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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Messeinrichtung mit elektrischen Leiterbahnen an der Wandung eines Fahrzeugbauteils nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2008 029 443 A1 ist es bekannt, eine Filterbahn für die Filtration von Fluiden wie beispielsweise Hydrauliköl mit einem elektrischen Leitermedium in Form von Metalldrähten zu versehen, um durch Bestromen der Metalldrähte eine Heizeinrichtung zu realisieren. Die Filterbahn weist eine Filterlage auf, bei der es sich um ein Kunststoffgewebe mit Kett- und Schussfäden handelt, wobei die Metalldrähte als zusätzliche Schussfäden eingewebt sind. Durch Bestromen der Metalldrähte wird die gewünschte Erwärmung erzielt.
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Darüber hinaus ist es aus der
DE 10 2008 029 443 A1 bekannt, die eingewebten Metalldrähte auch als Sensoreinrichtung zu verwenden, über die die Temperatur gemessen werden kann. Hierfür wird der elektrische Widerstand im Metalldraht ermittelt, welcher temperaturabhängig ist, so dass bei Kenntnis des Widerstandes auf die Temperatur geschlossen werden kann.
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Als weitere Funktion wird in der
DE 10 2008 029 443 A1 beschrieben, über die Metalldrähte einen elektrischen Kondensator zu bilden, indem die Drähte nicht durchgehend ausgeführt werden und Hydrauliköl als Dielektrikum zwischen den Drähten dient, wobei sich die Dielektrizitätszahl wasserabhängig ändert und auf diese Weise der Wassergehalt des Hydrauliköls festgestellt werden kann.
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Aus der
DE 10 2008 022 630 A1 ist eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Filterelement bekannt, das an der Außenseite einen Feuchtsensor in Form eines feuchtigkeitsabhängigen Widerstandes aufweist. Je nach herrschender Feuchtigkeit ändert sich der Widerstand, was über eine angeschlossene Elektronik detektiert werden kann. Der Widerstand ist als eigenständiges, separat ausgebildetes Bauteil auf die Oberseite des Filterelementes aufgebracht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Messeinrichtung an der Wandung eines Fahrzeugbauteils wie beispielsweise eines Filterelementes zur Messung einer Kenngröße des Fahrzeugbauteils anzugeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung einer Messeinrichtung bzw. eines Sensors, die bzw. der elektrische Leiterbahnen an der Wandung eines Fahrzeugbauteils aufweist. Die elektrischen Leiterbahnen können bestromt bzw. es kann eine Spannung an die Leiterbahnen angelegt werden, wobei über eine Auswerteeinrichtung eine elektrische Größe der Messeinrichtung ausgewertet werden kann, beispielsweise die Spannung, der Strom oder die Impedanz. Die elektrische Größe repräsentiert eine Kenngröße des Fahrzeugbauteils, so dass aus der elektrischen Größe auf die interessierende Kenngröße des Fahrzeugbauteils geschlossen werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen in Form eines flüssigen und elektrisch leitenden Mediums auf die Wandung des Fahrzeugbauteils aufgebracht werden, wobei das flüssige Leitermedium nach dem Austrocknen die gewünschten Leiterbahnen bildet. Die Leiterbahnen liegen somit im Ausgangszustand nicht als fester Körper vor, sondern als flüssiges Medium, das auf die Wandung des Fahrzeugbauteils aufgebracht wird. Das Aufbringen des flüssigen Mediums erfolgt in an sich bekannter Weise, insbesondere im Druckverfahren, beispielsweise im Siebdruck- oder Rollendruckverfahren. Möglich sind aber auch sonstige Aufbringungsverfahren, beispielsweise Aufspritzen, z. B. Zwei-Komponenten-Spritzguss, Tamponverfahren, Tintenstrahldrucken oder Tauchverfahren.
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Das Aufbringen des flüssigen Leitermediums hat den Vorteil, dass grundsätzlich beliebige Topografien bzw. Oberflächen der Wandung in einfacher Weise mit einer Leiterbahn versehen werden können. Es sind sowohl geradlinige als auch gekrümmte oder gebogene Leiterbahnen an der Oberfläche des Fahrzeugbauteils möglich. Die Leiterbahnen können auch flächig auf die Oberfläche aufgebracht werden.
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Als Leitmedium kommen grundsätzlich elektrisch leitende Flüssigkeiten in Betracht. Es kann beispielsweise ein Leitlack wie Leitsilber verwendet werden oder eine CNT-Farbe (Carbon-Nano-Tubes).
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Die Leiterbahnen werden auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht und befinden sich auch im fertig montierten Zustand üblicherweise an der Oberfläche. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, beispielsweise nach dem Aufbringen und Austrocknen des flüssigen Leitermediums auf eine Bauteiloberfläche eine weitere Lage auf die Oberfläche aufzubringen, so dass die Leiterbahn im endgültigen Zustand nicht mehr an der Oberfläche, sondern im Inneren des Bauteils verläuft. Diese Ausführung eignet sich beispielsweise für das Feststellen von Beschädigungen, da bei einem Aufreißen oder dem Entstehen eines Loches in der Wandung die Leiterbahnen unterbrochen werden, so dass kein Stromfluss mehr möglich ist.
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Die Leiterbahnen können sowohl durchgehend entlang der Oberfläche des Fahrzeugbauteils als auch nicht-durchgehend ausgebildet sein. In der durchgehenden Ausführung werden zweckmäßigerweise beide Enden einer Leiterbahn an eine Spannungsquelle angeschlossen, so dass ein Strom durch die Leiterbahn fließt und beispielsweise im Falle eines feuchtigkeitsabhängigen Widerstandes des Leitermediums über die Messung des Stroms auf die Feuchtigkeit geschlossen werden kann.
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Bei nicht-durchgehenden Leiterbahnen kann ein elektrischer Kondensator gebildet werden, wobei in diesem Fall die Leiterbahnen durch ein Dielektrikum separiert sind. Durch Messen der Kapazität des Kondensators kann beispielsweise der Beladungszustand, also der Verschmutzungsgrad eines Fahrzeugbauteils wie zum Beispiel eines Filterelementes ermittelt werden. Als Dielektrikum dient in diesem Fall die Wandung des Filterelementes, in dem die Leiterbahnen auf gegenüberliegenden Seiten der Wandung angeordnet werden. Bei einem zunehmenden Verschmutzungsgrad verändert sich das Dielektrikum und somit die messbare Kapazität, z. B. kann die Dielektrizitätszahl steigen oder sinken.
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In einer Ausführungsform kann auch die Kombination von Widerstand und Kapazität der Leiterbahnen herangezogen werden zur Messung der elektrischen, eine Kenngröße repräsentierenden Größe.
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Das Verfahren kann auf verschiedene Fahrzeugbauteile angewandt werden. In Betracht kommen Flüssigkeitsfilter wie Kraftstoff- oder Ölfilter und auch Gasfilter, beispielsweise Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine oder in einer Klimaeinrichtung zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. Bei Flüssigkeitsfiltern kann beispielsweise der Wassergehalt im Kraftstoff bzw. Öl ermittelt werden. Bei Gasfiltern kann, wie erwähnt, der Verschmutzungsgrad bestimmt werden.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten im Fahrzeug sind allgemein die Feuchtigkeitsbestimmung, was auch zur Bestimmung der Wasserstands- bzw. Flüssigkeitshöhe in Fahrzeugbauteilen eingesetzt werden kann, beispielsweise in Abscheidern wie Kurbelgehäuse, Entlüftungseinrichtungen.
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Bei der Messeinrichtung handelt es sich um einen Sensor mit elektrischen Leiterbahnen an der Wandung eines Fahrzeugbauteils wie zum Beispiel eines Filterelementes, wobei die Leiterbahnen zur Messung einer elektrischen, eine Kenngröße des Fahrzeugbauteils repräsentierenden Größe dienen, indem eine Spannung an die Leiterbahnen angelegt wird. Die Leiterbahnen sind als ein getrocknetes, elektrisch leitfähiges Leitermedium ausgeführt, das im flüssigen Zustand auf die Wandung aufgebracht worden ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung ein zylindrisches Filterelement mit mehreren, zwischen einer oberen und einer unteren Deckelscheibe verlaufenden elektrischen Leiterbahnen, die zur Herstellung im flüssigen, geschmolzenen, dispergierten und/oder emulgierten Zustand auf die Wandung des Filterelementes aufgebracht und anschließend getrocknet und/oder ausgehärtet werden,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrischen Leiterbahnen nicht durchgehend zwischen oberer und unterer Deckelscheibe ausgebildet sind.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein zylindrischer Filter 1 zur Verwendung in einem Fahrzeug dargestellt, beispielsweise als Kraftstofffilter. Der Filter 1 umfasst ein Filterelement 2 zwischen einer oberen Deckelscheibe 3 und einer unteren Deckelscheibe 4. Auf die Wandung 6 des Filterelementes 2 sind axial verlaufende elektrische Leiterbahnen 5 aufgebracht, die sich durchgehend zwischen den Deckelscheiben 3, 4 erstrecken. Vorgesehen ist eine Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Leiterbahnen 5, von denen gegebenenfalls mehrere über den gesamten Umfang des Filterelementes 2 verteilt sind. Jede Leiterbahn 5 ist im Bereich der Deckelscheiben 3, 4 elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden, wobei zusätzlich eine elektronische Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, um eine oder mehrere elektrische Größen auswerten zu können. Die Leiterbahnen 5 sind Bestandteil einer Messeinrichtung bzw. eines Sensors zur Ermittlung einer Kenngröße des Filters 1 wie zum Bespiel die Feuchtigkeit an der Außenseite des Filterelementes 2. Die Leiterbahnen 5 ändern feuchtigkeitsabhängig ihren elektrischen Widerstand, so dass je nach anliegender Feuchtigkeit ein unterschiedlicher Strom fließt, der gemessen werden kann und aus dem auf die Feuchtigkeit geschlossen werden kann.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß 2 handelt es sich um einen zylindrischen Filter zum Einsatz in einem Fahrzeug mit einem Filterelement 2 zwischen einer oberen Deckelscheibe 3 und einer unteren Deckelscheibe 4. Auf die Außenseite des Filterelementes 2 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Achsrichtung verlaufende Leiterbahnen 5 aufgebracht, bei denen es sich im Ausgangszustand um ein elektrisch leitendes, flüssiges Medium handelt, das auf die Wandung aufgebracht und anschließend getrocknet wird. Die Leiterbahnen 5 erstrecken sich jedoch nicht durchgehend zwischen oberer und unterer Deckelscheibe 3 bzw. 4, sondern sind nur mit jeweils einer der Scheiben 3, 4 verbunden. Jeweils zwei in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinander folgende Leiterbahnen 5 sind mit unterschiedlichen Deckelscheiben 3 bzw. 4 verbunden und im Bereich der Deckelscheiben mit einem elektrischen Anschluss verbunden. Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen.
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Die elektrischen Leiterbahnen 5 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität gemessen werden kann. Die Kapazität des Kondensators bildet hierbei eine repräsentative Größe für den Beladungs- bzw. Verschmutzungszustand des Filterelementes, wobei die Verschmutzung ein Dielektrikum bildet und somit die Kapazität mit zunehmender Verschmutzung ansteigt.
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Die Leiterbahnen 5 können sowohl auf der gleichen Seite der Filterwandung angeordnet sein, so wie dies in der linken Bildhälfte von 2 dargestellt ist, als auch auf unterschiedlichen Seiten der Wandung 6 des Filterelementes, so wie dies in der rechten Bildhälfte von 2 dargestellt ist. Bei einer Anordnung sowohl an der Innenseite als auch der Außenseite des Filterelementes verlaufen die Leitungsbahnen entweder unmittelbar aufeinander liegend und nur durch das Material des Filterelementes voneinander getrennt und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008029443 A1 [0002, 0003, 0004]
- DE 102008022630 A1 [0005]
