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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfilter, insbesondere für einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Filtermedium, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Klimaanlage mit einem solchen Luftfilter.
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Für eine angenehme und gesunde Luftqualität sollte Luft, welche sich in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs befindet und/oder welche in diesen Fahrgastraum eingespeist wird, von Stäuben (beispielsweise Feinstaub), Schadgasen (z.B. flüchtigen Kohlenwasserstoffen sowie Stickoxiden) und unangenehmen Gerüchen (z.B. Ammoniak, Trimethylamin, Schwefelwasserstoff u.ä.) gereinigt werden. Darüber hinaus sind aber auch die Fahrzeuginsassen selbst eine potenzielle Quelle von Mikroorganismen, beispielsweise Vieren, welche diese beim Atmen, Sprechen oder Niesen in die Luft des Fahrgastraums einbringen.
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Aus dem Stand der Technik sind hinreichend Luftfilter bekannt, welche die Au-ßenluft und/oder die Innenluft reinigen. Insbesondere eine Innenluftreinigung erfolgt dabei heutzutage oftmals mittels eines sogenannten Hybridfilters, der in der Klimaanlage verbaut und ausschlaggebend für die Luftqualität im Fahrzeuginnenraum ist. Das Luftfilter reinigt dabei sowohl die eintretende Außenluft als auch die rezirkulierende Innenluft von den zuvor genannten Schadstoffen, beispielsweise Stäuben oder Schadgasen, und kann beispielsweise darüber hinaus noch eine Aktivkohleschicht aufweisen, in welcher Schadgase beispielsweise reversibel physikalisch gebunden werden können.
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Im Zuge der Covid-19 Pandemie verschieben sich jedoch die Anforderungen an bestehende Luftfilter, da diese lediglich auf Stäube und Gase ausgelegt sind, in Richtung Mikroorganismen, wie beispielsweise Viren, wofür bekannte Luftfilter jedoch weder eine Abscheidung noch eine Anzeige ermöglichen. Gerade dies ist jedoch in Zeiten der Covid-19 Pandemie oder generell auch in anderen Pandemien eine sehr nützliche Information für einen Fahrzeuginsassen, um diesen vor einer Erkrankung bzw. Infektion zu schützen bzw. ein Erkrankungsrisiko/Infektionsrisiko zumindest zu reduzieren.
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Dabei wird derzeit davon ausgegangen, dass die für die Fahrzeuginsassen relevanten Mikroorganismen eher von anderen Fahrzeuginsassen, beispielsweise beim Atmen, Sprechen oder Niesen, ausgestoßen werden, als dass diese von außen in das Kraftfahrzeug eingetragen werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Luftfilter der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals im Bereich eines Luftfilters einen sogenannten Biosensor einzusetzen, welcher zur Erfassung von Mikroorganismen, beispielsweise Krankheitserregern, ausgebildet ist. Über einen derartigen Biosensor ist es erstmals möglich, Mikroorganismen bzw. Viren, welche durch das Luftfilter strömen, zu erfassen und gegebenenfalls ein Warnsignal zu erzeugen bzw. entsprechende Gegenmaßnahmen, welche dem Gesundheitsschutz der Insassen dienen, einzuleiten. Eine mögliche Gegenmaßnahme wäre beispielsweise das Anzeigen eines Austausches eines Filtermediums oder das Ansteuern einer Klimaanlage zum Austausch der Innenluft eines Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise durch Spülen. Mit dem erfindungsgemäßen Luftfilter ist es somit erstmals möglich, Mikroorganismen bzw. Viren zu erfassen und in Abhängigkeit eines erfassten Wertes entsprechende Maßnahmen einzuleiten, wodurch insbesondere ein Infektionsrisiko bzw. ein Erkrankungsrisiko der Fahrzeuginsassen deutlich gesenkt werden kann. Ein weiterer Vorteil des Luftfilters ist zudem, dass eine Kontamination des Filtermediums mit Mikroorganismen und/oder Viren detektiert und ein Filterwechsel hier nahegelegt werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luftfilters ist der Biosensor zur Erfassung von Krankheitserregern, wie beispielsweise Viren, Bakterien und/oder Sporen ausgebildet. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Erfassung von Mikroorganismen bzw. Viren mittels des Biosensors gegebenen sind. Durch den Biosensor lässt sich somit auch eine Belastung einer Fahrzeuginnenluft mit beispielsweise Viren, Bakterien und/oder Sporen sowie ein daraus resultierendes Infektionsrisiko für einen Fahrzeuginsassen problemlos und einfach ermitteln. Das erfindungsgemäße Luftfilter dient somit der deutlichen Steigerung des Infektionsschutzes für die Fahrzeuginsassen.
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Zweckmäßig weist das Luftfilter eine Aktivkohleschicht auf. Mittels einer derartigen Aktivkohleschicht mit porösem, feinkörnigem Kohlenstoff mit sehr großer innerer Oberfläche, kann ein Adsorptionsmittel bereitgestellt werden, welches beispielsweise in der Lage ist, Bakterien aus der Luft herauszufiltern. Auch weitere Gase bzw. Schadstoffe sowie Pollen, Feinstaub, sowie andere Schadgase, können mit einer derartigen Aktivkohleschicht, welche beispielsweise durch eine Spülprozess reinigbar ist, entfernt werden. Eine derartige Aktivkohleschicht ist dabei nicht nur kostengünstig, sondern im Luftfilterbau sowohl platzsparend als auch gewichtsoptimiert einzusetzen.
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Zweckmäßig weist das Luftfilter eine Partikelfilterschicht auf. Mittels einer derartigen Partikelfilterschicht können je nach Filterfeinheit unterschiedlich große Partikel aus der zu filternden Luft herausgefiltert und dadurch diese beispielsweise von Feinstaub gereinigt werden.
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Zweckmäßig ist zumindest ein Biosensor auf einer Rohseite des Luftfilters angeordnet. Hierdurch ist eine Erfassung von Mikroorganismen bzw. Viren noch vor dem Durchströmen der zu filternden Luft durch das Luftfilter möglich, wodurch eine zusätzliche Sicherheit geschaffen werden kann, da beim Durchströmen der zu filternden Luft durch das Luftfilter noch zumindest einige Mikroorganismen bzw. Viren herausgefiltert werden.
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Zweckmäßig ist zumindest ein Biosensor auf einer Reinseite des Luftfilters angeordnet. Hierdurch ist eine Erfassung einer Belastung der gefilterten Luft mit Mikroorganismen möglich, wodurch ein Wert erfasst werden kann, der tatsächlich die im Fahrgastinnenraum vorhandene Belastung der Luft mit Mikroorganismen bzw. Viren wiederspiegelt. Zusätzlich kann eine Kontrolleinheit vorgesehen sein, welche die von dem Biosensor auf der Reinseite des Luftfilters erfassten Werte mit denen des Biosensors auf der Rohseite vergleicht und dadurch in der Lage ist, die Filtrationswirkung des Filtermediums des Luftfilters zu beurteilen. Weichen die Werte der beiden Biosensoren rohseitig und reinseitig des Luftfilters nicht oder nur marginal voneinander ab, deutet dies auf ein Filtermedium des Luftfilters hin, welches dringend ausgetauscht werden muss, um auch zukünftig ein Infektionsrisiko für die Fahrzeuginsassen zu verringern. Je größer dabei der Unterschied zwischen der erfassten Menge an Mikroorganismen rohseitig und reinseitig des Luftfilters ist, umso wirkungsvoller ist die Filterwirkung in Bezug auf Mikroorganismen bzw. Viren des Luftfilters.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Luftfilters weist zumindest ein Biosensor eine Samplingfläche zum Sammeln der Mikroorganismen bzw. Viren und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der auf der Samplingfläche gesammelten Mikroorganismen auf. Die Erfassungseinrichtung kann dabei beispielsweise mittels optischer Messmethoden erfassen, wieviel Mikroorganismen bzw. Viren auf der jeweiligen Sammelfläche gesammelt bzw. vorhanden sind. Die Samplingfläche kann dabei beispielsweise einen Farbumschlag verursachen, sofern Mikroorganismen bzw. Viren darauf auftreffen bzw. darauf abgelagert werden.
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Im Filtermedium des Luftfilters auf einer Rohseite kann ein sogenannter Samplingbereich zum Sammeln von möglichen Mikroorganismen bzw. Viren vorgesehen sein. Dieser entspricht dem partikelabscheidenden Filtermedium des Luftfilters, damit hier auch genau so viel Mikroorganismen bzw. Viren gesammelt werden, wie es im Rest des Luftfilters der Fall ist. Dieser Samplingbereich ist abströmseitig mit einer Lage in Kontakt, welche das eigentliche biologische System zur Detektion des Mikroorganismus bzw. des Virus enthält. Diese Lage kann z.B. Antikörper, Enzyme und/oder Mikroorganismen enthalten, mit welchen der zu detektierende Mikroorganismus / Virus erkannt wird. Schlägt diese Lage an bzw. hat sich der zu detektierende Mikroorganismus bzw. Virus mit einer kritischen Menge im Samplingbereich angesammelt, führt dies zu einer Veränderung der Detektionslage. Hier wird somit die im Filtermedium aufgenommene Menge des zu detektierenden Mikroorganismus bzw. Virus bestimmt. Die Veränderung der Detektionslage kann optischer Natur (Farbumschlag, Änderung Brechungsindex, Fluoreszenz, ...) sein oder z. B. eine Veränderung der elektrischen Ladungen, welche zu einer Änderung des Stromflusses führt.
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Auf der abströmseitigen Lage des Luftfilters, somit auf der Reinseite des Filtermediums, kann zusätzlich noch ein weiterer Biosensor angebracht sein. Dieser soll die Belastung detektieren, welche tatsächlich in den Fahrzeuginnenraum eintritt. Hierzu ist der Biosensor bis auf einen Unterschied genauso aufgebaut. Der Unterschied besteht darin, dass die partikelabscheidende Lage des Bionsensors, in welcher der zu detektierende Mikroorganismus / Virus gesampelt wird, quasi zu 100% den Mikroorganismus bzw. Virus auch abscheidet.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Luftfilter auszustatten und dadurch die zuvor beschriebenen Vorteile auf die Klimaanlage zu übertragen. Konkret handelt es sich hierbei um eine Reduzierung eines Risikos einer viralen oder bakteriellen Infektion aufgrund einer infizierten Person in einer Fahrgastkabine. Darüber hinaus können auch Gegenmaßnahmen ergriffen werden, beispielsweise ein Lüften oder ein 100%-Frischluftbetrieb. Über den Biosensor ist auch eine entsprechende Handhabung in den Werkstätten, beispielsweise bei Wartungsarbeiten möglich, da je nach erfasstem Anteil an Mikroorganismen bzw. Viren eine Entsorgung bzw. ein Austausch des Luftfilters mit Mundschutz sowie eine Entsorgung als Gefahrgut erfolgen können.
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Zweckmäßig ist eine Auswerte- und Steuereinrichtung zur Auswertung von von dem zumindest einen Biosensor erfassten Daten und zur Steuerung der Klimaanlage vorgesehen. Über die Auswerte- und Steuereinrichtung ist es somit möglich, die Klimaanlage entsprechend anzusteuern, beispielsweise auf einen Frischluftbetrieb umzustellen und dadurch die Fahrgastinnenluft zu spülen, sofern beispielsweise von dem zumindest einen Biosensor gemeldeten Daten oberhalb eines vordefinierten Grenzwerts liegen. Darüber hinaus kann auch dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ein entsprechendes Warnsignal angezeigt werden, welches diesen zum Lüften animiert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine erfindungsgemäße Klimaanlage mit einem erfindungsgemäßen Luftfilter.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Luftfilter 1, welches beispielsweise in der Lage ist, Luft für einen Fahrgastraum 2 eines Kraftfahrzeugs 3 zu reinigen, ein Filtermedium 4 auf. Ein derartiges Filtermedium 4 kann beispielsweise ein Partikelfilter oder eine Partikelfilterschicht 8 sein. Erfindungsgemäß ist nun am oder im Luftfilter 1 zumindest ein Biosensor 5, 5' zur Erfassung von Mikroorganismen angeordnet. Mittels des erfindungsgemäßen Biosensors 5, 5' ist es somit möglich, eine Belastung der zu filternden bzw. gefilterten Luft 6 mit Mikroorganismen bzw. Viren zu erfassen und gegebenenfalls ein Warnsignal zu erzeugen bzw. entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Ein weiterer Vorteil des Luftfilters 1 ist zudem, dass eine Kontamination des Filtermediums 4 mit Mikroorganismen und/oder Viren detektiert und ein Filterwechsel hier nahegelegt werden kann.
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Der Biosensor 5, 5' ist dabei beispielsweise zur Erfassung von Viren, Bakterien und/der Sporen ausgebildet, das heißt generell zur Erfassung von Krankheitserregern, welche ein Infektionsrisiko für einen Fahrzeuginsassen darstellen.
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Das Luftfilter 1 kann darüber hinaus eine Aktivkohleschicht 7 zur Adsorption von beispielsweise Kohlenwasserstoffen oder anderen Schadstoffen, wie insbesondere Schadgasen, aufweisen. Ebenfalls kann das Luftfilter 1 eine Partikelfilterschicht 8 aufweisen, die je nach Feinheit in der Lage ist, unterschiedlich große Partikel aus der Luft 6 herauszufiltern. Die Aktivkohleschicht 7 ist dabei aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche in der Lage, Schadstoffe zu adsorbieren.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass zumindest ein Biosensor 5 auf einer Rohseite 9 des Luftfilters 1, das heißt des Filtermediums 4 angeordnet ist, wodurch die Erfassung der Mikroorganismen bzw. Viren noch vor durchdringen des Filtermediums 4 möglich ist. Nähert sich dabei der erfasste Wert an Mikroorganismen bzw. Viren einem vordefinierten Grenzwert, so kann aufgrund des Filtermediums 4, insbesondere der Partikelfilterschicht 8 und/oder der Aktivkohleschicht 7, noch davon ausgegangen werden, dass die Luft 6 nach Durchströmen des Filtermediums 4 noch deutlich weniger Mikroorganismen bzw. Viren aufweist.
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Gemäß der 1 ist zusätzlich zum Biosensor 5 auch ein Biosensor 5' auf einer Reinseite C des Filtermediums 4 bzw. des Luftfilters 1 angeordnet, was den gro-ßen Vorteil bietet, die tatsächlich in den Fahrgastinnenraum 2 gelangende Luft 6 auf darin noch vorhandene Mikroorganismen bzw. Viren zu untersuchen. Dabei kann eine Kontrolleinheit 11 vorgesehen sein, die sowohl mit dem rohseitigen Biosensor 5 als auch mit dem reinseitigen Biosensor 5' verbunden ist und aus den von diesen Biosensoren 5, 5' ermitteln Werten eine Differenz bildet, um mittels dieser Differenz auf einen Verschmutzungsgrad bzw. eine Restnutzungsdauer des Filtermediums 4 zu schließen. Sind die erfassten Werte der durch den Biosensor 5 erfassten Mikroorganismen bzw. Viren nahezu identisch bzw. geringfügig unterschiedlich zu den von dem Biosensor 5' erfassten Mikroorganismen, so kann davon ausgegangen werden, dass die Filterwirkung des Filtermediums 4 stark beeinträchtigt ist und dieses ausgetauscht werden sollte. Bei einer großen Differenz zwischen den erfassten Werten an Mikroorganismen bzw. Viren zwischen dem rohseitigen Biosensor 5 und dem reinseitigen Biosensor 5' kann von einer hohen Filterwirkung des Filtermediums 4 und damit einem geringen Verschmutzungsgrad desselben ausgegangen werden.
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Zumindest ein Biosensor 5, 5' kann auch eine Samplingfläche zum Sammeln von Mikroorganismen sowie eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der auf der Samplingfläche gesammelten Mikroorganismen bzw. Viren aufweisen, wobei die Samplingfläche beispielsweise derart ausgebildet sein kann, dass diese eine Farbänderung aufweist, sofern Mikroorganismen bzw. Viren darauf abgelagert werden. Die Erfassungseinrichtung kann dabei beispielsweise als Kameraeinrichtung ausgebildet sein, welche einen Farbumschlag auf der Samplingfläche erfasst und hieraus Rückschlüsse aus der Mikroorganismen- bzw. Virenbelastung der Samplingfläche zieht.
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Generell kann das erfindungsgemäße Luftfilter 1 Bestandteil einer Klimaanlage 12 mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 13 sein, wobei die Auswerte- und Steuereinrichtung 13 derart ausgebildet ist, dass sie die von dem Biosensoren 5, 5' erfassten Daten verarbeitet und zur Steuerung der Klimaanlage 12 nutzt, indem sie beispielsweise bei von einem Biosensor 5, 5' gemeldeten Daten, insbesondere einem Mikroorganismen- bzw. Virenanteil, der oberhalb eines vordefinierten Grenzwertes liegt, ein entsprechendes Warnsignal erzeugt oder die Klimaanlage 12 derart ansteuert, dass eine Innenluft des Fahrgastraums 2 ausgetauscht wird. Hierzu können beispielsweise entsprechende Klappen 14, 14' in einem Umluftkanal 15 bzw. einem Frischluftkanal 16 entsprechend angesteuert werden. Melden somit die Biosensoren 5, 5' Mikroorganismen bzw. Viren bzw. Daten, die darauf hinweisen, dass ein Anteil an Mikroorganismen bzw. Viren einen vordefinierten Grenzwert überschreitet, so kann die Auswerte- und Steuereinrichtung 13 ein entsprechendes Warnsignal, beispielsweise an einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs 3 erzeugen, welches einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 zum Lüften auffordert. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass in diesem Fall die Auswerte- und Steuereinrichtung 13 die Klappe 14 im Umluftkanal 15 schließt und die Klappe 14' im Frischluftkanal 16 öffnet, wodurch mehr Frischluft in den Fahrgastraum 2 strömt und dadurch dieser gespült wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Luftfilter 1 und der erfindungsgemäßen Klimaanlage 12 ist es möglich, ein Infektionsrisiko innerhalb des Kraftfahrzeugs 3, beispielsweise ausgelöst durch andere Fahrzeuginsassen, die krank sind und atmen und/oder sprechen oder niesen, zumindest zu reduzieren. Die dafür eingesetzten Biosensoren 5, 5' lassen sich auf unterschiedlichste Mikroorganismen bzw. Viren adaptieren, wodurch auch länderspezifische Gegebenheiten berücksichtigt werden können.
