Verfahren zur überwachung des Beladungszustandes einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Ermittlung eines Beladungszustandes einer Klimatisierungseinrichtung und eine Klimatisierungseinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wobei die Klimatisierungseinrichtung, eine Filtereinheit, eine Wärmetauschereinheit, eine Sensoreinheit, und eine Auswerteelektronik aufweist. Die Filtereinheit und die Sensoreinheit sind in einem Luftkanal angeordnet, wobei die Sensoreinheit mit der Auswerteelektronik zur Bestimmung des Beladungszustandes der Filtereinrichtung verbunden ist. Der Beladungszustand einer Filtereinrichtung wird auch als Sättigungszustand der Filtereinrichtung bezeichnet.

Aus der DE 199 05 610 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes einer Filtereinrichtung für Kabinenluftfilter bei Kraftfahrzeugen bekannt, wobei die Filtereinrichtung eine Gebläseeinheit zur Beförderung der Luft in den Kabineninnenraum aufweist, die dem Kabinenluftfilter vor- oder nachgeschaltet ist. Der Beladungszustand der Filtereinrichtung wird durch Summation der Gebläselaufzeit ermittelt, wobei die so ermittelte Gesamtluftmenge als Maß für den Beladungszustand der Filtereinrichtung dient. Allerdings wird ebenso bei diesem Verfahren die Qualität der Luft nicht berücksichtigt, d. h. die tatsächliche Beladung der Filtereinheit wird nur ungenau bestimmt.

Aus der DE 100 36 270 A1 ist eine Klimaeinrichtung mit Filtereinheit für Kraftfahrzeuge und ein Verfahren zu deren Betrieb bekannt. Bei der Filtereinrichtung wird mittels einer Gebläseeinheit Luft durch eine Filtereinheit befördert. Mittels einer Auswerteelektronik mit Anzeigeeinrichtung wird mit einer Abtasteinheit die aktuelle Gebläseleistung der Gebläseeinheit bestimmt. Durch Integration der Gebläseleistung wird die Gesamtluftmenge bestimmt. In dem Luftkanal ist noch ein zusätzlicher Schadgassensor vorgesehen, der mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist. Bei

dieser Klimaeinrichtung bzw. dem Verfahren wird der Beladungszustand einer Filtereinrichtung mit Schadgasen ermittelt. Die Beladung der Filtereinrichtung mit Partikeln kann hiermit jedoch nicht ermittelt werden.

Aus der US 6,582,295 B1 ist eine Klimaeinrichtung für Kraftfahrzeugkabinen mit Filtereinheit und Gebläseeinheit, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb bekannt. Es wird eine Referenzwertmessung der Leistungsaufnahme des Gebläses durchgeführt unter Verwendung einer unbeladenen Filtereinheit. Mit steigendem Beladungszustand der Filtereinheit sollte auch die Leistungsaufnahme der Gebläseeinheit ansteigen. Auf Grund der geringen änderungen der

Leistungsaufnahme bei handelsüblichen Gebläseeinheiten sind nur unter erheblichem Aufwand reproduzierbare Beladungszustände der Filtereinheit zu erhalten.

Aus der US 4,751 ,501 B1 ist eine Filtereinrichtung zur Bestimmung des

Beladungszustandes einer Filtereinheit bekannt. An einer Filtereinheit, die als Partikelfilter ausgebildet ist, ist ein Differenzdrucksensor angeordnet. Der Differenzdrucksensor dient zur Bestimmung des Druckabfalls an der Filtereinheit. Der Filtereinheit ist ein pneumatischer Strömungssensor zur Bestimmung des Volumenstroms der Luft naGhgeschaltet. Mittels eines Vergleichs der aktuellen Werte dieser beiden Sensoren mit Referenzwerten einer unbeladenen Filtereinheit kann sehr genau der Beladungszustand der Filtereinheit bestimmt werden. Allerdings handelt es sich um ein kostenintensives Verfahren bei dem der Differenzdrucksensor seinerseits für Verschmutzung mit Staub anfällig ist.

Aus der DE 102 15 925 A1 ist eine Sensoranordnung zur Bestimmung des Druckabfalls an einer Filtereinheit eines Luftfilters für Kraftfahrzeuge bekannt. Auf Grund unterschiedlicher Drücke auf den beiden Seiten der Filtereinheit wird eine Auslenkung einer Membran eines Differenzdrucksensors ermittelt. Diese Auslenkung ist ein Maß für den Beladungszustand der Filtereinheit. Eine derartige

Sensoranordnung hat ähnliche Nachteile wie die Filtereinrichtung der US 4,751 ,501 B1.

Aus der DE 101 62 806 A1 sind ein Verfahren und eine Filtereinrichtung bekannt, bei welchen der Beladungszustand einer Filtereinheit mittels Messung des anströmseitigen Reflexionsgrades der Filtereinheit mit einem optischen Sensor bestimmt wird. Diese Art der Messung des Beladungszustandes hängt allerdings sehr stark von der Art des Beladungsaerosols ab und ist deswegen nicht reproduzierbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einfach, kostengünstig und reproduzierbar den Beladungszustand einer Klimatisierungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Partikelfilters der Klimaanlage, zu ermitteln.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit dem Verfahren für die Ermittlung eines Beladungszustandes einer Klimatisierungseinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1 und mit der Klimatisierungseinrichtung gemäß dem Patentanspruch 6 gelöst.

Mit der Lösung gemäß dem Patentanspruch 1 ist ein Verfahren für die Ermittlung eines Beladungszustandes einer Klimatisierungseinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit folgenden Schritten vorgesehen: Bereitstellen einer Klimatisierungseinrichtung mit einer Filtereinheit, einer Wärmetauschereinheit, und einer Sensoreinheit, wobei die Filtereinheit, die Wärmetauschereinheit und die Sensoreinheit in einem Luftkanal angeordnet sind, die Wärmetauschereinheit stromabwärts zur Filtereinheit und zwischen der Filtereinheit und der Sensoreinheit angeordnet ist, die Sensoreinheit zu einer Austrittsfläche der Wärmetauschereinheit mit einem Abstand, vorzugsweise von mehr als 20 cm, angeordnet ist, die Sensoreinheit einen Strömungssensor, der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element ausgebildet ist, und einen Temperatursensor aufweist, und das PTC-Element und der Temperatursensor benachbart voneinander in dem Luftkanal angeordnet sind, Einstellung eine oder mehrerer vordefinierter Umgebungsbedingungen, insbesondere einer Gebläseleistung einer in dem Luftkanal angeordneten Gebläseeinheit, Messung eines Signals des Strömungssensors und eines Signals des Temperatursensors zu einem Zeitpunkt t-i, und Bestimmung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung durch eine Auswerteelektronik basierend auf den gemessenen Signalen des Strömungssensors

und des Temperatursensors zu dem Zeitpunkt ti sowie ein oder mehreren in einer Speichereinheit gespeicherten Referenzwerten, welche ein Signal des Strömungssensors in Abhängigkeit von einem Signal des Temperatursensors bei einem Referenz-Beladungszustand spezifizieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenso vorrichtungsgemäß gelöst mit einer Klimatisierungseinrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 6. Hierbei ist vorgesehen, dass die Klimatisierungseinrichtung, eine Filtereinheit, eine Wärmetauschereinheit, eine Sensoreinheit, und eine Auswerteelektronik aufweist, wobei die Filtereinheit, die Wärmetauschereinheit, und die Sensoreinheit in einem Luftkanal angeordnet sind und die Sensoreinheit mit der Auswerteelektronik verbunden ist, wobei die Wärmetauschereinheit stromabwärts zur Filtereinheit und zwischen der Filtereinheit und der Sensoreinheit angeordnet ist, wobei die Sensoreinheit zu einer Austrittsfläche der Wärmetauschereinheit in einen Abstand, vorzugsweise von mehr als 20 cm, angeordnet ist und wobei die

Sensoreinheit einen Strömungssensor aufweist, der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element ausgebildet ist, und einen Temperatursensor aufweist, und das PTC-Element und der Temperatursensor benachbart voneinander in dem Luftkanal angeordnet sind.

Besonders vorteilhaft ist, dass erfindungsgemäß benachbart zu dem Strömungssensor, der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element ausgebildet ist, ein Temperatursensor angeordnet ist, der die Temperatur der umgebenden Luft misst. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Messung des Strömungssensors mittels der benachbart gemessenen Temperatur korrigiert werden kann und somit der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung genau, also auch reproduzierbar, bestimmt wird. Den Strömungssensor als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element auszubilden ist kostengünstig, da es sich bei dem Strömungssensor um Halbleitermassenware handelt. Weiter wird durch die spezielle Anordnung der Sensoreinheit zu der Filtereinheit und der Wärmetauschereinheit eine genaue Bestimmung des Beladungszustandes erzielt. Der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung wird hierbei im wesentlichen von dem Beladungszustand der Filtereinheit sowie unter Umständen auch von dem Beladungszustand der Wärmetauschereinheit bestimmt. In der Praxis erfolgt die Auswertung des PTC-

Elementes als einfache Spannungsmessung über eine Spannungsteilerschaltung. Ferner erlaubt die Bestimmung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung dynamische Serviceintervallzeiten der Klimatisierungseinrichtung, wodurch ein optimaler Betrieb der Klimatisierungseinrichtung gewährleistet wird.

Bei der Wärmetauschereinheit kann es sich um ein Kühlaggregat oder um ein Heizaggregat handeln, welches den im Luftkanal geführten Luftstrom abkühlt bzw. erwärmt. Die Wärmetauschereinheit kann ferner auch aus einem Kühlaggregat und einem Heizaggregat bestehen, die vorzugsweise hintereinander in dem Luftstrom im Luftkanal geschaltet sind, um sie wahlweise einzeln oder gemeinsam einzuschalten. Auf diese Weise kann besonders gut eine Temperierung und/oder Strömungsregulierung des Luftstroms im Luftkanal eingestellt werden. Die Wärmetauschereinheit kann auch als ein Aggregat ausgebildet sein, welches zum Kühlen als auch zum Heizen betrieben werden kann. Die Wärmetauschereinheit kann grundsätzlich aus einem oder aus mehreren Wärmetauschereinheiten bestehen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch Ausführungen gemäß den abhängigen Ansprüchen.

Bei Ausführungen, bei denen die Wärmetauschereinheit zum Kühlen der den Luftkanal durchströmenden Luft ausgebildet ist, kann die Wärmetauschereinheit z. B. als Verdampfer eines Kühlmittelkreislaufes ausgebildet sein. Bei Ausführungen, bei denen die Wärmetauschereinheit zum Heizen der den Luftkanal durchströmenden Luft ausgebildet ist, kann die Wärmetauschereinheit z. B. als Wärmetauscher eines ölkühlkreislaufes des Kraftfahrzeuges ausgebildet sein.

Bei Ausführungen, bei denen mehrere Wärmetauschereinheiten zwischen der Filtereinheit und der Sensoreinheit in dem Luftkanal angeordnet sind, kann z. B. mindestens eine Wärmetauschereinheit zum Heizen und mindestens eine Wärmetauschereinheit zum Kühlen der den Luftkanal durchströmenden Luft ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden der Strömungssensor und der Temperatursensor nicht mehr als 1 mm bis 10 mm beabstandet voneinander in dem Luftkanal angeordnet. Hieraus ergibt sich eine besonders genaue Messung der Temperatur der Luft, die den Strömungssensor umströmt.

Es kann vorgesehen sein, dass der Temperatursensor vorzugsweise als NTC- Element ausgebildet ist (NTC = negative temperature coefficient). Der Temperatursensor kann aber auch als PTC-Element ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Temperatursensor ein Widerstandsthermometer pt100 oder ptiOOO.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Sensoreinheit eine luftdurchlässige Kappe auf, die derart angeordnet ist, dass die luftdurchlässige Kappe den Strömungssensor umgibt. Vorteilhaft ist, dass die luftdurchlässige Kappe die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die den Strömungssensor erreicht verringert. Der Strömungssensor, der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element ausgebildet ist, ist bei kleineren Strömungsgeschwindigkeiten der Luft empfindlicher auf änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten der Luft. Hieraus ergibt sich vorteilhaft eine verbesserte Messgenauigkeit des Strömungssensors.

Die Sensoreinheit weist zu einer Austrittsfläche der Wärmetauschereinheit einen Abstand von mehr als 20 cm, vorzugsweise von mehr als 40 cm, auf. Ein derart relativ großer Abstand gewährleistet, dass sich die Luft bereits gleichmäßig nach der Filtereinheit durchmischt hat, wodurch die Genauigkeit der Temperaturmessung des Temperatursensors begünstigt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Filtereinheit als Partikelfilter ausgebildet. Die Filtereinheit kann einen plissierten Filtermaterialkörper aufweisen. Die Filtereinheit kann hierbei aus Vliesstoff bestehen. Bei der Filtereinheit kann es sich auch um einen Kombifilter z. B. mit Aktivkohle - Adsorbens handeln.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Kappe, die den Strömungssensor, umgibt als eine, vorzugsweise aus Köpertressengewebe gebildete, luftdurchlässige Kappe ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Kappe aus Edelstahl ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Auswerteelektronik eine Speichereinheit auf, und die Auswerteelektronik ist derart ausgestaltet, dass die Auswerteelektronik Signalwerte des Strömungssensors und des Temperatursensors gleichzeitig erfasst und in der Speichereinheit abspeichert. Die Auswerteelektronik kann mit dem Strömungssensor und dem Temperatursensor der Sensoreinheit verbunden sein. Die Speichereinheit kann dabei ein integraler Bauteil der Auswerteelektronik sein. Wird die Klimatisierungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug betrieben, so kann die Speichereinheit und/oder die Auswerteelektronik in einem Bordcomputer des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Klimatisierungseinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, vorzugsweise als LED ausgebildet, zur Anzeige des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung auf. Falls die Klimatisierungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, kann die Anzeigeeinrichtung Bestandteil eines Bordcomputers sein und/oder die

Anzeigeeinrichtung kann in einer Armaturentafel eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz in Lastkraftfahrzeuge, der Lastkraftfahrzeugführer hat somit die Möglichkeit den Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung unabhängig von einer Kraftfahrzeugwerkstatt zu bestimmen. Dies ermöglicht den Lastkraftfahrzeugführer z. B. selbst den Partikelfilter der Klimatisierungseinrichtung auszutauschen, wenn dieser hinreichend stark Beladen ist. Es wird somit ermöglicht, die Unterhaltkosten des Lastkraftfahrzeuges zu reduzieren, denn der Beladungszustand kann von dem Lastkraftfahrzeugführer selbst vorgenommen werden, wodurch keine unnötige überprüfung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung durch die Kraftfahrzeugwerkstatt bei Service-Inspektion des Lastkraftfahrzeuges stattfindet.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen der Strömungssensor und/oder der Temperatursensor ein Raumvolumen von 1 mm ³ bis 1 cm ³ auf. Ein geringes Raumvolumen des Strömungssensors und/oder des Temperatursensors von 1 mm ³ bis 1 cm ³ ist besonders vorteilhaft, denn die Luftströmung wird durch den Strömungssensor und/oder den Temperatursensor nur vernachlässigbar beeinflusst.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Luftkanal einen Nebenluftkanal auf, wobei in dem Nebenluftkanal eine Klappe zur Regelung des Luftvolumenstroms vorgesehen ist, und wobei die Sensoreinheit in dem Nebenluftkanal angeordnet ist. Vorteilhaft ist, das hierbei die Strömungsgeschwindigkeit der Luft verringert ist, und der Strömungssensor in einem empfindlicheren Betriebsmodus betrieben wird. Dies erhöht die Messgenauigkeit des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Klimatisierungseinrichtung eine in dem Luftkanal angeordnete Gebläseeinheit auf und die Sensoreinheit ist in einem Abstand von mehr als 40 cm von der Gebläseeinheit angeordnet. Der relativ große Abstand begünstigt, dass sich die Luft gleichmäßig durchmischt hat, bevor der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung bestimmt wird, wodurch eine höhere Messgenauigkeit erzielt wird.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Temperatursensor der Sensoreinheit mit einer Steuereinheit einer Klimaeinrichtung verbunden ist, sodass der Temperatursensor zur Reglung der Klimaeinrichtung verwendet werden kann.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Klimatisierungseinrichtung eine weitere Sensoreinheit aufweist, die nah oder direkt anschließend an der Filtereinheit angeordnet ist. Die weitere Sensoreinheit an der Filtereinheit ermöglicht unter ständiger Messung und Auswertung eine frühzeitige Erkennung einer schnellen änderung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung, sodass etwa plötzlich auftretende Löcher in der Filtereinheit und/oder plötzlich auftretende starke Beladung, etwa durch Laub, der Filtereinheit sofort erkannt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung wird die Klimatisierungseinrichtung mit einer unbeladenen Filtereinheit bereit gestellt. Es werden sodann eine oder mehrere vordefinierte Umgebungsbedingungen, insbesondere die Gebläseleistung, der in dem Luftkanal angeordneten Gebläseeinheit, eingestellt. Es kann vorgesehen sein, dass der Luftkanal strömungstechnisch in einen vordefinierten Zustand gebracht wird, wobei

vorzugsweise Klappen des Luftkanals in vordefinierte Stellungen gebracht werden, z. B. werden alle Klappen geöffnet oder geschlossen. Sodann wird mittels der Auswerteelektronik gleichzeitige das Signal des Strömungssensors und das Signal des Temperatursensors für verschiedene Temperaturen der Luft, welche die Sensoreinheit umgibt, gemessen. Spezifizierende Werte der Signale des

Strömungssensors werden als Referenzwerte für die verschiedenen Temperaturen der Luft entsprechend den Signalen des Temperatursensors in der Speichereinheit gespeichert. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass diese Referenzwerte das Zusammenwirken der Bauteil, wie Filtereinheit, Sensoreinheit, Luftkanal, Gebläseeinheit etc, mit ihrer geometrischen Anordnung in der

Klimatisierungseinrichtung charakterisieren. Somit kann mittels dieser charakteristischen Referenzwerte der Beladungszustand für diese Klimatisierungseinrichtung sehr genau Bestimmt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein spezifizierender Wert des zum Zeitpunkt t| gemessenen Signals des Strömungssensors als Istwert des Strömungssensors durch die Auswerteelektronik ermittelt.

Die zuvor bestimmten und gespeicherten Referenzwerte, welche ein Signal des Strömungssensors in Abhängigkeit von einem Signal des Temperatursensors bei einem Referenz-Beladungszustand für eine oder mehre Temperaturen der Luft spezifizieren, die den Strömungssensor umgibt, werden bevorzugt in Form einer Funktion beschrieben. Vorzugsweise ist diese Funktion eine lineare Funktion der Temperatur. Diese gespeicherten Referenzwerte können hierbei z. B. Parameter der Funktion sein. Bei einer linearen Funktion können diese Parameter z. B. eine Steigung und/oder ein sogenannter y-Abschnitt sein. Diese gespeicherten Referenzwerte können hierbei auch als eine Wertetabelle, insbesondere der Funktion, in der Speichereinheit der Auswerteelektronik gespeichert sein. Mit dem Signal des Temperatursensors zum Zeitpunkt U kann mittels der zuvor bestimmten Funktion ein um die Temperatur der umgebenden Luft korrigierter Istwert des Signals des Strömungssensors auf besonders einfache weise erhalten werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung des Istwertes des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti von dem zuvor ermittelten Referenzwert des Signals des Strömungssensors in Form einer Differenz bestimmt. Der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung als akzeptabel bewertet, falls eine Norm, vorzugsweise als Absolutbetrag ausgebildet, der vorangehend bestimmten Abweichung einen Schwellenwert nicht überschreitet.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine relative Abweichung des Istwertes des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti von dem zuvor ermittelten Referenzwert des Signals des Strömungssensors bestimmt, wobei die relative Abweichung nicht negativ und nicht größer als 1 ist. Vorzugsweise wird die relative Abweichung gebildet, indem zunächst der Istwert von dem Referenzwert subtrahiert wird und anschließend durch den Referenzwert dividiert wird. Sodann wird der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung als akzeptabel bewertet, falls eine Norm, vorzugsweise als Absolutbetrag ausgebildet, der vorangehend bestimmten relativen Abweichung einen Schwellenwert nicht unterschreitet.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schwellenwerte mit einem Wert von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, eingesetzt.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Signale des Strömungssensors und des Temperatursensors nach einer Zeitspanne T, vorzugsweise von mindestens 10 s, nach der Einstellung der einen oder der mehrerer vordefinierten Umgebungsbedingungen erfasst und zwar nachdem sich an dem Strömungssensor und an dem Temperatursensor stationäre Signale eingestellt haben. Vorteilhaft ist, dass sich nach der Zeitspanne T, sowohl ein strömungsmechanisches als auch ein thermodynamisches Gleichgewicht eingestellt haben, wodurch eine besonders hohe Qualität, insbesondere betreffend der Reproduzierbarkeit, der Messwerten erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Gebläseleistung derart eingestellt, sodass sich eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Bereich von 0.1 m/s bis 2.0 m/s, vorzugsweise von 0.5 m/s, ergibt. Vorteilhaft

ist, dass die Sensoreinheit, betrieben bei diesen geringen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft, besonders sensitiv auf änderungen der Strömungsgeschwindigkeit der Luft ist, wodurch eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird.

Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:

Figur 1 : Eine schematische Darstellung einer Klimatisierungseinrichtung eines Ausführungsbeispieles.

Figur 2a): Eine Spannungsteilerschaltung zur Messung des Signals des Strömungssensors einer ersten Ausführungsform.

Figur 2b): Eine Spannungsteilerschaltung zur Messung des Signals des Strömungssensors einer zweiten Ausführungsform.

Figur 3: Ein Graph einer Messung des Signals des Strömungssensors nach der ersten und nach der zweiten Ausführungsform entsprechend

Schaltpläne der Figuren 2a) bzw. 2b) in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Luft v.

Figur 4: Ein Graph einer Messung des Signals des Strömungssensors L/τ(v) für verschiedene Positionen der Sensoreinheit in Abhängigkeit einer relativen Gebläseleistung eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Figur 5: Ein Graph einer Messung des Signals des Strömungssensors Uj(v) in Abhängigkeit der Temperatur Tu, welche die Sensoreinheit umgibt des weiteren Ausführungsbeispiels.

Figur 6: Ein Graph einer Messung des Signals des Strömungssensors U _τ (v) für verschiedene Abdeckungsgrade der Filtereinheit und verschiedene

Gebläseleistungen der Gebläseeinheit des weiteren Ausführungsbeispiels.

Figur 7: Ein Graph einer Messung von Signalen mehreren Strömungssensoren Uj(v) für verschiedene Positionen der Sensoreinheiten des weiteren

Ausführungsbeispiels unter Beladung.

Figur 8: Ein Graph einer Messung der änderung des Signals des

Strömungssensors Uj{v) für verschiedene Positionen der Sensoreinheit in Abhängigkeit einer relativen Gebläseleistung des weiteren

Ausführungsbeispiels.

Figur 9: Ein Graph einer Messung von Signalen mehreren Strömungssensoren für verschiedene Positionen der Sensoreinheiten und des Druckabfalls and der Filtereinheit des weiteren Ausführungsbeispiels unter Beladung.

Figur 10: Ein Graph einer Teil-Messung aus Figur 9 des Signals eines

Strömungssensors der Sensoreinheit und des Druckabfalls and der Filtereinheit des weiteren Ausführungsbeispiels mit einem Strömungssensor angeordnet in einem kleinen Ausströmer unter

Beladung.

Anhand der Figur 1 wird zunächst der Aufbau der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung 1 beschrieben.

Bei der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung 1 handelt es sich um eine Luftfiltereinrichtung für Kraftfahrzeuge. Diese Klimatisierungseinrichtung 1 ist vorzugsweise Bestandteil einer Klimaeinrichtung und wird zur Kabinenluftfilterung verwendet. Die Klimatisierungseinrichtung 1 umfasst eine Filtereinheit 3, eine Sensoreinheit 4 und eine Auswerteelektronik 6. Hierbei ist die Filtereinheit 3 und die Sensoreinheit 4 in einem Luftkanal 5 nacheinander mit einem Abstand von mehr als 40 cm angeordnet. In einer nichtgezeigten Ausführung kann die Sensoreinheit 4 vor einer Aufteilung des Luftstroms in verschiedene

Nebenluftkanäle, die z. B. Fußraum, Cockpit und Windschutzscheibe versorgen, angeordnet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 4 in einem dieser Nebenluftkanäle angeordnet ist, wobei durch eine Klappe die Strömung der Luft in dem Nebenkanal geregelt werden kann.

Bei der Filtereinheit 3 handelt es sich um einen plissierten Filter vorzugsweise aus Vliesstoff der als Partikelfilter ausgebildet ist. Es kann sich alternativ aber auch um einen nicht plissierten Filter z. B. einen Plattenfilter handeln.

Die Strömungsrichtung der Luft in dem Luftkanal 5 ist durch den Richtungspfeil 11 gekennzeichnet.

Die Sensoreinheit 4 ist elektronisch mittels einer Signalleitung 4s mit der Auswerteelektronik 6 verbunden.

Die Sensoreinheit 4, mit welcher der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung bestimmt wird, weist einen Strömungssensor 41 , der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC- Element ausgebildet ist, und einen Temperatursensor 42 auf. Der Strömungssensor 41 und der Temperatursensor 42 werden derart benachbart angeordnet, dass mit dem Temperatursensor 42 die Luft, die den Strömungssensor 41 umgibt, hinreichend genau bestimmt werden kann. In dem Fall, dass der Strömungssensor 41 und der Temperatursensor 42 in einem nicht gezeigten Nebenluftkanal angeordnet sind, können die beiden Sensoren auch gegenüberliegend an den Wänden des Nebenluftkanals angeordnet sein und/oder auch bis zu 10 cm beabstandet sein. Der Temperatursensor 42 kann als ein NTC, ein pt100 oder ptiOOO ausgebildet sein. Bevorzugt ist der Temperatursensor 42 ein NTC- Element.

Ferner weist die Klimatisierungseinrichtung 1 eine Gebläseeinheit 2 auf, die in dem Luftkanal 5 angeordnet ist. Bei der Gebläseeinheit 2 handelt es sich um eine regelbare Gebläseeinheit 2 in Form eines Ventilators. Die Gebläseleistung der Gebläseeinheit 2 ist beliebig wählbar.

Eine Wärmetauschereinheit 7 mit Lamellenstruktur und eine weitere Wärmetauschereinheit 71 sind in dem Luftkanal 5 zwischen der Filtereinheit 3 und

der Sensoreinheit 4 angeordnet. Die Wärmetauschereinheit 7 ist als Verdampfer eines Kühlmittelkreislaufes ausgebildet und kann zum Kühlen der den Luftkanal 5 durchströmenden Luft verwendet werden. Die weitere Wärmetauschereinheit 71 ist als Wärmetauscher eines ölkühlkreislaufes des Kraftfahrzeuges ausgebildet und kann zum Heizen der den Luftkanal 5 durchströmenden Luft verwendet werden. Es kann in einer nicht dargestellten Ausführung vorgesehen sein, dass nur eine Wärmetauschereinheit 7 bzw. 71 vorgesehen ist. Der Verdampfer 7 und der Wärmetauscher 71 sind sowohl von der Filtereinheit 3 als auch von der Sensoreinheit 4 mindestens 2 cm beabstandet in dem Luftkanal 5 angeordnet. Ferner ist noch ein weiterer Wärmetauscher 71 mit Lamellenstruktur in dem Luftkanal 5 angeordnet. Der weitere Wärmetauscher 71 ist zwischen der Filtereinheit 3 und der Sensoreinheit 4 angeordnet. Der Wärmetauscher 71 kann als Zuheizer der Klimaeinrichtung fungieren.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist eine in dem Luftkanal 5 angeordnete

Vorabscheidereinheit 8 stromaufwärts von der Gebläseeinheit 2 vorgesehen. Diese Vorabscheidereinheit 8 ist als grobmaschiges Gitter ausgebildet und dient dazu, dass kein grober Schmutz, wie z. B. Laub, kleine äste, Teile von Kunststofftüten, oder ähnliches, in den Luftkanal 5 gelangen kann und somit die Gebläseeinheit 2 und die Filtereinheit 3 vor Verschmutzung und/oder vor Beschädigung schützt.

Des Weiteren weist der Strömungssensor 41 eine luftdurchlässige und kugelförmige Kappe 43 aus Köpertressengewebe auf. Die Kappe 43 besteht aus Edelstahl. Die Kappe 43 hat einen Durchmesser, derart dass die Kappe 43 einen Luftspalt von 1 mm bis 3 mm zu dem Strömungssensor 41 aufweist.

In einer nicht gezeigten Ausführung kann direkt stromabwärts, hinter der Filtereinheit 3 ist eine weitere Sensoreinheit in dem Luftkanal 5 angeordnet sein. Vorzugsweise weist die Sensoreinheit dabei einen Abstand von nicht mehr als 5 cm zur Filtereinheit 3 auf. Diese weitere Sensoreinheit kann identisch zu der Sensoreinheit 4 ausgebildet sein. D. h. die weitere Sensoreinheit kann einen Strömungssensor, der als im selbsterhitzenden Modus betriebenes PTC-Element ausgebildet ist, und einen Temperatursensor umfassen. Der Strömungssensor und der Temperatursensor können benachbart mit geringem Abstand von nicht mehr als 1 mm bis 10 mm

voneinander angeordnet sein. Diese weitere Sensoreinheit kann elektronisch mittels einer Signalleitung mit der Auswerteelektronik 6 verbunden sein.

Die Auswerteelektronik 6 weist neben analogen und/oder digitalen Baugruppen, z. B. einer CPU ₁ zur Auswertung der Signale der Sensoreinheit 4 weiter auch eine

Speichereinheit 62 und eine Anzeigeeinrichtung 61, die als LED ausgebildet ist, auf.

Ferner ist die Auswerteelektronik 6 über eine Signalleitung 6s oder den Kraftfahrzeug-Bus mit einer Steuereinheit 10 der Klimaeinrichtung und/oder weiteren Komponenten der Kraftfahrzeugelektronik verbunden. Mittels der elektronische Kopplung von Auswerteelektronik 6 und Steuereinheit 10 der Klimaeinrichtung können vorteilhaft die Informationen, gewonnen mit der Sensoreinheit 4, zur optimierten Steuerung der Klimaeinrichtung weiterverwertet werden.

Ferner ist die Dimensionierung der Sensoreinheit 4, wie in Figur 1 zu entnehmen ist, klein gegenüber dem Luftkanal 5 wobei die Sensoreinheit 4 ein Raumvolumen von weniger als 2 cm ³ einnimmt.

Wichtig bei der Anordnung der Sensoreinheit 4 ist, dass diese Sensoreinheit, um eine optimale Funktion zu gewährleisten, im Sommer wie als auch im Winter nicht in direktem Kontakt mit den eventuell extremen Außentemperaturen stehen. Dies wird erreicht, indem die Sensoreinheit 4 durch Bauteile, wie Filtereinheit 3 und/oder eine oder mehrere Wärmetauschereinheiten, die als Verdampfer 7 und/oder Wärmetauscher 71 ausgebildet sind, abgepuffert angeordnet werden.

Die Ermittlung des Beladungszustandes einer Klimatisierungseinrichtung 1 der Luftfiltereinrichtung in einer Klimaeinrichtung eines Kraftfahrzeuges, entsprechend der Figur 1 , erfolgt, wie im Folgenden erläutert wird:

Zunächst werden Referenzwerte durch Auswerteelektronik 6 für eine unbeladene, d. h. unverbrauchte, Filtereinheit 3 ermittelt werden. Hierzu wird in der Klimatisierungseinrichtung 1 eine unbeladene Filtereinheit 3 bereitgestellt. An der Klimatisierungseinrichtung 1 werden eine oder mehrere vordefinierte Umgebungsbedingungen, insbesondere der Gebläseleistung der in dem Luftkanal 5

angeordneten Gebläseeinheit 2, eingestellt. Etwaige Klappen des Luftkanals 5 der Klimatisierungseinrichtung 1 werden in einer bestimmten Stellung eingestellt. Dann werden durch die Auswerteelektronik 6 gleichzeitig Signale des Strömungssensors 41 und des Temperatursensors 42 für verschiedene Temperaturen der Luft, welche die Sensoreinheit 4 umgibt, gemessen. Diese spezifizierenden Werte der Signale des Strömungssensors 41 werden als Referenzwerte für die verschiedenen Temperaturen der Luft entsprechend den Signalen des Temperatursensors 42 in der Speichereinheit 62 gespeichert. Die Ermittlung eines Datensatzes ist vorzugsweise bei jedem Wechsel der Filtereinheit 3 bei einem eventuellen Kraftfahrzeugservice in einer Werkstatt durchzuführen, sodass stets eine optimale Funktion der Klimatisierungseinrichtung 1 gewährleistet werden kann.

Zur Bestimmung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung 1, werden die selben Umgebungsbedingungen wie bei der Ermittlung der Referenzwerte eingestellt, d. h. insbesondere die selbe Gebläseleistung und die etwaige selbe Einstellung der Klappen des Luftkanals 5. Anschließend wird das Signal des Strömungssensors 41 und Temperatursensors 42 zu einem Zeitpunkt ti gleichzeitig gemessen. Der Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung 1 wird durch eine Auswerteelektronik 6 basierend auf den gemessenen Signalen des Strömungssensors 41 und des Temperatursensors 42 zu dem Zeitpunkt ti mit in einer Speichereinheit 62 gespeicherten Referenzwerten bestimmt. Die Bestimmung des Beladungszustandes der Klimatisierungseinrichtung 1 kann kontinuierlich oder auf Anweisung, z. B. durch eine Kraftfahrzeugfahrer oder Werkstattmechaniker, erfolgen.

Anhand der Figuren 2a), 2b) und 3 wird das zugrundeliegende Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters näher erläutert.

Der Strömungssensor 41 ist ein PTC-Element, welches im selbsterhitzenden Modus betrieben wird. In Abhängigkeit einer an dem Strömungssensor 41 angelegten

Spannung U heizt sich dieser auf seine Eigentemperatur T _E auf. Wird dieser nun mit einer Temperatur der Luft Tu, die kleiner als 7 _E ist, angeströmt, so kühlt sich der Strömungssensor 41 zunächst ab. Durch den PTC-Effekt nimmt der Widerstand des Strömungssensors 41 ab, wodurch mehr Strom /p _tc durch den Strömungssensor 41

fließt und sich der Strömungssensor 41 aufheizt. Durch den steilen Verlauf der für PTC-Elemente charakteristischen Widerstandskennlinie begrenzt sich der Strom / _ptc selbst. Bei konstanter Spannung U stellt sich somit je nach Luftgeschwindigkeit ein charakteristischer Strom / _ptc ein. Dieser Zusammenhang wird durch das King'sche Gesetz beschrieben:

Uptc ' lptc = (T _E - T _u )-(a + bYv )

Bei dem King'sche Gesetz bezeichnen a, b und TE Materialkonstanten. Mit v wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft bezeichnet. Diese Konstanten a, b und T _E können im Labor mit Hilfe eines Trockenschranks oder einer Heizplatte bei fester Spannung U, mit und ohne Strömung der Luft v, sowie verschiedenen Temperaturen der Luft Tu experimentell durch Messung des Stroms / _ptc bestimmt werden. Vorteilhaft werden zunächst für v = 0 bei fester Spannung U in Abhängigkeit der Temperaturen der Luft Tu die Konstanten a und T _E mittels eines linearen Fits bestimmt. Sodann wird durch eine einzige Messung des Stroms / _ptc für eine feste Geschwindigkeit v > 0 der Luft und eine Temperatur der Luft Tu bei der selben Spannung U die Konstante b bestimmt.

Mit änderung der Strömungsgeschwindigkeit v erwartet man nach dem King'schen Gesetz eine wurzeiförmige änderung des Stromes / _ptc durch den PTC-Effekt. Gemessen wird diese änderung in Form der Spannung L/γ mittels einer einfachen Spannungsteilerschaltung mit einem Ohmschen Widerstand Rs entsprechend den Figuren 2a) und 2b). Allgemein gilt, dass die Spannung am PTC-Element U _p ι _c mit der Spannung am Ohmschen Widerstand Rs die Spannung U ergibt. Abhängig davon, an welcher Stelle sich das PTC-Element befindet, erhält man als Teilerspannung folgende Messwerte in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit v:

entsprechend Figur 2a):

u;

entsprechend Figur 2b):

Figur 3 zeigt einen Graphen einer Messung des Signals des Strömungssensors nach der ersten und nach der zweiten Ausführungsform entsprechend Schaltpläne der Figuren 2a) und 2b) in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Luft v.

Hierbei ist die gemessene Spannung in V und die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v in m/s angegeben.

Anhand von Figur 3 ist die Bedeutung der wurzeiförmigen Abhängigkeit erkennbar. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft v bewirken kleine änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten v nur kleine änderungen des Sensorsignals Lh.

Um die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v und somit den Volumenstrom exakt zu bestimmen, muss wie oben beschrieben vorgegangen werden, d. h. die Konstanten a, b und TE werden mit einer unbeladenen Filtereinheit 3 bzw.

Klimatisierungseinrichtung 1 bestimmt. Für die Bestimmung des Beladungszustandes ist es jedoch ausreichend, ein Maß für die änderung bzw. Abnahme des Volumenstroms der Luft über die Standzeit, oder auch Betriebszeit, zu bestimmen. Hier wird der Volumenstrom bzw. die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v in einem festen Betriebszustand der Klimatisierungseinrichtung 1 , d. h. bei festen

Umgebungsbedingungen, gemessen. Daher finden alle Messungen mit der selben Gebläseeinstellung der Gebläseeinheit 2 und den selben Einstellungen für etwaige Klappen der Klimatisierungseinrichtung 1 statt. Der Strömungssensor 41 wird durch

Einstellung einer konstanten Betriebsspannung U in den selbsterhitzenden Modus gebracht und der Spannungsabfall über dem PTC-Element, d. h. das Signal des Strömungssensors 41 , wird als Startwert gespeichert. Für diese Einstellung muss nun noch die Temperaturabhängigkeit für den späteren Temperaturbereich der Anwendung ermittelt werden. Die Temperaturkalibrierung der Sensoreinheit 41 , die bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit v erfolgt, kann z. B. in einem Labor vorgenommen werden. Die Sensoreinheit 4 werden hierzu benachbart in einem Luftkanal angeordnet. Der Strömungssensor 41 wird mit einer konstanten Spannung, von vorzugsweise 12 V, betrieben. Bei konstant gewählten Volumenstrom, der dem gewählten Betriebszustand der Klimaeinrichtung entspricht, werden nun der Spannungsabfall als Signal des Strömungssensors 41 über dem PTC-Element gemessen entsprechend dem Schaltplan der Figur 2a). Das Signal des Temperatursensors 42, der z.B. mit einem NTC-Element realisiert ist, wird mit dem selben Prinzip gemessen. Mit Hilfe der charakteristischen Kennlinie des NTC- Elmentes lässt sich aus dem Signal des Temperatursensors 42 die Temperatur der Luft, welche die Sensoreinheit 4 umgibt, bestimmen.

Auf Grund der Tatsache, dass sich die größten änderungen im Signal des Strömungssensors 41 bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft v ergeben, sich jedoch ein stationärer Zustand der Klimatisierungseinrichtung am besten bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft v einstellt, ist es vorteilhaft, durch eine luftdurchlässige Kappe 43 die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v so stark zu reduzieren, so dass die Messung in den steil ansteigenden Bereich des Messsignals, wie in Figur 3 ersichtlich, gelangt, d. h. bei einer Luftgeschwindigkeit von ca. 4 m/s wird man die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v an dem Strömungssensor 41 reduzieren auf 0,5 m/s. Alternative kann die Positionierung der Sensoreinheit 4 in einem einzelnen Nebenluftkanal vorgesehen sein, wobei durch eine regelbare Klappe die Strömungsgeschwindigkeit der Luft v derart reduziert werden kann, dass an der Sensoreinheit 4 eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft v von maximal 0,5 m/s auftritt.

Im weiteren Ausführungsbeispiel wird ein PTC-Element mit folgenden Eigenschaften verwendet:

R ₀ (Tu = 20 ⁰ C) = 50 Ohm, Betriebsspannung U = 12 V, fti2v(7 ^" u = 20°C) = 180 Ohm.

Diese Sensoreinheit 4 wurde in einer W164-Klimaanlage in einem Ausströmer, der an dem Luftkanal 5 vorgesehen ist und in den Fußraum abzweigt, angebracht, d.h. hinter der Wärmetauschereinheit 7, die als Verdampfer ausgebildet ist. Das PTC-Element wurde mit einem Widerstand von Rs = 56 Ohm in Reihe geschaltet, wobei das Messsignal Uj(v) entsprechende der Schaltung aus Figur 2b) abgegriffen wird.

Gleichzeitig wurden noch zwei weitere Sensoreinheiten direkt hinter der Filtereinheit 3 in deren Mitte und in deren Ecke angebracht. Eine vierte Sensoreinheit wurde in dem Luftkanal direkt hinter der Gebläseeinheit 2 positioniert. In Figur 4 sind für verschiedene Gebläseleistungen, von 0% - 80% in Schritten von 10%, der Gebläseeinheit 2 die Signale der Strömungssensoren in V dargestellt. Mit Ausnahme des Strömungssensors in der Filterecke ergibt sich für alle das erwartete Signal in Abhängigkeit von der Gebläseleistung.

Bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit der Luft v (60% Gebläseleistung) wurde der Wert von U _τ für verschiedene Temperaturen gemessen. Das Ergebnis ist in Figur 5 dargestellt. Man sieht die lineare Abhängigkeit von Die lineare Regression führt zu folgendem Ergebnis:

Uτ,6o%(ru) = 10,1 - 0,13 Tu

In Figur 5 wird dieser Zusammenhang durch die Ausgleichsgerade oder Regressionsgerade, deren genau zwei Parameter in der Auswerteelektronik 6 gespeichert werden können.

Ferner wird in Figur 5 das um die Umgebungstemperatur korrigierte Spannungssignal, das eine wurzeiförmige Abhängigkeit von der

Strömungsgeschwindigkeit der Luft v aufweist, dargestellt. Dieses um die Umgebungstemperatur korrigiertes Spannungssignal des Strömungssensors erhält man durch folgende Rechnung:

10,1 - 0.13 -τ u

Mit dieser Positionierung der Sensoreinheiten wurde nun bei einer Gebläseeinstellung von 80% die Anströmfläche der Filtereinheit 3 nach und nach abgedeckt, um ein Zusetzen der Filtereinheit 3 und eine Abnahme des Volumenstromes zu simulieren. Dabei wurden anfänglich bei 1/4 Abdeckung verschiedene Stellen der Filtereinheit 3 abgedeckt, um so eine ungleichmäßige Beladung der Filtereinheit 3 darzustellen. Das Ergebnis dieses Versuches ist in Figur 6 dargestellt. Es ist klar zuerkennen, dass hinsichtlich der Abdeckung und der Gebläseleistung der Gebläseeinheit 2 nur die Sensoreinheiten, die in dem Luftkanal 5 hinter der Gebläseeinheit 2 und in dem Ausströmer des Luftkanals 5 positioniert sind, ein eindeutiges und mit der Luftmenge korrelierendes Signal liefern. Die Sensoreinheiten direkt an der Filtereinheit 3 liefern für unterschiedliche Abdeckungen unterschiedliche Signale, die nicht immer mit der Reduzierung der Luftmenge direkt korrelieren. Die Sensoreinheit, die in dem Luftkanal 5 hinter der Gebläseeinheit 2 positioniert ist, liefert bei 95%iger Abdeckung, d.h. bei extrem hoher Beladung der Filtereinheit 3, bei weiterer Reduzierung der Luftmenge kein reproduzierbares Signal mehr. Die einzige Sensoreinheit, die über den gesamten Verlauf des Versuches ein reproduzierbares Signal liefert, ist die, die im Ausströmer für den Fußraum positioniert ist. Dieses Ergebnis spricht dafür, dass der Strömungssensor 4 möglichst weit entfernt von der Filtereinheit 3 und der Gebläseeinheit 2 positioniert sein sollte, um Strömungseinflüsse durch ungleichmäßige Beladungen der Klimatisierungseinrichtung 1 zu minimieren. Die Wirkung des Verdampfers 7 als Strömungsgleichtrichter hat hier zu einem entsprechenden Ergebnis geführt.

Mit dieser Anordnung der Sensoreinheiten wurde nun ein Beladungsversuch durchgeführt. Hierzu wurde die Gebläseeinheit 2 mit 60% der maximalen Gebläseleistung, oder auch Luftmenge, eingestellt und in einem Strömungskanal mit einem Test-Staub beaufschlagt. Der Test-Staub bestand aus folgenden Komponenten:

72% JIS Class 8 (ein Staub auf Basis eines Tonminerals),

23% JIS Class 12, (ein Staub auf Basis eines Rußes),

5% Baumwollfasern.

Die exakte Zusammensetzung der Stäube JIS Class 8 und 12 kann dem Standard JIS Z8901 (Japanese Industrial Standard) entnommen werden.

Das Ergebnis dieser Beladung über einen Zeitraum ist in Figur 7 dargestellt. Es wurden zwei Beladungen durchgeführt, d.h. zwei Kolben mit Test-Staub auf die Filtereinheit 3 geladen. Man erkennt während des ersten Beladungszyklus eine starke änderung bei den beiden Signalen der Sensoreinheiten an der Filtereinheit 3, die auf eine ungleichmäßige Beladung zurückzuführen ist. Der Gesamtvolumenstrom ändert sich hier jedoch nicht, wie man dem Signal der beiden anderen Sensoreneinheiten (Fig. 7 im Luftkanal hinter der Gebläseeinheit, im Ausströmer zum Fußraum) entnehmen kann. Bei fortschreitender Beladung der Filtereinheit 3 (2. Beladung) nimmt der Volumenstrom schließlich kontinuierlich ab, jedoch fluktuieren die Signale der Sensoreinheiten für die Sensoreinheit direkt am Filter. Eine eindeutige Zuordnung zur Abnahme ist jedoch nur mit den beiden Sensoreneinheiten 4 im Luftkanal 5 und im Ausströmer in den Fußraum möglich. Aus der Abnahme des Messsignals dieser beiden Sensoreinheiten lässt sich eindeutig auf den Beladungszustand der Filtereinheit 3 schließen.

Allerdings ermöglicht die optionale und nicht gezeigte weitere Sensoreinheit direkt oder nahe an der Filtereineinheit 3 bei kontinuierlicher Auswertung durch die

Auswerteelektronik 6, das Erkennen der Fluktuation des Signals der Sensoreinheit und somit kann eine verbrauchte oder überbeladene Filtereinheit 3 erkannt werden. Eine weitere Sensoreinheit kann außerdem das Erkennen einer „halb vollen" oder „halb

beladenen" Filtereinheit 3 anhand des nicht mehr monoton fallenden Signals der weiteren Sensoreinheit erkennen, d.h. eine Art erste Beladung der Filtereinheit 3 kann erkannt werden.

Vorversuche an einem Verdampfer 7 aus gelöteten Aluminiumstrukturen mit einem Volumen von 2,6 I, haben gezeigt, dass sich bei einer Beladung mit bis zu 80 g Wasser kaum ein nennenswerter Druckabfallanstieg einstellt. In Ländern mit extrem hoher Luftfeuchtigkeit kann es trotzdem vorkommen, dass sich bis zu 200 g an Wasser in den Lamellen des Verdampfers 7 sammeln und es dabei zu einem Druckabfallanstieg von 5% - 10% gegenüber dem trockenen Zustand ergibt. Dies kann ebenfalls auf den Gesamtvolumenstrom, der mit Hilfe des Strömungssensors 4 hinter dem Verdampfer 7 gemessen wird, einen Einfluss haben, d.h. dies kann zu einer Reduzierung des Volumenstromes führen. Um auszuschließen, dass ein extrem mit Wasser beladener Verdampfer das Messergebnis des Strömungssensors 4 verfälscht, muss ein definierter Betriebszustand gewählt werden, bei dem eine bestimmte maximale Wassermenge auf der Oberfläche des Verdampfers 7 kondensiert sein darf. Dieser Betriebszustand muss an der Klimaeinrichtung zuvor empirisch ermittelt werden. Beispielsweise kann eine längere Stillstandzeit (parken über Nacht oder für mehr als 2 Stunde) genutzt werden. In einer längeren Stillstandzeit kann das Wasser aus dem Verdampfer 7 ablaufen. Bei Start der Klimaeinrichtung muss ein Kompressor der Klimaeinrichtung so lange ausgeschaltet bleiben, bis die überprüfung des Volumenstromes mit Hilfe des Strömungssensors 4 erfolgt ist.

Im folgenden wird näher erörtert wie eine vorteilhafte Erhöhung der änderung des Signals der Sensoreinheit erzielt werden kann.

Um eine deutlich größere änderung des Signals der Sensoreinheit 4 zu erhalten, wurde der Strömungssensor 41 aus dem obigen Beispiel mit einer Kappe 43 aus einem Köpertressengewebe aus Edelstahl versehen. Dieses Köpertressengewebe hatte eine öffnungsweite von 70 μm. Der Signalausgang bei 90% Gebläseleistung der Gebläseeinheit 2 wurde dadurch von 7,2 V auf 5 V reduziert, wodurch man sich

nun in dem Bereich des Signals des Strömungssensors bewegt, bei dem kleine änderungen der Strömungsgeschwindigkeit der Luft v größere änderungen im Signalausgang bewirken als bei einer Sensoreinheit, die keine Kappe aufweist. Mit dieser Kappe 43 wurde nun ein erneuter Stufentest von 50% bis 90% Gebläseleistung der Gebläseeinheit 2 durchgeführt. Das Ergebnis ist in Figur 8 dargestellt. Aufgetragen ist die änderung des Signals der Sensoreinheit über der Gebläseleistung. Die änderung des Ausgangssignals konnte durch diese Kappe bei änderung der Gebläseeinstellung von 50% auf 90% etwa verdoppelt werden.

Es wurde ein weitere Beladungsversuch durchgeführt, diesmal mit einer Sensoreinheit in der Filtermitte, mit zwei Sensoreinheiten in einem großen Ausströmer für ein Cockpit eines Kraftfahrzeuges, wobei eine der beiden Sensoreinheiten mit einer Kappe 43 aus einem Köpertressengewebe versehen war, und die andere der beiden Sensoreinheit in einem kleinen Ausströmer angeordnet war, aus dem durch eine vorgegebene Einstellung einer Klappe in dem Nebenluftkanal nur ein geringer Luftstrom strömt. Zur Beladung wurde die Gebläseeinheit auf 60% ihrer maximalen Gebläseleistung gestellt. Während der Beladung wurde parallel, d. h. gleichzeitig, der Druckabfall über der Filtereinheit 3 aufgezeichnet. Das Ergebnis ist in Figur 8 dargestellt. Die größte änderung des Signals des Strömungssensors erhält man wieder für die Sensoreinheit in der Mitte der Filtereinheit 3. Einen ähnlich deutlichen Effekt erhält man jedoch auch bei der Sensoreinheit, die in dem kleinen Ausströmer positioniert war, der über eine Klappe nur einen geringen Teilluftstrom durchlässt. Einen ebenfalls deutlichen Effekt erhält man bei der Sensoreinheit in dem großen Ausströmer, der mit einer Kappe 43 versehen war. Wie bei dem Beladungsversuch, dessen Ergebnis in Figur 7 dargestellt ist, zeigt die Sensoreinheit in dem großen Ausströmer eine eindeutige änderung des Signals des Strömungssensors, die jedoch deutlich schwächer ausfällt als bei den ersten drei Sensoreinheiten. Das Signal für die Sensoreinheit direkt in der Mitte der Filtereinheit 3 nimmt auf das Ende der Beladung hin wieder zu. Hier verändern sich stark die Strömungsverhältnisse in der Klimatisierungseinrichtung 1. Hätte man die Beladung weiter fortgesetzt, so hätte man eine ähnliche Fluktuation des Messsignals über die Zeit erhalten, wie sie im

ersten Beladungsversuch auch schon beobachtet wurde und aus Figur 7 zu entnehmen ist. Diese Messung hat folgende wesentliche Ergebnisse gebracht:

Sowohl eine Kappe aus einem Köpertressengewebe als auch die Reduzierung des Volumenstroms in dem Luftkanal, in dem die Sensoreinheit angeordnet ist, bewirkt eine deutliche änderung des Signals des Strömungssensors, die mit dem Volumenstrom, dem Druckabfall über der Filtereinheit 3 und somit mit dem Beladungszustand der Klimatisierungseinrichtung 1 korreliert.

Eine Sensoreinheit die in der Mitte der Klimatisierungseinrichtung 3 angeordnet ist, liefert nur im ersten Teil der Beladung eine eindeutige änderung des Signals des Strömungssensors.

Die änderung des Signals des Strömungssensors 41 mit Kappe 43 ergibt bei einem Druckabfallanstieg von rund 200 Pa eine Reduzierung der Gebläseleistung von 60% auf 54%. Dies entspricht einer Reduzierung um 10%, welche vom Klimaanlagenhersteller bereits als bedenklich eingestuft wird. Im weiteren Verlauf reduziert sich die Gebläseleistung auf 48%, also insgesamt um 20%. Diese änderung wird durch die Sensoreinheit direkt hinter der Filtereinheit 3 nicht mehr erfasst.

Die Umrechnung des Signals des Strömungssensors, der in dem kleinen Ausströmer positioniert war, in die Luftmenge ist zusammen mit dem Druckabfallanstieg in Figur 10 dargestellt.

Da die Sensoreinheit aus dem PTC-Element, als Strömungssensor, und dem NTC- Element, als Temperatursensor die Luftmenge der Klimaeinrichtung in einem definierten Betriebszustand überwacht, wird nicht nur das Zusetzen bzw. Beladen der Filtereinheit 3, sondern auch ein mögliches Verschmutzen, Versotten und Zusetzen von Wärmetauschern und/oder Verdampfern detektiert. Sollte nach einem Wechsel der Filtereinheit 3 das Signal der Sensoreinheit nicht wieder auf seinen

ursprünglichen Wert zurückkehren, d. h. zumindest nahe an den ursprünglichen Wert, so kann dies ein Hinweis auf einen verschmutzten von Verdampfer und/oder Kondensator sein.

Insgesamt stellt die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung somit einen extrem vereinfachten Strömungswächter dar.

Somit kann die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung 1 zusätzlich zur Diagnose des Verschmutzungsgrades der gesamten Klimaeinrichtung, insbesondere des Wärmetauschers und/oder Verdampfers genutzt werden. Hierzu kann das Signal des Strömungssensors ohne verbaute Filtereinheit 3 erfasst werden, welches bei jedem Service in der Werkstatt erneut gemessen werden kann. Ist bereits hier eine änderung des Signals des Strömungssensors zu beobachten, ergibt sich ein Hinweis darauf, dass die Klimaeinrichtung gereinigt werden sollte. Geruchsbelästigungen aufgrund von Langzeitverschmutzungen können damit vermieden werden.

Bei einer nicht gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels linearer Regression die Referenzwerte ermittelt, welche ein Signal des Strömungssensors in Abhängigkeit von einem Signal des Temperatursensors bei einem Referenz-Beladungszustand spezifizieren. Bei dieser Auswertung werden durch lineare Regression Parameter einer Regressionsgeraden ermitteltet. Die Parameter werden sodann in der Speichereinheit gespeichert. Vorteilhaft ist, dass nur genau zwei Parameter zur Beschreibung der Referenzwerte des Strömungssensors für die verschiedenen Temperaturen der Luft gespeichert werden müssen. Ferner werden mittels der linearen Regression Messfehler geglättet.

Bei einer nicht gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Referenzwert bestimmt, der dem Signal des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti zugeordnet ist. Die Zuordnung erfolgt durch die Auswerteelektronik mittels des Signals des Temperatursensors und den für die verschiedenen Temperaturen der Luft ein oder mehreren gespeicherte Referenzwerten. Hierbei wird als Referenzwert

zugeordnet dem Signal des Strömungssensors zum Zeitpunkt t-i, derjenige gespeicherte Referenzwert auswählt, dessen Temperatur der Luft am wenigsten von der Temperatur der Luft zum Zeitpunkt ti abweicht. Vorteilhaft ist hier bei die besonders einfach Bestimmung des Referenzwertes zum Zeitpunkt tι. Weiter ist es auch möglich, dass der Referenzwert, der dem Signal des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti zugeordnet ist, durch Interpolation der gespeicherten Referenzwerte bestimmt wird. Hierdurch wird eine besonders genau Abschätzung des Referenzwertes des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti auf einfache Weise ermöglicht. Weiter ist es auch möglich, dass ein Referenzwert zugeordnet dem Signal des Strömungssensors zum Zeitpunkt ti durch die Regressionsgerade unter Verwendung der zugehörigen zuvor gespeicherten Parameter bestimmt wird. Wie oben bereits erwähnt, ist bei diesem Verfahren vorteilhaft, dass Messfehler geglättet werden. Zusätzlich ergibt sich vorteilhaft eine sehr einfache und schnell durchführbare Bestimmung des Referenzwertes.

Bezugszeichenliste:

1 Klimatisierungseinrichtung

2 Gebläseeinheit

3 Filtereinheit

4 Sensoreinheit

41 Strömungssensor

42 Temperatursensor

43 Kappe

4s Signalleitung

5 Luftkanal

6 Auswerteelektronik

61 Anzeigeeinrichtung

62 Speichereinheit

6s Signalleitung

7 Wärmetauschereinheit

71 Wärmetauschereinheit

8 Vorabscheidereinheit

10 Steuereinheit der Klimaeinrichtung

11 Strömungsrichtung der Luft