DE2929048A1

DE2929048A1 - Elektrostatische einrichtung zur reinigung der luft in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE2929048A1
Application number: DE19792929048
Authority: DE
Inventors: Yukitsugu Fukumori; Masazumi Sone; Kazuhiko Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-07-19
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: US4274843A; JPS5516810U; CA1140629A; GB2028686A; GB2028686B

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatische Einrichtung zur Reinigung, insbesondere zur Filterung der Luft in einem Kraftfahrzeug, und insbesondere einen sehr einfachen, elektromagnetischen Abschirmmechanismus für die elektromagnetischei Wellen, die zu Störungen für in das Kraftfahrzeug eingebaute, elektrische Geräte, wie beispielsweise ein Autoradio, führen können.

Seit vielen Jahren werden in Kraftfahrzeugen elektrostatische Einrichtungen zur Reinigung der Luft, sogenannte "Luftfilter" , verwendet, um schwebenden Staub, schwebende Bakterien, aber auch Tabakrauch usw. die sich in der Luft im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges befinden, zu entfernen und um allgemein die Luft im Fahrgastraum im reinen Zustand zu halten, indem beispielsweise eine Sterilisierung und/oder Desodorierung durchgeführt oder der Luft Ionen zugesetzt werden.

Eine solche herkömmliche Einrichtung zur Reinigung der Luft weist beispielsweise einen elektrostatischen Staubsammler, eine Bestrahlungseinrichtung, die mittels ultravioletter Strahlen eine Sterilisierung durchführt, einen Generator zur Erzeugung negativer Ionen und einen Antriebsmotor für ein Gebläse auf. Alle diese Einrichtungen können eine Quelle für die Erzeugung von elektromagnetischen Wellen sein, die zu Rausch-Störungen für andere, in dem Kraftfahrzeug angebrachte elektrische Geräte führen können.

Diese elektromagnetischen Wellen sind im allgemeinen so schwach, daß sie sich außerhalb des Kraftfahrzeuges nicht bemerkbar machen? sie können jedoch eine nach-

909885/0834

teilige Wirkung auf elektrische oder elektronische Geräte ausüben/ die an dem gleichen Kraftfahrzeug befestigt sind/ wie beispielsweise ein Autoradio.

Dies gilt insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wie es in Figur 1 dargestellt ist; dieses Kraftfahrzeug weist eine Antenne 2 auf , die in das Glas 1 der Heckscheibe eingebettet oder auf die Oberfläche der Scheibe aufgedruckt ist. Bei einem solchen Kraftfahrzeug ist die elektrostatische Einrichtung 3 zur Reinigung der Luft wahrscheinlich auf der hinteren Ablage 4 vorgesehen, um die Luftzirkulation in dem Fahrgastraum zu erleichtern, so daß sich die Antenne 2 und das Luftfilter 3 sehr nahe beieinander befinden; dadurch kann es jedoch zu einer beträchtlichen Kopplung von elektromagnetischen Wellen zwischen diesen beiden Teilen kommen, was sich wiederum im verstärkten Rauschen des Radios bemerkbar macht.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den oben erwähnten Nachteil einer herkömmlichen, in einem Fahrzeug angebrachten elektrostatischen Einrichtung zur Reinigung der Luft zu vermelden, also die Störungen für die anderen, an dem Fahrzeug angebrachten Geräte zu verringern oder vollständig zu eliminieren. Insbesondere soll die vorliegende Erfindung eine elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der Luft in einem Kraftfahrzeug vorschlagen, mit der die Erzeugung von elektromagnetischen Wellen, die sich als Rauschen bemerkbar machen, effektiv unterdrückt wird; solche elektromagnetischen Wellen entstehen in dem Hochspannungsgenerator, der zur Speisung des Generators für die Erzeugung der negativen Ionen und des elektrostatischen Staubsammlers benötigt wird.

909885/0834

2Θ23048

Darüber hinaus strebt die vorliegende Erfindung eine sehr einfache Anordnung an, mit der diese Probleme gelöst werden.

Dies wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine vereinfachte, perspektivische Ansicht der räumlichen Anordnung eines Luftfilters an einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2a und 2b eine Ausführungsform eines Luftfilters, wobei Figur 2a eine Draufsicht und Figur 2b einen Querschnitt darstellen,

Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer elektrostatischen Einrichtung zur Reinigung der Luft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4a und 4b Diagramme von Wellenformen der einstrahlenden Rauschspannung, und zwar jeweils für eine herkömmliche Einrichtung bzw. für eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm der Stärke des elektrischen Feldes der elektrischen Rauschwellen im Vergleich,

909885/0834

2923048

Fig. 6 den Einfluß auf das Autoradium im Vergleich, und

Fig. 7 ein Diagramm des optimalen Bereichs des Wertes des einzufügenden Widerstandes.

Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausfuhrungsform einer Einrichtung zur Reinigung der Luft nach der vorliegenden Erfindung. Dabei stellt Figur 2a eine Draufsicht dar, wobei der Deckel abgenommen worden ist. Figur 2b zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A' von Figur 2a.

Wie sich aus den Figuren 2a und 2b ergibt, weist die Einrichtung ein Frontnetz 5 auf, das aus einem Drahtnetz hergestellt ist. Dieses Frontnetz hat eine Art Siebfunktion, soll also die großen Staubteilchen aus der Luft entfernen. Das Netz ist auch geerdet, um den Aufladungsbereich zu vergrößern. Weiterhin sind in den Figuren 2a und 2b eine Kathodenplatte 6 , eine Tragplatte 7, eine an der Tragplatte 7 vorgesehene Entladungselektrode 8 und ein Isolator 9 zu erkennen. Mehrere Kathodenplatten 6 und Tragplatten 7 sind abwechselnd und in gleichen Abständen unter Zwischenschaltung des Isolators 9 angeordnet, wobei diese Elemente insgesamt einer, elektrostatischen Staubsammler bilden. Alle Kathodenplatten 6 sind miteinander verbunden. Auch die Tragplatten 7 sind miteinander verbunden. Die Kathodenplatten und die Tragplatten sind jedoch gegeneinander isoliert.

Zur Sterilisierung der Luft mittels ultravioletter Strahlen dient eine Strahlungsquelle 10, deren Stecker mit: den Bezugszeichen 11 bzw. 11' versehen sind; außerdem weist diese Einrichtung ein zur Desodorierung dienendes

909885/0834

2329048

Filter 12 und einen Generator 13 zur Erzeugung von negativen Ionen auf. Eine Spannungsquelle 14 dient dazu, die von der Batterie des Kraftfahrzeugs gelieferte 12 Volt-Gleichspannung zu erhöhen, um die Strahlungsquelle 10 für die sterilisierenden, ultravioletten Strahlen zu speisen sowie eine Spannung von + 5 Rv für den elektrostatischen Staubsammler und - 5kV für den Generator zur Erzeugung von negativen Ionen zu liefern.

Ein Gebläse 15 wird durch einen Motor 16 angetrieben. Diese Elemente sind auf einer Basisplatte 17 angebracht.

Der Pfeil 18 in Figur 2b zeigt den eintretenden Luftstrom und der Pfeil 19 den austretenden, gereinigten Luftstrom .

Die in den Figuren 2a und 2b gezeigte Einrichtung hat die folgende Funktionsweise. Die durch die Drehung des Gebläses 15 angesaugte Luft wird zunächst durch das Frontnetz 5 gefiltert, um große Staubteilchen zu ent- fernen; abschließend gelangt diese Luft zu dem elektrostatischen Staubsammler? in diesem elektrostatischen Staubsammler werden feine Staubteilchen in der Luft durch eine Koronaentladung zwischen den Kathodenplatten 6 und den Entladungselektr_»den 8 aufgeladen und dann durch die elektrostatische Anziehungskraft der Kathodenplatte 6 entfernt.

Etwaige, in der Luft vorhandene Bakterien werden durch die sterilisierenden , ultravioletten Strahlen von der Strahlungsquelle 10 sterilisiert; anschließend werden Gerüche oder Rauch in der Luft durch das desodorierende

909885/0834

2923G48

Filter 12 vernichtet, und schließlich werden negative Ionen durch den Generator 13 der Luft zugesetzt. Die durch die oben beschriebenen Maßnahmen gereinigte Luft wird dann durch das Gebläse 15 nach außen gedrückt.

In der oben erwähnten Einrichtung zur Reinigung der Luft weist die Stromquelle 14 einen Hochspannungsgenerator zur Erzeugung einer Spannung von + 5 kV für die Speisung des elektrostatischen Staubsammlers und einer Spannung von - 5 kV für die Speisung des Generators zur Erzeugung von negativen Ionen auf.

Dieser Hochspannungsgenerator hat beispielsweise den folgenden Aufbau. Die Gleichspannung von 12 V , wie sie von der Batterie des Kraftfahrzeugs geliefert wird, wird durch Verwendung eines transistorisierten Oszillators in eine Wechselspannung in der Größenordnung von mehreren 10 kHz umgewandelt. Diese Wechselspannung wird durch Verwendung eines keramischen oder Wicklungs-Transformators bzw. -Umspanners bzw. -Übertragung erhöht und dann gleichgerichtet, wodurch positive und negative Hochspannungen entstehen.

Die oben erwähnte Oszillationsfrequenz liegt in der Größenordnung von mehreren 10 kHz und damit-außerhalb des Hörbereiches des Menschen. Diese Oszillation wird jedoch zwangsläufig von hochfrequentem Brummen bzw. Störungen begleitet} dieses Brummen überlagert sich den AusgangsSpannungen, wobei die höheren Harmonischen dieses Brummens durch den Kabelbaum oder ähnliche, elektrische Elemente, die als Antenne dienen, nach außen abgestrahlt werden. Diese höheren Harmonischen können durch die an dem Kraftfahrzeug angebrachte Antenne oder Ähnliche Teile empfangen werden und machen sich als Rauschen in den Empfangssignalen für Fernsehgeräte oder Rundfunk-

909885/083 4

gerate bemerkbar, so daß der einwandfreie Empfang beeinträchtigt wird.

Mit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung sollen diese höheren Harmonischen des Brummens entfernt werden, das in dem Hochspannungsgenerator des Luftfilters erzeugt wird.

Figur 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, die als Hochspannungsgenerator 14 in der Stromquelle verwendet werden soll.

Diese Ausführungsform enthält im einzelnen einen Aufwärtstransformator T₁, einen Transistor Q₁ zur Unterbrechung des Gleichstroms, Dioden D₁ und D- für die Gleichrichtung, Widerstände R₁ und R~, einen Ausgang P₁ für die Spannung von + 5 kV für die Speisung des elektrostatischen Staubsammlers, einen Ausgang P- für die Spannung von - 5 kV für die Speisung des Generators zur Erzeugung von negativen Ionen und einen gemeinsamen Ausgang P₃ für diese beiden Einheiten.

Wenn der durch die Primärwicklung L₁ des Transformators T₁ fließende Strom mit einer Frequenz von mehreren 10 kHs unterbrochen wird, wird ein Hochspannungs-Wechselstrom in der Sekundärwicklung L- erzeugt. Diese Hochspannung wird durch die Diode D₁ zur Erzeugung einer positiven Hochspannung und durch die Diode D- zur Erzeugung einer negativen Hochspannung gleichgerichtet. Diese Hochspannungen werden jeweils durch die Ausgänge P- bzw. P₂ abgenommen.

909885/0834

2329:348

Die Widerstände R₁ und R₂ haben hohe Widerstandswerte, um gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung das Auftreten von Rauschen zu verhindern. Die Widerstandswerte dieser Widerstände liegen im Bereich von mehreren 100 kJCl. bis mehreren ΗΛ , wobei die Ausgangs-Impedanz und der Spannungsabfall berücksichtigt werden.

Durch die Einfügung dieser Widerstände R₁ und R- werden in Verbindung mit den Streukapazitäten C₁ und C₂, die in verschiedenen Bereichen des Hochspannungsgenerators existieren, RC-Filter gebildet. Diese RC-Filter tragen dazu bei, das Rauschen zu entfernen.

Die Figuren 4a und 4b stellen die Wellenformen der Rauschspannungen dar. Figur 4a zeigt die Wellenform des Rauschens einer herkömmlichen Einrichtung (ohne die Widerstände R₁ und R_? in dem Schaltdiagramm nach Figur 3), während Figur 4b die Wellenform der Ausgangsspannung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt, und zwar jeweils durch ein Oszilloskop gesehen.

In Figur 4a entspricht ein Skalenstrich auf der Ordinate 20 V, während in Figur 4b ein Skalenstrich 5 V entspricht. Die Widerstände R₁ und R_ haben in diesem Fall beide den Wert von 1 MXL .

Wie sich aus den obigen Figuren, insbesondere aus Figur 4a ergibt, hat die Ausgangswellenform bei einer herkömmlichen Einrichtung die Form eines Sägezahns. Eine solche Wellenform enthält eine Vielzahl von höheren Harmonischen, wie durch eine Fourier-Transformation bewiesen werden kann.

909885/0834

2S29U48

Im Gegensatz hierzu liegt die Wellenform der Ausgangsspannung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung sehr nahe bei einer Sinus-Wellenform; darüber hinaus ist der Spitzenwert dieser Wellenform auf ungefähr ein Dreißigstel der Wellenform der herkömmlichen Einrichtung verringert, so daß die schädlichen höheren Harmonischen im wesentlichen unterdrückt werden.

Figur 5 zeigt in einer graphischen Darstellung einen Vergleich für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung und die herkömmliche Einrichtung, wobei die Stärke des Rauschens des elektrischen Feldes über der Frequenz aufgetragen ist, die von der Einrichtung zur Reinigung der Luft abgestrahlt wird. In dieser Figur bezieht sich die durchgezogene Linie auf die herkömmliche Einrichtung und die gestrichelte Linie auf die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

Wie sich aus Figur 5 entnehmen läßt, kann mit der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung von näherungsweise 35 - 40 db {unter der Voraussetzung, daß 1 μν/m = 0 db ist) in der Stärke des elektrischen Rausch-Feldes erreicht werden, wodurch sich eine ausreichende Unterdrückung des Rauschens ergibt.

Figur 6 zeigt einen Vergleich zwischen der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Einrichtung, und zwar in bezug auf die Stärke des Rauschens, das in einen an dem Kraftfahrzeug angebrachten Rundfunkempfänger eingeführt wird. In dieser Figur bezieht sich die durchgezogene Linie auf den Rauschpegel einer herkömmlichen Einrichtung und die gestrichelte Linie auf den Rauschpegel des Rundfunkempfängers selbst, das heißt, auf den Rauschpegel des Autoradios, wenn die

909885/0834

2929U48

Einrichtung zur Reinigung der Luft abgeschaltet oder von dem Stromkreis getrennt wird. Auf der Ordinate dieser Kurvendarstellung ist der Rauschpegel aufgetragen, der in Dezibel (1 μν/m = 0 db) der Rauschspannung ausgedrückt wird, die an den Lautsprecheranschlüssen des Autoradios induziert wird.

Bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird der erzeugte Rauschpegel der Einrichtung durch das Eigenrauschen des Autoradios maskiert bzw. überspielt. Dies bedeutet, daß der Rauschpegel der Einrichtung geringer als das Eigenrauschen des Autoradios ist und nicht getrennt gemessen werden kann. Für die Praxis läßt sich also feststellen, daß die Erzeugung von Rauschen in der Einrichtung zur Reinigung der Luft mittels der vorliegenden Erfindung erfolgreich unterdrückt bzw. verhindert werden kann.

Die Erfinder haben eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um den optimalen Bereich der zu verwendenden Widerstände zu bestimmen. Figur 7 zeigt das Ergebnis dieser Experimente. In Figur 7 stellt die Ordinate auf der rechten Seite den Spannungsverlust und die mit VL bezeichnete Kurve diesen Spannungsverlust dar. Auf der Abszisse ist der Widerstandswert in M Λ aufgetragen. Dies bedeutet, daß der Spannungsverlust entsprechend zunimmt, wenn der Widerstandswert erhöht wird. Eine weitere Ordinate auf der linken Seite zeigt den Bauschpegel in db. Die entsprechenden Daten werden durch die Kurve NL angegeben. Aus dieser Kurve läßt sich abnehmen, daß der Rauschpegel bei einer Erhöhung des Widerstandswertes ziemlich plötzlich abnimmt. Er wird jedoch bei einem Widerstandswert von 2 M Λ oder mehr ziemlich konstant. Aus den beiden Kurven VL und NL kann ein

909885/0834

2y29ü48

effektiver Bereich ER bestimmt werden. Unter Berücksichtigung sowohl des Rauschpegels als auch des Spannungsverlustes hat sich ein Bereich ER von 500 kiTk. bis 2 Μ.Λ als besonders zweckmäßig herausgestellt.

Es ist weiterhin bestätigt worden, daß ein im obigen Bereich liegender Widerstandswert besser durch die Reihenschaltung mehrerer Widerstände als durch Verwendung eines einzigen Widerstandes erreicht werden kann. Dies ist auf die Verringerung der parallelen Streukapazität durch die Reihenschaltung der Widerstände sowie auf die Erhöhung der Streukapazität gegenüber Erde bzw. Masse zurückzuführen.

Im allgemeinen enthält der Hochspannungsgenerator ein bestimmtes Ausmaß an Streukapazität. Dementsprechend besteht sogar nach dem Abschalten der Hauptquelle für das Luftfilter die Gefahr, daß man bei einer Berührung des Staubsammlers einen Schlag bekommt. Durch Einführung von Elementen mit hohem Widerstand in den Ausgangskreis, wie es mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, läßt sich jedoch der zusätzliche Vorteil erreichen, daß die Wirkung dieses Schlages wesentlich verringert wird oder sogar nicht mehr wahrnehmbar ist,

Die in Figur 3 gezeigten Widerstände ii,_:: und H^ sollte:. sich an einer Stelle befinden,,, die näher bei den Ausgängen P;^ und P,_;il ist, urn eine noch bessere Unterdrückung· des Rauschens "zu erreichen.,

Wie oben ausführlich erläutert wurde, läßt sich mit der vorliegenden Erfindung der große 7crteil erreichte, durch sehr Pinfache Mi.tt.sj./ nämlich durch Hinführujj^ von Elementen

909885/0834

2929U48

mit hohen Widerstandewerten in den Ausgangskreis des Hochspannungsgenerators , die Erzeugung der sich als Rauschen bemerkbar machenden elektromagnetischen
Wellen im wesentlichen zu verhindern, die bei herkömmlichen Einrichtungen zur Reinigung der Luft nach außen abgestrahlt werden und sich beispielsweise in
einem Autoradio bemerkbar machen.

909885/0834

e e r s e

ite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DU-LING

H. KINKELDEY

OH-MQ

W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

OPL ING

β. BEZOLD

DR !»Ι Ν«-OVL-OCM

8 MÜNCHEN

MAXlMlLJAKtSTRASSC «3

18. Juli 1979 P 14 044

Nissan Motor Co., Ltd.

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan

Elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der Luft in einem Kraftfahrzeug

Patentansprüche

f 1 Λ Elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der ^vi«tt in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrostatischen Staubsammler, mit einem Generator zur Erzeugung von negativen Ionen und mit einem Hochspannungsgenerator zur Erzeugung von Hochspannungs-Ausgangssignälen für die Speisung des Staubsammlers und des Generators für die Erzeugung von negativen Ionen, dadurch

909885/0834

(ο·β) eaaaea tclex os-aaaao tkleqramme monapat T«veKOP»EREf*

gekennzeichnet , daß in den jeweiligen Ausgangskreis des Hochspannungs-Generators ein Element (R₁, R_) mit hohem Widerstand eingesetzt ist.
2. Elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der Luft in einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Elementes (R^, R₂) mit hohem Widerstand zwischen 500 kü-bis 2 MXl liegt.
3. Elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der Luft in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (R-/ R-) mit hohem Widerstand in jedem Ausgangskreis in Reihe mit einer gleichrichtenden Diode (D₁, D_?) geschaltet ist.
4. Elektrostatische Einrichtung zur Reinigung der Luft in einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit hohem Widerstand durch mehrere, in Reihe geschaltete Widerstände (R₁, R₃) gebildet wird.

909885/0834