DE19953195A1 - Sensor zur Ermittlung von Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen - Google Patents

Sensor zur Ermittlung von Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen

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DE19953195A1 DE1999153195 DE19953195A DE19953195A1 DE 19953195 A1 DE19953195 A1 DE 19953195A1 DE 1999153195 DE1999153195 DE 1999153195 DE 19953195 A DE19953195 A DE 19953195A DE 19953195 A1 DE19953195 A1 DE 19953195A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erkennung schädigender Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einmal den Effekt der Migration (Substanzverlagerung) von Silberionen unter Einfluss von Feuchtigkeit und/oder Nässe auszunutzen oder ein feuchtigkeitsempfindliches Bauelement (C¶F¶, R¶R¶) einzubinden. DOLLAR A In einfacher Form wird durch die gezielte Migration zwischen zumindest zwei Leiterbahnen (3, 4, 23, 24, 33, 35) ein Kurzschluss zwischen den beiden Leiterbahnen (3, 4, 23, 24, 33, 35) oder eine Unterbrechung einer Leiterbahn hervorgerufen und ein diesen Umstand charakterisierendes Signal (U¶F¶) erzeugt und ausgewertet. Die Migration erfolgt dabei in einem vorbestimmten Bereich (6, 26, 36), der von einer Isolationslackabdeckung (5, 25, 42) ausgenommen ist, so dass in diesem definierten Bereich (6, 26, 36) keine Isolation von einander unterschiedlichen Potentiale vorgesehen ist. DOLLAR A In einer weiteren Form kann das Fehlersignal (U¶F¶) auch durch das feuchtigkeitsempfindliche Bauelement (C¶F¶, R¶F¶) erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Ermittlung unzulässiger Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.
Wenngleich Bremssysteme in Nutzfahrzeugen wasser- und feuchtigkeitsdicht aufgebaut sind, kann es im Laufe der Zeit zu unerwünschten Feuchtigkeits- bzw. Nässeeintritten kom­ men. Dadurch können mechanische Teile des Bremssystems durch Korrosion festrosten und somit das Bremssystem unzuverlässig gestalten.
Hieraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, einen Sensor aufzuzeigen, der mit einfachen Mitteln eine gezielte Aussage über einen Feuchtigkeits- und/oder Nässeeintritt im Bremssy­ stem gibt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 und Patentanspruch 4 aufgezeigten Merkmale.
Dabei liegt der Erfindung die Idee zugrunde, den Effekt der Migration (Substanzverlage­ rung) von Silberionen unter Einfluss von Feuchtigkeit und/oder Nässe auszunutzen und eine gezielte Migration zwischen zumindestens zwei Leiterbahnen im Sensor hervorzurufen, wo­ durch ein Kurzschluß zwischen den beiden Leiterbahnen oder eine Unterbrechung der Lei­ terbahnen erzeugt wird und ein diesen Umstand charakterisierendes Signal in einer Aus­ werteelektronik ausgewertet wird. Die Migration erfolgt dabei in einem vorbestimmten Be­ reich, der von einer Isolationslackabdeckung ausgenommen ist. In diesem definierten Be­ reich ist somit keine Isolation von einander unterschiedlichen Potentialen vorgesehen. Hier erfolgt bei Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Nässe die Migration zwischen den Leiterzügen, wodurch ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung der Leiterzüge hervorgerufen wird. Ein dabei erzeugtes Signal kann hierbei auf einen definierten Wert angehoben oder abgesenkt werden.
Des weiteren kann anstelle der Migration ein feuchtigkeitsempfindliches Bauelement in die Elektronik des Sensors integriert werden, das ein Signale erzeugt, welches dann in der Auswerteelektronik ausgewertet wird.
Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
So kann der Feuchteschalter in einem herkömmlichen Bremsbelagverschleißsensor inte­ griert werden, der in bekannter Art und Weise den Bremsbelagverschleiß ermittelt. Das, die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisierende Sensorsignal kann dabei größer, kleiner oder gleich dem, den Bremsverschleiß charakterisierende Sensorsignal sein. Anhand von Ausführungsbeispielen mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Feuchte- und/oder Nässesensors,
Fig. 2 diesen Sensor in Verbindung mit einem aktiven Bremsbelagverschleißsensor,
Fig. 3a den Sensor aus Fig. 1 in Verbindung mit einem passiven Bremsbelagverschleißsensor,
Fig. 3b den Sensor aus Fig. 3a in einer weiteren Variante,
Fig. 4 eine weitere, vereinfacht dargestellte Variante des Feuchte- und/oder Nässesensors.
In Fig. 1 ist in einer Prinzipdarstellung die Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Feuch­ te- bzw. Nässesensors 10 dargestellt. Auf einer Leiterplatte 1 befinden sich mehrere Leiter­ bahnen 2, 3, 4, die in bekannter Art und Weise als Silberleiterbahnen auf der Leiterplatte 1 aufgedruckt sind und an denen unterschiedliche Spannungspotentiale anliegen.
Der Übersichtlichkeit halber sind alle elektronischen Bauelemente, die auch auf der Leiter­ platte 1 angeordnet sind und zur Funktion eines Sensors beitragen, mit 7 gekennzeichnet. Auf der Leiterbahn 2 und Teilen der elektronischen Bauelemente 7 ist vorzugsweise eine Isolationslackabdeckung 5 aufgebracht.
Die Funktionsweise des Feuchte-/Nässesensors 10 ist dabei wie folgt.
An den Leiterbahnen 2 und 3 liegen jeweils unterschiedliche Spannungspotentiale an, wobei hier an der Leiterbahn 2 das Massepotential (± 0 V) anliegt und an der Leiterbahn 3 die Be­ triebsspannung UB (= +5 V). Die Leiterbahn 4 ist hierbei vorzugsweise nicht oder mit einem hochohmigen Widerstand gegen Masse geschaltet und dient als Abgriff für ein die Feuch­ tigkeit bzw. Nässe charakterisierendes Spannungssignal UF.
Im normalen Zustand, d. h., ohne Feuchtigkeits- bzw. Nässeeintritt, liegt somit an der Leiter­ bahn 4 das Sensorsignal US bzw. das Massesignal an. Mit Eintritt von Feuchtigkeit in den Sensor 10 wandern die Silberionen auf Grund ihres Migrationsverhaltens im Bereich 6, in dem keine Isolationslackabdeckung 5 aufgebracht ist, von der das höhere Potential aufwei­ senden Leiterbahn 3 zu der das niedere Potential aufweisenden Leiterbahn 4, wodurch ein Kurzschluß zwischen beiden Leiterbahnen 3, 4 erzeugt wird. Die zwischen beiden Leiterbah­ nen 3 und 4 eingebundenen elektronischen Bauelemente 7 werden dadurch kurzgeschlos­ sen. Das an der Leiterbahn 3 anliegende Spannungspotential +UB wird dadurch auf die Lei­ terbahn 4 geschaltet und von der Leiterbahn 4 als nun anliegendes Spannungssignal UF ≈ +5 V abgegriffen. Dieses Spannungssignal UF gelangt an eine beispielsweise separate Auswerteelektronik 8, in der aus dem abgegriffenen Spannungssignal UF ein Feuchte- bzw. Nässeeintritt im Sensor 10 charakterisiert wird. Diese Auswertung kann auf eine zusätzliche Anzeige (nicht näher dargestellt) geschaltet werden. Die Anzeige erfolgt vorzugsweise op­ tisch.
Der Sensor 10 kann auch direkt in einem herkömmlichen Bremsbelagverschleißsensor 20 integriert werden. Eine solche praktische Anwendung zeigt Fig. 2.
Der hier dargestellte aktive Bremsbelagverschleißsensor 20 weist eine Leiterplatte 21 auf, auf der neben nicht einzeln dargestellten elektronischen Bauelementen 7 und der Auswer­ teelektronik 8 des Bremsbelagverschleißsensors 20, Leiterbahnen 22, 23 und 24 aufge­ bracht sind. Des weiteren weist der Bremsbelagverschleißsensor 20 eine Potentiometerbahn 28 und parallel dazu eine Kollektorbahn 29 auf. Die beiden Bahnen 28, 29 sind durch einen Schleifer 27 miteinander elektrisch verbunden, wobei der Schleifer 27 mit einer Achse 30 eines nicht näher dargestellten Bremssystems mechanisch verbunden ist. Die Potentiome­ terbahn 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem oberen Bereich elektrisch unterbro­ chen, wodurch die Potentiometerbahn 28 zweigeteilt und der obere Bereich sehr niede­ rohmig gehalten ist. Parallel zu diesem oberen Bereich ist im Bremsbelagverschleißsensor 20 ein Sprungpunktwiderstand RSP eingebunden. Einseitig ist dieser Sprungpunktwiderstand RSP am oberen Ende der unteren hochohmigen Potentiometerbahn 28 angeschlossen. Mit seinem zweiten Anschluß greift der Sprungpunktwiderstand RSP zusammen mit dem oberen Anschluß des niederohmigen Bereiches der Potentiometerbahn 28 auf einen Vorwiderstand RV. Über dieses Widerstandsverhältnis RSP zu RV wird in bekannter Art und Weise span­ nungstechnisch der Verschleißpunkt im Bremsbelagverschleißsensor 20 festgelegt. Die Kollektorbahn 29 ist über einen Schutzwiderstand RS mit der Leiterbahn 24 als Signalleitung verbunden und dient als Abgriff für das allgemeine Sensorsignal US.
Ist die Belagdicke des Bremsbelages optimal, greift der Schleifer 27 im unteren Bereich der Potentiometerbahn 28 an und damit ein Spannungssignal von ≧ 0 V (Massepotential) ab. Dieses Spannungssignal wird durch den Schleifer 27 auf die Leiterbahn 24 als Sensorsignal US gegeben. Mit Beginn des Verschleisses bewegt sich der Schleifer 27 in den niederohmi­ geren Bereich der Potentiometerbahn 28, was zu unterschiedlichen Spannungsabgriffen und damit zu unterschiedlichen Sensorsignalwerten US führt (Kennlinie). Mit Erreichen des obe­ ren getrennten niederohmigeren Bereiches der Potentiometerbahn 28 springt das Sensorsi­ gnal US von vorher ca. 3,5 V auf nunmehr ca. 4,0 V. Dieses Sensorsignal US = 4,0 V wird in herkömmlicher Art und Weise als Sprung ausgewertet und zur Anzeige gebracht, wobei bei diesem Signalsprungwert auf 4,0 V ein absoluter Bremsbelagverschleiß ermittelt und ange­ zeigt wird. Spätestens zu diesem Zeitpunkt ist das Bremssystem in einer Werkstatt zu kon­ trollieren und ein Wechsel der Bremsbeläge vorzunehmen.
Dieses nutzend, wird nun mit dem Feuchte-/Nässesensor 10 ein ähnliches Sensorsignal für die Erkennung von unerwünschtem Feuchtigkeits- und/oder Nässeeintritt erzeugt. Dazu wird im Bereich 26 zwischen der Leiterbahn 23 und der Leiterbahn 24 bei Feuchtigkeits- und/oder Nässeeintritt gezielt die Silbermigration angestrebt, wozu zumindest dieser Bereich 26 frei von einem Isolationslack 25 auf der Leiterplatte 21 ist. Die Spannung an der Signalleitung 24 steigt dabei über die vorher beschriebene Fehlergrenze für die Anzeige eines Bremsbelag­ verschleißes (≧ 4,0 V), auf einen weiteren Signalwert 4,0 V ≦ UF ≦ 5 V, da durch den Kurz­ schluß der Leiterbahnen 23 und 24 die gesamte Betriebsspannung UB als Sensorsignal UF abgegriffen wird. Aus diesem Spannungswert UF wird in der nachgeschalteten Auswer­ teelektronik 8 Feuchtigkeits-/ Nässeeintritt ermittelt und zur Anzeige gegeben.
Eine weitere Variante stellt Fig. 3a dar. Hierbei weist ein passiver Verschleißsensor 31 auf einer Leiterplatte 32 eine die Betriebsspannung UB führende Leiterbahn 33, eine die Signal­ spannung US führende Leiterbahn 34 sowie zwei Kontaktbahnen 38 mit anschließenden Iso­ lierschichten 39 auf. Ein Schleifer 37 verbindet die Kontaktbahnen 38 und entspricht so ei­ nem geschlossenen Schalter zwischen der Leiterbahn 33 und der Leiterbahn 34. Hierbei handelt es sich um einen typischen Bremsbelagverschleißsensor 31 mit nur zwei Anbin­ dungsstellen.
Bei normalen, noch nicht verschlissenen Bremsbelägen liegt hierbei an der Anbindungsstelle der Leiterbahn 34 das Sensorspannungssignal US an.
Mit Beginn des Verschleißes der Bremsbeläge verfährt der Schleifer 37 auf den Kontaktflä­ chen 38 bis auf die Isolierschichten 39, wodurch ein Sensorspannungssignal US = 0 V erzeugt wird, was einer Unterbrechung entspricht, welches einen vollständigen Verschleiß der Bremse charakterisiert und damit zur Fehleranzeige führt.
Zwischen der Leiterbahn 33 und einer der Kontaktbahnen 38 ist nun zusätzlich ein PTC- Widerstand 40 (positiver Temperaturkoeffizient) eingebunden, von dem in diesem Beispiel eine zusätzliche Leiterbahn 35 abgeht. Diese Leiterbahn 35 kann dabei an eine zusätzliche Anbindungsstelle geführt werden. Der PTC-Widerstand 40 hat beispielsweise einen Wert von ca. 120 Ω und erzeugt eine für die Migration notwendige Potentialdifferenz zwischen der Leiterbahn 33 und der zusätzlichen Leiterbahn 35.
Tritt nun Feuchte/Nässe in den Bremsbelagverschleißsensor 32 ein, erfolgt im Bereich 36, der frei von einer hier nicht näher dargestellten Isolationslackabdeckung ist, die gewollte Migration von der in diesem Bereich 36 als Schleife ausgeführten Leiterbahn 33 in die in direkter Nähe liegende Leiterbahn 35. Danach liegt an der Leiterbahn 35 die volle Betriebs­ spannung UB ≦ 5 V an. Dadurch wird ein Fehlersignal UF geliefert, das den ungewollten Eintritt von Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisiert. Dieses Signal UF wird in der Aus­ werteelektronik 8 ausgewertet und danach zur Anzeige gebracht.
In Fig. 3b ist derselbe Bremsbelagverschleißsensor 31, jedoch ohne eine zusätzliche Anbin­ dungsstelle für ein Feuchtefehlersignal UF dargestellt. Hierbei wird nun durch die Migration die Leiterbahn 33 unterbrochen, wobei die Silberionen der Leiterbahn 33 zur Leiterbahn 35 wandern. Das dadurch an der Leiterbahn 34 anliegende Signal entspricht einem Bremsbe­ lagverschleiß und wird als Fehlersignal US/UF ausgegeben. Eine Unterscheidung, ob es sich hierbei um ein Feuchtefehlersignal UF oder ein Bremsbelagverschleißsignal US handelt, ist dabei nicht notwendig.
Die Auswertung und Anzeige des zusätzlich ermittelten Fehlersignals, bedingt durch Feuch­ tigkeits-/Nässeeintritt in das System kann unterschiedlich erfolgen. So kann nach längerer Dauer der Migration die die jeweilige Betriebsspannung führende Leiterbahn 3, 23, 33 auch nur unterbrochen werden, was einem vollständigen Belagverschleiß entspricht und somit zur Fehleranzeige über das Ausgeben eines Bremsbelagverschleißsignals US/UF führt.
Es versteht sich, daß im Rahmen der erfinderischen Idee Änderungen möglich sind. So kann das die Feuchtigkeit/Nässe charakterisierende Sensorsignal UF auch abgesenkt werden (auf ca. 0 V), wobei dann in äquivalenten Bereichen die zielgerichtete Migration zu der das Massepotential führenden Leiterbahn 2, 22 von der das Sensorsignal UF führenden Leiterbahn 4, 24 erfolgt, wozu zumindest die die Betriebsspannung UB führende Leitung 3, 23 mit Isolationsabdecklack zu isolieren ist. Vorzugsweise ist dazu die, das Sensorsignal UF führenden Leiterbahn 4, 24 direkt neben der jeweiligen Masseleitung anzubringen.
Des weiteren kann ein Fehlersignal auch durch den Einsatz eines feuchtigkeitsempfindli­ chen, elektronischen Bauteils erzeugt werden, wie beispielsweise durch einen Kondensator CF oder einen Widerstand RF (Fig. 4). Dieses elektronische Bauteil ist dabei innerhalb des Sensors 10 bzw. des Bremsbelagverschleißsensors 20, 30 vorzugsweise auf der Leiterplatte 1, 21, 32 in der Elektronik 7 des Sensors 10 bzw. des Bremsbelagverschleißsensors 20, 31 eingebunden. Dabei wird das Verhalten am feuchtigkeitsempfindlichen Bauelement CF oder RF untersucht und zur Auswertung gebracht. Im Normalfall, wenn keine Feuchtigkeit bzw. Nässe eingetreten sind, liegt am Abgriff für das Fehlersignal UF beispielsweise kein Signal UF an. Beim Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Nässe in den Sensor 10 bzw. 20 ändert sich dann beispielsweise die Kapazität des feuchtigkeitsempfindlichen Kondensators CF oder der Widerstandswert des Widerstandes RF. Dabei werden in der Regel der Kapazitäts­ wert bzw. der Widerstandswert abnehmen, so daß diese Änderung dann beispielsweise ein elektrisches Signal innerhalb der Elektronik 7 bewirkt, das dann als Fehlersignal UF abge­ griffen und von der Auswerteelektronik 8 als Feuchte- und/oder Nässesignal UF erkannt wird. Dementsprechend kann aber auch der Widerstandswert des Widerstandes RF bei Feuchtig­ keit und/oder Nässe ansteigen, so daß ein im Normalfall anliegendes Signal nicht mehr vor­ handen ist und die Auswerteelektronik 8 dieses Fehlen als Feuchte- und/oder Nässeeintritt charakterisiert.

Claims (8)

1. Sensor zur Ermittlung von unzulässiger Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen, aufweisend eine Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Anbindungsstellen zum Anlegen einer Versorgungsspannung sowie zum Abgreifen eines Sensorsignals für eine nachfolgende Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei, mit unterschiedlichen Potentialen beschaltete Leiterbahnen (3, 23, 33, 4, 24, 35) in einem definierten Bereich (6, 26, 36) auf der Leiter­ platte (1, 21, 32) bei auftretender Feuchtigkeit und/oder Nässe kurzgeschlossen oder unterbrochen werden, wodurch ein die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisieren­ des Sensorsignal (UF) erzeugt und an die Auswerteelektronik (8) abgegeben wird.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschluß oder die Unter­ brechung durch eine gezielte Migration von Silberionen erfolgt, bedingt durch die er­ zeugte Potentialdifferenz zwischen den jeweils zusammenwirkenden Leiterbahnen (3, 23, 33, 4, 24, 35).
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (1, 21, 32) teil­ weise mit einer Isolationslackabdeckung (5, 25, 42) versehen ist, wobei zumindest der definierte Bereich (6, 26, 36) von dieser Isolationslackabdeckung (5, 25, 42) ausge­ nommen ist.
4. Sensor zur Ermittlung von unzulässiger Feuchtigkeit und/oder Nässe, insbesondere in Bremssystemen von Nutzfahrzeugen, aufweisend eine Leiterplatte mit elektrischen Lei­ terbahnen und Anbindungsstellen zum Anlegen einer Versorgungsspannung sowie zum Abgreifen eines Sensorsignals für eine nachfolgenden Auswerteelektronik, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein feuchtigkeitsempfindliches elektronisches Bauelement (CF, RF) auf der Leiterplatte (1, 21, 31) angeordnet ist, wodurch ein die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisierendes Sensorsignal (UF) erzeugt und zur Auswertung gebracht wird.
5. Sensor nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das, die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisierende Sensorsi­ gnal (UF) größer als das, einen Bremsverschleiß charakterisierende Sensorsignal (US) ist.
6. Sensor nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das, die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisierende Sensorsi­ gnal (UF) kleiner als das, den Bremsverschleiß charakterisierende Sensorsignal (US) ist.
7. Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das, die Feuchtigkeit und/oder Nässe charakterisierende Sensorsignal (UF) gleich dem den Bremsverschleiß charakterisierende Sensorsignal (US) ist.
8. Sensor nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (10) in einem Bremsbelagverschleißsensor (20, 31) inte­ griert ist.
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