DE10250324A1

DE10250324A1 - Sensoranordnung für ein Filterelement

Info

Publication number: DE10250324A1
Application number: DE2002150324
Authority: DE
Inventors: Markus Beylich
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Filterelement mit einer Schwingungen auswertenden Detektionseinrichtung (4; 8, 9) für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements (1, 3), bei der die Detektionseinrichtung (4) einen elektromagnetischen im hochfrequenten Bereich arbeitenden Schwingungserzeuger und einen entsprechenden Empfänger enthält, mit denen die die Filterwirkung beeinflussenden Parameter als die Schwingungen dämpfende oder sonst wie beeinflussende Messwerte auswertbar sind. Das Filterelement (1, 3) ist vorzugsweise an einer vorgegebenen Stelle mit einem den Schwingungserzeuger und Empfänger enthaltenden Baustein (4) versehen, wobei die elektromagnetische Schwingung das Filterelement (1, 3) durchläuft und an mindestens einer geeigneten Stelle im Filterelement reflektiert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für ein Filterelement, insbesondere für die Beladungsüberwachung eines Filters für gasförmige Medien, z.B. ein Luftfilter in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es ist beispielsweise aus der JP 11 034 653 A bekannt, dass mittels einer Ultraschallsensorvorrichtung zumindest ein Parameter für die Beladung bzw. Verstopfung mit Fremdstoffen eines Adsorptionsfilters für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges erfasst wird, welcher charakteristisch für den Zustand eines solchen Filters ist. Hier wird die durch eine Verschmutzung des Filters bewirkte Änderung der Resonanzfrequenz des Filters in Bezug auf die mit einem Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallschwingung ausgewertet.
Aufgabenstellung
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 Schwingungen auswertenden Detektionseinrichtung für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements, ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Detektionseinrichtung einen elektromagnetischen im hochfrequenten Bereich arbeitenden Schwingungserzeuger und einen entsprechenden Empfänger enthält, mit denen die die Filterwirkung beeinflussenden Parameter als die Schwingungen dämpfende oder sonst wie beeinflussende Messwerte auswertbar sind.
Im einfachsten Fall durchläuft die elektromagnetische Schwingung das Filterelement und wird an einem anderen Ende des Filterelements detektiert. Hierbei werden die den Zustand des Filterelements beeinflussenden Stoffe, wie Feuchtigkeit oder Schmutzbeladung als dämpfende Eigenschaften für die elektromagnetischen Schwingungen ausgewertet. Damit ist es z.B. auf einfache Weise möglich, dass in Filtern, insbesondere für gasförmige Medien, auch Ansammlungen von Flüssigkeiten, z.B. sind dies bei Kraft fahrzeugen Wasseransammlungen durch die Gischt eines vorausfahrenden Fahrzeugs, schnell und sicher detektiert werden.
Das erfindungsgemäße Filterelement kann hier auch vorzugsweise an einer vorgegebenen Stelle mit einem den Schwingungserzeuger und ggf. auch den Empfänger enthaltenden Baustein versehen sein, der in vorteilhafter Weise im Mikrowellenbereich z.B. bei ca. 2,4 GHz oder einem sonstigen für die Verschmutzungsstoffe und deren Dämpfungswirkung geeigneten Frequenzbereich arbeitet, wobei die elektromagnetische Schwingung das Filterelement durchläuft und an einer geeigneten Stelle im Filterelement zum Bereich des Empfängers zurück reflektiert wird. Grundsätzlich ist hier ein Frequenzbereich von ca. 0,1 GHz bis 10,9 GHz als Mikrowellenbereich und 1,4 GHz bis 77 GHz als Radarbereich geeignet.
Beispielsweise kann als Sender und Empfänger der gleiche Baustein mit einer gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne verwendet werden, wie er beispielsweise schon für sogenannte Abstandssensoren im Kraftfahrzeugbereich verwendet wird. Diese Abstandssensoren werten jedoch die Laufzeit des Signals vom Sender zum Empfänger aus. Erfindungsgemäß wird jedoch die Änderung der Intensität des Signals ausgewertet, wobei das hochfrequente Signal hier mindestens die doppelte Strecke zurücklegt, was auch mindestens eine Verdoppelung der Empfindlichkeit zur Folge hat.
Hierbei ist auch vorteilhaft, wenn das Filterelement in einem die hochfrequenten Schwingungen reflektierenden Gehäuse, z.B. aus Metall, aus einem mit Leitlack lackierten oder mit einer sonst wie metallisierten Oberfläche des Kunststoffgehäuse untergebracht ist und der Schwingungserzeuger und ein Reflektor für die hochfrequenten Schwin gungen an jeweils gegenüberliegenden Enden oder an zur Reflektion geeigneten Seiten des Gehäuses für das Filterelement untergebracht sind. Ein solches Gehäuse verhindert ein Eindringen von Störsignalen von außen und verhindert auch ein Aussenden von Messsignalen beispielsweise in den Motorraum eines Kraftfahrzeuges.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungemäßen Sensoranordnung wird das elektrische Detektionssignal des Empfängers mit einem elektronischen Bussystem zur Auswertung der Detektionsdaten und zur gemeinsamen Verarbeitung mit anderen physikalischen Parametern verbunden. 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.
Als Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung eignen sich insbesondere ein Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug oder ein Ölfilter am Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug. Möglich sind jedoch auch viele andere entsprechende Anwendungsbereiche, z.B. im Bereich von beliebigen Industriefiltern.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
1 einen Luftfilter mit einem eingebauten Radarsensor und einem gegenüberliegenden Reflektor in einer Seitenansicht,
2 einen Luftfilter mit einem eingebauten Radarsender und einem gegenüberliegenden Empfänger in einer Seitenansicht,
3 einen Luftfilter mit einem eingebauten Radarsensor und an den Seitenwänden angeordneten Reflektoren in einer Seitenansicht und
4 das Ausführungsbeispiel nach der 3 in einer Draufsicht.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist schematisch ein Filterelement 1 dargestellt, bei dem in einem Gehäuse 2, hier aus einem elektrisch leitendem Material, zick-zack-förmige Filterlagen 3 angeordnet sind. Beispielsweise kann die hier nachfolgend beschriebene Sensoranordnung in einem Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug angewandt werden.
Es ist eine erfindungemäße Detektionseinrichtung 4 vorhanden, die einen elektromagnetischen im hochfrequenten Bereich arbeitenden Schwingungserzeuger und einen entsprechenden Empfänger enthält, mit denen einige die Filterwirkung beeinflussenden Parameter vorzugsweise als im Verlauf der Signalstrecke 5 bzw. 6 dämpfende Messwerte auswertbar sind.
Hierbei werden die den Zustand der Filterlagen 3 des Filterelements 1 beeinflussenden Stoffe, wie Feuchtigkeit oder auch feste Schmutzbeladung als dämpfende Eigenschaften für die elektromagnetischen Schwingungen ausgewertet. Das Gehäuse 2 des Filterelement 1 ist hier an einer Seite mit der den Schwingungserzeuger und Empfänger enthaltenden Detektionseinrichtung 4 versehen, die im Mikrowellenbereich z.B. bei ca. 2,4 GHz oder einem sonstigen für die Verschmutzungsstoffe und deren Dämpfungswirkung geeigneten Frequenzbereich arbeitet.
Die elektromagnetische Schwingung des Senders der Detektionseinrichtung 4 durchläuft die Filterlagen 3 in Richtung der Signalstrecke 5 und wird an einer der Detektionseinrichtung 4 gegenüberliegenden Seite mittels einer Reflektionseinrichtung 7 zum Empfänger der Detektionseinrichtung 4 entlang der Signalstrecke 6 zurückreflektiert. Hier kann dann als Sender und Empfänger die gleiche Detektionseinrichtung 4 mit einer gemeinsamen Sende- und Empfangsantenne verwendet werden.
2 zeigt in Abwandlung zur 1 einen Sender 8 und einen separaten Empfänger 9, so dass hier die Signalstrecke 5 nur einmal durchlaufen wird. Bei einem Ausführungsbeispiel nach 3 in der Seitenansicht und 4 in der Draufsicht sind mehrere Reflektoren 7 an den Seitenwänden des Gehäuses 2 angebracht, so dass die Signalstrecke 5 in der einen Richtung und die Signalstrecke 6 in der anderen Richtung erheblich verlängert ist.

Claims

Sensoranordnung für ein Filterelement, mit – einer Schwingungen auswertenden Detektionseinrichtung (4; 8, 9) für mindestens einen die Filterwirkung beeinflussenden Parameter des Filterelements (1, 3), dadurch gekennzeichnet, dass – die Detektionseinrichtung (4; 8, 9) einen elektromagnetischen im hochfrequenten Bereich arbeitenden Schwingungserzeuger (8) und einen entsprechenden Empfänger (9) enthält, mit denen die die Filterwirkung beeinflussenden Parameter als die Schwingungen dämpfende oder sonst wie beeinflussende Messwerte auswertbar sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement (1, 3) oder das Gehäuse (2) für das Filterelement an einer vorgegebenen Stelle mit einem den Schwingungserzeuger und Empfänger enthaltenden Baustein (4) versehen ist, wobei die elektromagnetische Schwingung das Filterelement (1, 3) auf dem Weg vom Schwingungserzeuger zum Empfänger durchläuft und dabei an mindestens einer geeigneten Stelle im Filterelement (1, 3) reflektiert wird.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der hochfrequente Schwingungserzeuger im Mikrowellenbereich arbeitet.
Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der hochfrequente Schwingungserzeuger Bestandteil eines Radarsensors ist und im Bereich von 2,4 GHz erbeitet.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement (1) in einem die hochfrequenten Schwingungen reflektierenden Gehäuse (2) untergebracht ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das elektrische Detektionssignal des Empfängers 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 (1) ein Luftfilter im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug ist.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Filterelement ein Ölfilter am Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug ist.