den Verdampfer umströmenden Fluids.
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Der zweite Sensor 7 ist an einer Innenfläche einer die Strömungsstrecke 3 begrenzenden Wandung angeordnet. Der dritte Sensor 8 ist auf einer Aufnahmevorrichtung in der Mitte der Strömungsstrecke 3 positioniert, so dass er allseitig von dem entlang der Strömungsstrecke 3 strömenden Fluid umströmt werden kann.
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Sowohl die Anzahl der Sensoren 6, 7 und 8 als auch deren Anordnung innerhalb der Strömungsstrecke ist lediglich beispielhaft. Ebenso ist der restliche Aufbau der Klimaanlage 1 beispielhaft. Neben einem Verdampfer 4, wie er in der Abbildung der 1 dargestellt ist, können auch weitere Wärmeübertrager innerhalb der Klimaanlage 1 angeordnet sein. Ebenso kann die Strömungsstrecke 3 alternativ ausgebildet sein. Die 1 ist lediglich eine schematische und beispielhafte Darstellung, um die Anordnung der Sensoren 6, 7 und 8 innerhalb einer Klimaanlage 1 darzustellen.
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Die 2 zeigt eine Detailansicht einer Strömungstrecke 20. Diese Strömungsstrecke 20 kann beispielsweise durch eine Rohrleitung oder einen anderweitigen Strömungskanal gebildet sein. Die Strömungsstrecke 20 wird dabei entlang der Richtungspfeile 24 von einem Fluid durchströmt. Im Inneren der Strömungsstrecke 20 ist ein erster Sensor 21 an einer der Innenflächen der die Strömungsstrecke 20 begrenzenden Wandung angeordnet. Der zweite Sensor 22 ist analog des Sensors 8 der 1 über eine Aufnahmevorrichtung 23 zentral in der Strömungsstrecke 20 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 23 fußt beispielsweise auf einer der Innenflächen der die Strömungsstrecke 20 begrenzenden Wandung und ermöglicht so eine freie Positionierung des Sensors 22 innerhalb der Strömungsstrecke 20.
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Die Sensoren 6, 7 und 8 sowie die Sensoren 21 und 22 sind in den 1 und 2 jeweils als blockartige Körper dargestellt. Diese Darstellung der Ausformung der Sensoren ist lediglich beispielhaft und dient zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
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Die Sensoren 6, 7, 8, 21 und 22 der 1 und 2 sind mit einer von der Steuereinheit 2 jeweils unabhängigen Energieversorgung verbunden. Die Sensoren stehen lediglich über eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit der Steuereinheit 2 in Verbindung.
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Die einzelnen Merkmale der vorausgegangenen Ausführungsbeispiele können jeweils miteinander kombiniert werden. Von den 1 und 2 geht keine beschränkende Wirkung aus. Die Darstellung der 1 und 2 ist beispielhaft und dient zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Insbesondere hinsichtlich der Anordnung der Abmessung sowie der Gestaltung der Sensoren sind anderweitige Ausführungsformen vorsehbar.
