DE10245911A1

DE10245911A1 - Sensoranordnung für ein Filterelement

Info

Publication number: DE10245911A1
Application number: DE10245911A
Authority: DE
Inventors: Markus Beylich
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Filterelement mit einer Detektionseinrichtung (5, 6, 7) für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter. Die Detektionseinrichtung (5, 6, 7) enthält eine optische Übertragungsstrecke (1, 3, 4), die zumindest teilweise durch das Filterelement (2) hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird und deren Transmissions- und/oder Reflexionswerte von der Beschaffenheit des Filterelements (2) abhängen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Filterelement, insbesondere für die Belastungsüberwachung eines Filters für gasförmige Medien, z.B. ein Luftfilter in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der DE 100 60 669 A1 bekannt, dass zumindest ein Parameter für die Belastung bzw. Verstopfung eines Adsorptionsfilters erfasst wird, welcher charakteristisch für den Zustand eines solchen Filters ist. Weiterhin ist außerdem aus der DE 196 03 674 A1 ein Drucksensor bekannt, mit dem eine Belastung des Filters über den veränderten Differenzdruck zwischen der Anström- und der Abströmseite detektiert wird und bei dem die Signalerfassung mittels einer Druckmesszelle erfolgt.

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

Häufig ist es jedoch auch notwendig, dass in solchen Filtern für gasförmige Medien weitere auch temporäre Einflüsse wie Ansammlungen von Flüssigkeiten, z.B. sind dies bei Kraftfahrzeugen Wasseransammlungen durch die Gischt eines vorausfahrenden Fahrzeugs, detektiert werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine einfache Detektion einer Vielzahl von Einflussparametern auf die Wirkung eines Filters durchführbar ist.

Vorteile der Erfindung

Eine Sensoranordnung der eingangs beschriebenen Art für ein Filterelement mit einer Detektionseinrichtung für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Detektionseinrichtung eine optische Übertragungsstrecke enthält, die zumindest teilweise durch das Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird und deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte von der Beschaffenheit des Filterelements abhängen.

Das vorgeschlagene System arbeitet auf einfache Weise nach einem optischen Verfahren, bei dem die optisch relevanten und sich ändernden Eigenschaften des Filtermediums ausgenutzt werden. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug anwendbar; jedoch ist auch eine Auswertung einer besonders behandelten Stelle eines Filterpapiers oder an einer anderen Stelle im Gehäuse oder Zuleitungsbereich im Einflussbereich der Motorzuluft des Kraftfahrzeugs denkbar.

Die Detektionseinrichtung enthält einen optischen Sender und einen optischen Empfänger, wobei zur Messung der Transmission der Sender und der Empfänger jeweils gegenüberliegend beidseitig einer Filterlage des Filterelements angeordnet sind. Alternativ oder in Kombination kann die Detektionseinrichtung auch einen optischen Sender und einen optischen Empfänger enthalten, die zur Messung der Reflektion in einem korrespondierenden Winkel einseitig an einer Filterlage des Filterelements angeordnet sind. Das Filterelement kann beispielsweise aus zick-zackförmig gefalteten Filterlagen mit dazwischenliegenden Sendern und Empfängern für die optische Übertragungsstrecken bestehen.

Insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit im Filterelement können die entsprechenden Filterlagen im Bereich der optischen Übertragungsstrecke in vorteilhafter Weise mit einer Beschichtung versehen sein, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissionsoder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst. Hiermit ist vor allem die Detektion von Wasseransammlungen oder Feuchtigkeit im Filter eines Fahrzeugs, z.B.

durch die Gischt eines vorausfahrenden Fahrzeugs erzeugt, auf einfache Weise ermöglicht.

Die Detektionseinrichtung arbeitet zum Beispiel im infraroten oder einem sonstigen auswertbaren Bereich des Lichts und es ist eine entsprechende Ausgabeeinheit für ein elektrisches Detektionssignal vorhanden. Die Auswertung kann dann auf einfache Weise durch eine intelligente Elektronik vorgenommen werden und kann mit einem elektronischen Bussystem, z.B. einem fahrzeugeigenen Bussystem, zur Auswertung der Detektionsdaten und zur gemeinsamen Verarbeitung mit anderen physikalischen Parametern verknüpft werden. Hierbei können weitere bereits vorhandene Daten zur Kalibrierung genutzt werden, wie z.B. Temperaturdaten, Informationen über Serviceintervalle des Filterelements, Luftdurchsatz des Motors bzw. des Filterelements, und ggf. auch Signale des Scheibenwischers oder eines Regensensors um Informationen über eine mögliche Durchfeuchtung des Filterelements zu erhalten.

Diese Daten können dann auf einfache Weise durch die Elektronik erfasst und ausgewertet werden und es ist weiterhin auch eine Auswertung unter Hinzuziehung anderer Auswertealgorithmen mit einer Auswertung zum Beispiel auch der Schadstoffkonzentration der zu filternden Luft möglich. Es ist hierbei auch möglich eine schadstoffsensitive Beschichtung auf dem Filterpapier vorzusehen, dessen Beeinflussung aufgrund der Schadstoffeinwirkung erfasst werden kann.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer optischen Übertragungsstrecke, die zumindest teilweise durch ein Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird,
2 eine Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die am Filterelement reflektiert wird,
3 eine Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die teilweise durch das Filterelement hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird,
4 eine Anwendung der Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die durch die Filterlagen eines zick-zack-förmig gefalteten Filterelements hindurchführt,
5 eine Anwendung der Detektionseinrichtung mit einer optische Übertragungsstrecke, die an Filterlagen eines zick-zack-förmig gefalteten Filterelements reflektiert wird und
6 ein Ausführungsbeispiel einer Filterlage mit einer Beschichtung, die sich bei Kontakt mit Feuchtigkeit oder einer Flüssigkeit verfärbt und damit deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte beeinflusst.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist grundsätzlich dargestellt, wie ein Lichtstrahl 1 auf eine Filterlage 2, z.B. eines Filterelements für das Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, trifft. Ein Teil des ausgesandten Lichtstrahls 1 wird gebrochen und in Abhängigkeit von der stofflichen Beschaffenheit, d.h. insbesondere auch abhängig vom Verschmutzungsgrad des Filterelements, absorbiert und tritt auf der Gegenseite als detektierbarer Lichtstrahl 3 aus. In gleicher Weise tritt ein in Abhängigkeit von der stofflichen Beschaffenheit des Filterelements reflektierter Lichtstrahl 4 auf, der in gleicher Weise detektierbar ist.
Aus 2 ist ein erstes Anwendungsbeispiel einer entsprechenden Detektionseinrichtung zu entnehmen, die einen optischen Sender 5 und einen optischen Empfänger 6 aufweist. Hier wird der an der Filterlage 2 reflektierte Anteil 4 des Lichtstrahls 1 detektiert. Das Beispiel nach 3 zeigt eine Anordnung, bei der auch noch der durch die Filterlage 2 teilweise absorbierte Lichtanteil 3 mit einem optischen Empfänger 7 detektiert wird.
Ein aus 4 und 5 jeweils entnehmbares Ausführungsbeispiel weist ein Filterelement auf, das aus zickzack-förmig gefaltete Filterlagen 8 mit in den gefalteten Filterlagen 8 angeordneten optischen Sendern 5 und Empfängern 6 für die optische Übertragungsstrecken besteht. Die 4 zeigt eine Anordnung mit einer Messung der Transmission des Lichts 1 und die 5 zeigt eine Anordnung mit einer Messung des reflektierten Anteils 4 des ausgesandten Lichtstrahls 1.
Insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit in der Filterlage 2 nach 6 ist im Bereich der optischen Übertragungsstrecke des Lichtstrahls 1 eine Beschichtung 9 angebracht, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements in diesem Bereich beeinflusst.

Claims

Sensoranordnung für ein Filterelement, mit – einer Detektionseinrichtung (5,6,7) für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung (5,6,7) eine optische Übertragungsstrecke (1,3,4) enthält, die zumindest teilweise durch das Filterelement (2) hindurchführt und/oder an ihm reflektiert wird und deren Transmissions- und/oder Reflektionswerte von der Beschaffenheit des Filterelements (2) abhängen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung einen optischen Sender (5) und einen optischen Empfänger (7) enthält, wobei zur Messung der Transmission der Sender (5) und der Empfänger (7) jeweils gegenüberliegend beidseitig einer Filterlage (2) des Filterelements angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung einen optischen Sender (5) und einen optischen Empfänger (6) enthält, wobei zur Messung der Reflektion der Sender (5) und der Empfänger (6) in einem korrespondierenden Winkel einseitig an einer Filterlage (2) des Filterelements angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Kombination aus den Detektionseinrichtungen zur Messung der Transmission und der Reflektion angebracht sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – insbesondere zur Detektion von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit im Filterelement die entsprechenden Filterlagen (2) im Bereich der optischen Übertragungsstrecke (1,3,4) mit einer Beschichtung (9) versehen sind, die sich bei Kontakt mit der Feuchtigkeit oder der Flüssigkeit verfärbt und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Detektion von Schadstoffen im Filterelement die entsprechenden Filterlagen (2) im Bereich der optischen Übertragungsstrecke (1,3,4) mit einer Beschichtung (9) versehen sind, deren optische Eigenschaften sich. bei Kontakt mit den Schadstoffen verändert und damit die spektrale Transmissions- oder Reflektionsfähigkeit des Filterelements beeinflusst.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement zick-zack-förmig gefaltete Filterlagen (8) mit dazwischenliegenden Sendern (5) und Empfängern (6,7) für die optische Übertragungsstrecken aufweist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung im infraroten Bereich des Lichts arbeitet und eine entsprechende Ausgabeeinheit für ein elektrisches Detektionssignal aufweist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das elektrische Detektionssignal mit einem elektronischen Bussystem zur Auswertung der Detektionsdaten und zur gemeinsamen Verarbeitung mit anderen physikalischen Parametern verbunden ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement (2) ein Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug ist.