DE202007013324U1 - Sensor arrangement on a filter with autonomous power supply - Google Patents

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Abstract

Sensoranordnung an einem Filter (1) mit folgenden Merkmalen,
– es sind Sensorelemente (9) zur Erfassung des Drucks eines zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements (2) vorhanden, und/oder
– es sind Sensorelemente (10) zur Erfassung der Temperatur des zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements (2) vorhanden,
– es ist ein Energiewandler (7) zur Gewinnung elektrischer Energie für die Sensoranordnung (6) aus dem zu filternden Medium oder dem Umfeld des Filters (1) vorhanden,
– es ist ein Energiemanagmentbaustein (8) zur Regelung der Energieversorgung der Sensoranordnung (6) vorhanden, und
– es ist ein Signalverarbeitungsbaustein (11) als Bestandteil der Sensoranordnung (6) vorhanden, mit dem die Signale der Sensorelemente vorverarbeitbar und mittels eines Sendermoduls (12) einem Empfänger (13) drahtlos übermittelbar sind.Sensor arrangement on a filter (1) with the following features,
There are sensor elements (9) for detecting the pressure of a medium to be filtered on at least one upstream or downstream side of a filter element (2), and / or
There are sensor elements (10) for detecting the temperature of the medium to be filtered on at least one upstream or downstream side of a filter element (2),
There is an energy converter (7) for obtaining electrical energy for the sensor arrangement (6) from the medium to be filtered or the environment of the filter (1),
- There is a Energiemanagmentbaustein (8) for controlling the power supply of the sensor assembly (6) is present, and
- There is a signal processing module (11) as part of the sensor assembly (6) is provided, with which the signals of the sensor elements vorverarbeitbar and by means of a transmitter module (12) a receiver (13) can be transmitted wirelessly.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung an einem Filter mit autarker Energieversorgung, insbesondere bei Luftfiltern in einem Kraftfahrzeug, nach der Gattung des Hauptanspruchs.The The invention relates to a sensor arrangement on a filter with self-sufficient Energy supply, especially in air filters in a motor vehicle, after the genus of the main claim.

Stand der TechnikState of the art

Es ist an sich bekannt, dass zur Überwachung der Funktion eines Luftfilters in einem Kraftfahrzeug Sensoren angebracht werden, die insbesondere den Differenzdruck zwischen der Anströmseite und der Abströmseite des Filterelements messen und somit eine eventuelle Überladung des Filterelements mit Schmutzpartikeln anzeigen können. Eine solche Messung wird mittels einer geeigneten Elektronik vorverarbeitet und dann in vorgegebenen Abständen an einen Empfänger, zum Beispiel der Bordcomputer des Kraftfahrzeuges, übermittelt und dort weiterverarbeitet. Die Übertragung solcher Messdaten erfolgt in der Regel über eine Kabelverbindung über die auch die Energieversorgung bereitgestellt wird.It is known per se to monitor the function an air filter in a motor vehicle sensors are attached in particular the differential pressure between the inflow side and measure the downstream side of the filter element and thus a possible overload of the filter element with dirt particles can show. Such a measurement is by means of a pre-processed suitable electronics and then at predetermined intervals to a receiver, for example, the on-board computer of the motor vehicle, transmitted and processed there. The transmission of such measurement data usually takes place via a cable connection which also provides the energy supply.

Aus der DE 103 44 553 A1 ist eine Sensoranordnung bekannt, bei der zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur der Luft in einem Luftkanal für ein Kraftfahrzeug-Lüftungssystem ein Thermogenerator vorhanden ist, der aufgrund eines Temperaturunterschiedes zwischen Bereichen der Innenluft des Kraftfahrzeuges elektrische Energie erzeugt, die zum Betrieb der Elektronik der Sensoranordnung herangezogen wer den kann. Bei dieser autarken Energierezeugung ist es dann vorteilhaft möglich, dass beispielsweise eine Funkübertragung der Sensordaten zum Bordcomputer oder zu einem Borddatennetz ohne eine Verkabelung durchgeführt werden kann.From the DE 103 44 553 A1 a sensor arrangement is known, in which for determining the flow velocity and the temperature of the air in an air duct for a motor vehicle ventilation system, a thermogenerator is provided which generates electrical energy due to a temperature difference between areas of the interior air of the motor vehicle, which is used to operate the electronics of the sensor array used who can. In this self-sufficient energy generation, it is then advantageously possible that, for example, a radio transmission of the sensor data to the on-board computer or to an on-board data network can be carried out without cabling.

Ferner ist aus der DE 101 47 720 A1 bekannt, dass zur autarken Versorgung von Sensoren in einem Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie ein Induktionssystem vorhanden ist, das ohnehin vorhandene mechanische Schwingungen mit einem mechanischen Schwingsystem ausnützt, um auf induktivem Weg elektrische Energie zu erzeugen.Furthermore, from the DE 101 47 720 A1 It is known that for self-sufficient supply of sensors in a motor vehicle with electrical energy, an induction system is provided which exploits existing mechanical vibrations with a mechanical oscillating system in order to generate electrical energy by inductive means.

Ein vergleichbares System ist auch aus der EP 1 312 171 B1 bekannt, bei dem ebenfalls ein elektromechanischer Wandler, hier ein piezokeramischer Biegewandler, vorhanden ist, der über einen nachgeschalteten Gleichrichter und einen Spannungswandler eine Logikbaugruppe versorgt.A comparable system is also from the EP 1 312 171 B1 is known, in which also an electromechanical transducer, here a piezoceramic bending transducer, is present, which supplies via a downstream rectifier and a voltage converter, a logic module.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung an einem Filter, vorzugsweise ein Luftfilter für ein Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen:

  • – Es sind Sensorelemente zur Erfassung des Drucks eines zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements vorhanden, und/oder
  • – es sind Sensorelemente zur Erfassung der Temperatur des zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements vorhanden,
  • – es ist ein Energiewandler zur Gewinnung elektrischer Energie für die Sensoranordnung aus dem zu filternden Medium und/oder dem Umfeld des Filters vorhanden,
  • – es ist ein Energiemanagmentbaustein zur Regelung der Energieversorgung der Sensoranordnung vorhanden, und
  • – es ist ein Signalverarbeitungsbaustein, insbesondere mit einem Sendermodul, als Bestandteil der Sensoranordnung vorhanden, der die Signale der Sensorelemente vorverarbeitet und einem Empfänger drahtlos übermittelt.
The invention relates to a sensor arrangement on a filter, preferably an air filter for a motor vehicle, having the following features:
  • There are sensor elements for detecting the pressure of a medium to be filtered on at least one upstream or downstream side of a filter element, and / or
  • There are sensor elements for detecting the temperature of the medium to be filtered on at least one upstream or downstream side of a filter element,
  • There is an energy converter for obtaining electrical energy for the sensor arrangement from the medium to be filtered and / or the environment of the filter,
  • - There is a Energiemanagmentbaustein for regulating the power supply of the sensor arrangement, and
  • - There is a signal processing module, in particular with a transmitter module, as part of the sensor arrangement available, which preprocessed the signals of the sensor elements and transmitted to a receiver wirelessly.

Es ist hierbei auch möglich, dass zumindest nur die Drücke des Mediums, zum Beispiel Luft, als Hauptmessdaten für die Filtereigenschaften erfasst werden, wobei jedoch eine zusätzliche Temperaturmessung zur Genauigkeitssteigerung der Messung im Hinblick auf eine Temperaturkompensation vorteilhaft ist.It Here it is also possible that at least only the pressures of the medium, for example air, as main measurement data for the filter properties are detected, but with an additional Temperature measurement to increase the accuracy of the measurement in terms is advantageous to a temperature compensation.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann der Energiewandler in vorteilhafter Weise eine Druckdifferenz des zu filternden Mediums auf der An- und Abströmseite oder zwischen einer dieser Seiten und dem Außenraum des Filters ausnutzen. Alternativ kann jedoch auch der Energiewandler eine Temperaturdifferenz des zu filternden Mediums auf der An- und Abströmseite oder zwischen einer dieser Seiten und dem Außenraum als Energiequelle heranziehen.at the sensor assembly according to the invention can the Energy converter advantageously a pressure difference of filtering medium on the inflow and outflow side or between exploit one of these sides and the exterior of the filter. alternative However, the energy converter can also have a temperature difference of to be filtered medium on the inflow and outflow side or between one of these pages and the outside as an energy source use.

Als weitere Alternativen kommen noch die Ausnutzung einer Fluidbewegung des zu filternden Mediums auf der An- und/oder Abströmseite oder eine mechanische Schwingung des Filters bzw. eine Lichtquelle im Bereich des Filters als Energiequelle mit dem für sich gesehen bekannten Wandlern in Frage.When other alternatives are still the use of fluid movement of the medium to be filtered on the arrival and / or downstream side or a mechanical vibration of the filter or a light source in the area of the filter as an energy source with that for itself seen known converters in question.

Mit der Erfindung kann somit auf einfache Weise zum Beispiel ein Luftfilter im Luftansaugweg für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug derart ausgeführt werden, dass eine drahtlose Übertragung der Messdaten der Sensorelemente zu einem Empfänger im Bordnetz, zum Beispiel eine Datenbusanbindung (CAN), des Kraftfahrzeuges erfolgt oder direkt zu einem Bordcomputer gesendet und dort weiterverarbeitet werden.With The invention can thus easily, for example, an air filter in Luftansaugweg for an internal combustion engine in a motor vehicle such be running that wireless transmission the measurement data of the sensor elements to a receiver in On-board network, for example a data bus connection (CAN), of the motor vehicle takes place or sent directly to an on-board computer and further processed there become.

Die Messdaten können dabei in vorgegebenen zeitlichen Abständen somit telemetrisch an einen ständig empfangsbereiten Empfänger versendet werden und machen damit eine Kabelverbindung vom Filtergehäuse zum Bordnetz des Kraftfahrzeuges überflüssig.The Measurement data can be given at given intervals thus telemetrically to a receiver always ready to receive be shipped and thus make a cable connection from the filter housing superfluous to the electrical system of the motor vehicle.

Der Empfänger kann dabei auch in vorteilhafter Weise Messdaten von mehreren auch anderweitig angebrachten Sensorelementen an Filtern oder sonstigen Bauteilen empfangen und weiterverarbeiten oder weiterleiten, zum Beispiel nicht nur von Luftfiltern im Ansaugweg, sondern auch von Ölfiltern, Kraftstofffiltern oder von Innenraumluftfiltern.Of the Receiver can also advantageously measurement data of several sensor elements also attached to filters or otherwise receive and process further components or forward them, for example, not only of air filters in the intake, but also oil filters, fuel filters or cabin air filters.

Die Sensoranordnung mit dem Signalverarbeitungsbaustein und mit einem Sendermodul kann auf einfache Weise am Gehäuse des Filters montiert werden, zum Beispiel durch Einklippsen, durch Einstecken, durch Kleben oder Vergießen. Die Sensoranordnung kann aber auch direkt in den De ckel des Gehäuses des Filters eingespritzt werden, da dann ein leichter Wechsel zwischen einem Gehäuse mit oder ohne Sensoranordnung möglich ist.The Sensor arrangement with the signal processing block and with a Transmitter module can easily on the housing of the filter be mounted, for example by clipping, by plugging, by gluing or pouring. The sensor arrangement can but also injected directly into the De ckel of the housing of the filter then there is a slight change between a housing with or without sensor arrangement is possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird anhand einer 1 der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel erläutert, das schematisch einen Luftfilter in einem Gehäuse mit einer am Deckel angebrachten Sensoranordnung zeigt, bei der die Energiegewinnung autark ist und eine drahtlose Messdatenübertragung erfolgt.The invention is based on a 1 of the drawing with an exemplary embodiment, which schematically shows an air filter in a housing with a sensor assembly mounted on the lid, in which the energy is self-sufficient and wireless data transmission takes place.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist als Filter 1 ein Luftfilter für die Filterung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug gezeigt. Ein Filterelement 2, beispielsweise aus Vlieslagen, ist in einem Gehäuse 3 angeordnet, durch das die angesaugte Luft von der Anströmseite gemäß Pfeil 4 zur Abströmseite gemäß Pfeil 5 strömt.In 1 is as a filter 1 an air filter for filtering the intake air of an internal combustion engine shown in a motor vehicle. A filter element 2 , For example, from nonwoven layers, is in a housing 3 arranged, through which the sucked air from the upstream side as indicated by arrow 4 to the downstream side according to the arrow 5 flows.

Es sind hier eine Sensoranordnung 6 am Deckel des Gehäuses 3 angeordnet, die aus einem Energiewandler 7 zur Energieversorgung der Sensoranordnung 7, einem Energiemanagementbaustein 8 zur Regelung der Energieversorgung, einem Sensorelement 9 zur Erfassung des Drucks der Luft als des zu filternden Mediums, einem Sensorelement 10 zur Erfassung der Temperatur der Luft, einem Signalverarbeitungsbaustein 11 und einem Sendermodul 12, als weiterer Bestandteil der Sensoranordnung vorhanden, mit denen die Signale bzw. die Messdaten der Sensorelemen te 9 und 10 vorverarbeitet und einem Empfänger 13 drahtlos über eine Übertragungsstrecke 14 übermittelt werden können.There is a sensor arrangement here 6 on the lid of the housing 3 Arranged from an energy converter 7 for supplying energy to the sensor arrangement 7 , an energy management module 8th for regulating the power supply, a sensor element 9 for detecting the pressure of the air as the medium to be filtered, a sensor element 10 for detecting the temperature of the air, a signal processing module 11 and a transmitter module 12 , as a further component of the sensor arrangement present, with which the signals or the measured data of the Sensorelemen te 9 and 10 preprocessed and a receiver 13 wireless over a transmission link 14 can be transmitted.

Mit dem Energiewandler 7 kann beispielsweise eine Druck- oder Temperaturdifferenz der Luft im Filter 1 zum Außenraum ausgenutzt werden. Damit kann die Energieversorgung der Sensoranordnung 6 sichergestellt werden, die am Gehäuse 3 des Filters 1 durch Einklippsen, durch Einstecken, durch Kleben oder Vergießen oder nur an einem austauschbaren Deckel des Gehäuses 3 angebracht ist. Die drahtlos vom Sendermodul 12 zum Empfänger 13 übertragenen Messdaten können dann im Bordnetz des Kraftfahrzeuges in einem Bordcomputer und/oder über eine Datenbusanbindung (CAN) weiterverarbeitet werden.With the energy converter 7 For example, a pressure or temperature difference of the air in the filter 1 be used to the outside space. Thus, the power supply of the sensor arrangement 6 be ensured, on the housing 3 of the filter 1 by clipping, by plugging, by gluing or potting or only on an exchangeable cover of the housing 3 is appropriate. The wireless from the transmitter module 12 to the recipient 13 transmitted measurement data can then be further processed in the electrical system of the motor vehicle in an on-board computer and / or via a data bus connection (CAN).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • - EP 1312171 B1 [0005] - EP 1312171 B1 [0005]

Claims (9)

Sensoranordnung an einem Filter (1) mit folgenden Merkmalen, – es sind Sensorelemente (9) zur Erfassung des Drucks eines zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements (2) vorhanden, und/oder – es sind Sensorelemente (10) zur Erfassung der Temperatur des zu filternden Mediums an mindestens einer an- oder abströmigen Seite eines Filterelements (2) vorhanden, – es ist ein Energiewandler (7) zur Gewinnung elektrischer Energie für die Sensoranordnung (6) aus dem zu filternden Medium oder dem Umfeld des Filters (1) vorhanden, – es ist ein Energiemanagmentbaustein (8) zur Regelung der Energieversorgung der Sensoranordnung (6) vorhanden, und – es ist ein Signalverarbeitungsbaustein (11) als Bestandteil der Sensoranordnung (6) vorhanden, mit dem die Signale der Sensorelemente vorverarbeitbar und mittels eines Sendermoduls (12) einem Empfänger (13) drahtlos übermittelbar sind.Sensor arrangement on a filter ( 1 ) with the following features, - they are sensor elements ( 9 ) for detecting the pressure of a medium to be filtered on at least one on or downstream side of a filter element ( 2 ), and / or - they are sensor elements ( 10 ) for detecting the temperature of the medium to be filtered on at least one on or downstream side of a filter element ( 2 ), - it is an energy converter ( 7 ) for obtaining electrical energy for the sensor arrangement ( 6 ) from the medium to be filtered or the environment of the filter ( 1 ), - it is an energy management module ( 8th ) for controlling the power supply of the sensor arrangement ( 6 ), and - it is a signal processing module ( 11 ) as part of the sensor arrangement ( 6 ), with which the signals of the sensor elements can be preprocessed and by means of a transmitter module ( 12 ) a receiver ( 13 ) can be transmitted wirelessly. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (7) eine Druckdifferenz des zu filternden Mediums auf der An- und Abströmseite (Pfeile 4 und 5) oder zwischen einer dieser Seiten und dem Außenraum am Filter (1) ausnützt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the energy converter ( 7 ) a pressure difference of the medium to be filtered on the inflow and outflow side (arrows 4 and 5 ) or between one of these sides and the outside of the filter ( 1 ) exploits. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (7) eine Temperaturdifferenz des zu filternden Mediums auf der An- und Abströmseite (Pfeile 4 und 5) oder zwischen einer dieser Seiten und dem Außenraum am Filters (1) ausnützt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the energy converter ( 7 ) a temperature difference of the medium to be filtered on the inflow and outflow side (arrows 4 and 5 ) or between one of these sides and the outside space on the filter ( 1 ) exploits. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (7) eine Fluidbewegung des zu filternden Mediums auf der An- und/oder Abströmseite (Pfeile 4 und 5) ausnützt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the energy converter ( 7 ) a fluid movement of the medium to be filtered on the arrival and / or downstream side (arrows 4 and 5 ) exploits. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (7) eine mechanische Schwingung des Filters (1) ausnützt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the energy converter ( 7 ) a mechanical vibration of the filter ( 1 ) exploits. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (7) eine Lichtquelle im Bereich des Filters (1) ausnützt.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the energy converter ( 7 ) a light source in the region of the filter ( 1 ) exploits. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) am Gehäuse (3) des Filters (1) durch Einklippsen, durch Einstecken, durch Kleben oder Vergießen angebracht ist.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement ( 6 ) on the housing ( 3 ) of the filter ( 1 ) by clipping, by plugging, by gluing or pouring is attached. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (6) direkt in den Deckel des Gehäuses (3) des Filters (1) eingespritzt ist.Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the sensor arrangement ( 6 ) directly into the lid of the housing ( 3 ) of the filter ( 1 ) is injected. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (1) ein Luftfilter im Luftansaugweg für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug ist und dass die drahtlos übertragenen Messdaten im Bordnetz des Kraftfahrzeuges in einem Bordcomputer und/oder einer Datenbusanbindung (CAN) weiterverarbeitbar sind.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the filter ( 1 ) An air filter in Luftansaugweg for an internal combustion engine in a motor vehicle and that the wirelessly transmitted measurement data in the electrical system of the motor vehicle in an on-board computer and / or a data bus connection (CAN) are further processed.
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