DE10215925A1

DE10215925A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE10215925A1
Application number: DE2002115925
Authority: DE
Inventors: Andreas Graefenstein
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere mit einem Druckaufnehmer (6) in oder an einem Luftfilter (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Messmembran (12, 12a), welche von dem druckbeaufschlagten Messmedium auslenkbar ist und mit einer Sensorschaltung (13, 14), mit der ein von der Membranauslenkung abhängiges Ausgangssignal (Ua) erfassbar ist. Die Sensorschaltung (13, 14) besteht aus einer Signalisierungsvorrichtung, vorzugsweise mit optischen Signalisierungsmittel (13, 14), die ein derart digitales Ausgangssignal (Ua) erzeugt, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes der Auslenkung der Messmembran (12, 12a) ein vorgegebener Pegel des Ausgangssignals (Ua) erzeugbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere für einen Druckaufnehmer mit einer Messmembran, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Beispielsweise werden solche Druckaufnehmer in Kraftfahrzeugen eingesetzt, unter anderem auch für die Überwachung des Differenzdrucks in Luftfilterpatronen um den Beladungszustand des Filterelements mit ausgefilterten Partikeln zu detektieren. Zur absoluten und relativen Differenzdruckmessung kommen z. B. üblicherweise resistive oder piezoresistive Messbrücken zur Anwendung, die auf den Trägermaterialien bei gleichzeitiger Membranfunktion appliziert werden. Daneben werden auch rein mechanisch arbeitende Drucksensoren angewendet, wie beispielsweise sog. Ovalrohrmanometer.

Eine eingangs erwähnte Luftfilterwartungsanzeige muss den Druckdifferenzbereich von ca. 10 mBar bis 15 mBar abdecken und benötigt daher ein entsprechend empfindliches Bauteil. Die Kosten derartig hoch auflösender piezoresistiver oder resistiver Bauteile sind jedoch je nach geforderter Genauigkeit gegebenenfalls so hoch, dass eine wirtschaftliche Umsetzung einer Wartungsanzeige für Luftfilter mit derartigen Bauteilen nicht realisierbar ist.

Beispielsweise ist aus der DE 196 03 674 A1 ein Drucksensor bekannt, bei dem die Signalerfassung mittels einer solchen resistiven Druckmesszelle erfolgt. An der dem Messmedium abgewandten Seite auf einer Messmembran des Drucksensors ist eine Widerstandsmessbrücke angeordnet. Bewegungen der Messmembran aufgrund von Druckänderungen des Messmediums führen hierbei zu Stauchungen oder Streckungen der Widerstandsbahnen und damit zu den Widerstandsänderungen in den jeweiligen Widerständen. Die Ausnutzung dieser Widerstandsänderung und die Signalverstärkung erfolgt mit einer elektronischen Auswerteschaltung.

Für sich gesehen ist auch noch aus der DE 693 16 082 T2 bekannt, dass bei einem Kraftmesswandler eine optische Erfassungsanordnung an einem auslenkbaren kraftaufnehmenden Element angeordnet ist. Hierbei handelt es sich jedoch um einen optischen Abtastresonator, dessen veränderbare Wellenlänge zur analogen Erfassung der Membranauslenkung ausgewertet wird.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung, insbesondere für einen Druckaufnehmer mit einer Messmembran, so fortzubilden, dass ein einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art mit einer Messmembran, welche von dem druckbeaufschlagten Messmedium auslenkbar ist, und mit einer Sensorschaltung, mit der ein von der Membranauslenkung abhängiges Ausgangssignal erzeugbar ist, ist in der erfindungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs dadurch vorteilhaft, dass die Sensorschaltung aus einer Signalvorrichtung besteht, die ein derart digitales Ausgangssignal erzeugt, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes der Auslenkung der Messmembran ein vorgegebener Pegel des Ausgangssignal einfach erzeugbar ist.

Bevorzugt enthält dabei die Signalisierungsvorrichtung ein optisches Signalisierungsmittel, welches insbesondere als Lichtschranke ausgeführt ist. Die Lichtschranke kann dabei in vorteilhafter Weise aus einer lichtemittierenden Diode und einem lichtempfindlichen Transistor bestehen und auf der Messmembran ist ein Reflektionsmittel angebracht, welches bei der vorgegebenen Auslenkung der Messmembran zu einer Reflektion des Lichts der lichtemittierenden Diode zum lichtempfindlichen Transistor führt und dann mit dem Transistor ein entsprechendes Schaltsignal erzeugbar ist.

Die Erfindung nutzt in einfacher Weise die bei der Druckbeaufschlagung sich ergebende Membranauslenkung und ermöglicht, dass diese Wegauslenkung optisch erfasst und ausgewertet werden kann. Im Unterschied zu den Anordnungen nach dem Stand der Technik wird somit kein physikalisches analoges Drucksignal erzeugt, sondern es liegt ein digitales Ausgangssignal vor, das auf einfache Weise auf einen Schwellwert einstellbar ist, z. B. 10 mBar. Die erfindungsgemäße Anordnung ist mit kostengünstigen Bauteilen ohne Verschleißteile realisierbar und gestattet trotzdem eine hohe Empfindlichkeit bei der Auswertung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Signalisierungsschaltung ein Zeitglied, mit dem das Ausgangssignal erst nach Überschreiten einer vorgegebenen Zeitspanne erzeugt wird, so dass diese Signalisierungsschaltung zur Überwachung des Differenzdrucks in Luftfilterpatronen eines Kraftfahrzeuges vorteilhaft einsetzbar ist um den Beladungszustand des Filterelements zu detektieren und eine Wartungsintervallüberwachung zu gewährleisten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung wird anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Druckaufnehmers für die Überwachung eines Luftfilters in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer Messmembran des Druckaufnehmers mit einer Lichtschranke als Signalisierungsmittel und

Fig. 3 ein elektrisches Schaltungsbeispiel einer solchen Lichtschranke.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Luftfilter 1 mit einem eingelegten Luftfilterelement 2 gezeigt, bei dem ein zu filternder Luftstrom für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges gemäß Pfeil 3 strömt. Eine Druckdifferenz zwischen der Rohluftseite 4 mit P₁ und der Reinluftseite 5 mit P₂ gibt hier Aufschluss über den Beladungszustand des Filterelementes 1 mit Schmutzpartikeln.

Übersteigt die Druckdifferenz zwischen P₁ und P₂ für einen vorgegebenen Zeitraum, z. B. 10 Minuten, einen vorgegebenen Wert, z. B. 10 mBar, so ist das Filterelement 2 gesättigt und sollte gewechselt werden. Der Zeitraum von z. B. 10 Minuten kann mit einem hier nicht dargestellten elektronischen Zeitglied in die Überwachung mit einbezogen werden.

Ein in Fig. 2 noch detaillierter gezeigter Druckaufnehmer 6 wird hier mit den beiden Druckwerten P₁ und P₂ über Schläuche 7 und 8 beaufschlagt. Beim Druckaufnehmer 6 werden zwei Volumenkammern 10 und 11 durch eine mittige Messmembran 12 luftdicht voneinander getrennt, wobei eine durch eine Druckdifferenz zwischen P₁ und P₂ ausgelenkte Messmembran mit 12a gekennzeichnet ist. Der Druckaufnehmer 6 kann dabei auch in einem Gehäuse des Luftfilters 1 integriert aufgebaut sein um Fertigungs- und Montagekosten einzusparen.

Im Druckaufnehmer 6 erfolgt die Auswertung der Druckdifferenz zwischen P₁ und P₂ über eine Reflektionslichtschranke 13, die die Auslenkung der Messmembran 12 bzw. 12a als Signalisierungsvorrichtung auswertet. Gemäß des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels nach der Fig. 2 ist mittig auf der Messmembran 12, 12a eine reflektierende Platte oder ein Stift 14 angebracht, der entweder den Lichtstrahl in der Lichtschranke 13 bei der Lage der Messmembran 12 unterbricht oder bei der Auslenkung in der Lage 12a über eine Reflexion zu einer Signalisierung führt.

Die erforderliche Auslenkung der Messmembran 12, 12a wird durch die geforderte Empfindlichkeit und der Elastizität der Messmembran 12, 12a bestimmt; bei einer kleinen Druckauflösung muss daher die Membranfläche entsprechend groß gewählt werden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Lichtschranke 13 ist anhand des elektrischen Schaltbildes nach Fig. 3 gezeigt. Zur Erzeugung eines Lichtstrahls ist eine lichtemittierende Diode D1 mit einem Vorschaltwiderstand R1 vorhanden. Zum Empfang des Lichtstrahls ist ein lichtempfindlicher Transistor T1 angeordnet, bei dem an einem Kollektorwiderstand R2 das Ausgangssignal Ua der so gebildeten Signalisierungsvorrichtung abgenommen werden kann.

Claims

1. Sensoranordnung, insbesondere mit einem Druckaufnehmer (6), mit
einer Messmembran (12, 12a), welche von dem druckbeaufschlagten Messmedium auslenkbar ist und mit
einer Sensorschaltung (13, 14), mit der ein von der Membranauslenkung abhängiges Ausgangssignal (Ua) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorschaltung (13, 14) aus einer Signalisierungsvorrichtung besteht, die ein derart digitales Ausgangssignal (Ua) erzeugt, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes der Auslenkung der Messmembran (12, 12a) ein vorgegebener Pegel des Ausgangssignal (Ua) erzeugbar ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungsvorrichtung optische Signalisierungsmittel (13, 14) enthält.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optisches Signalisierungsmittel (13, 14) eine Lichtschranke (D1, T1) enthält.

4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke aus einer lichtemittierenden Diode (D1) und einem lichtempfindlichen Transistor (T1) besteht, wobei auf der Messmembran (12, 12a) ein Reflektionsmittel (14) angebracht ist, welches bei der vorgegebenen Auslenkung der Messmembran (12a) zu einer Reflektion des Lichts der lichtemittierenden Diode (D1) zum lichtempfindlichen Transistor (T1) führt und mit dem Transistor (T1) ein entsprechendes Schaltsignal (Ua) als Ausgangssignal erzeugbar ist.

5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungsvorrichtung (13, 14) ein Zeitglied enthält, mit dem das Ausgangssignal (Ua) erst nach Überschreiten einer vorgegebenen Zeit oder an einer festgelegten Sensorsignaltastrate erzeugt wird.

6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalisierungsvorrichtung (13, 14) zur Überwachung des Differenzdrucks (P₁, P₂) in Luftfiltern (1) eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist um den Beladungszustand des Filterelements (2) zu detektieren.