DE3931914A1 - Filteranordnung fuer die autoinnenluftreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anbringung eines Filters ohne besondere Befestigung in der Hutablage von Kraftfahrzeugen.

In Kraftfahrzeuginnenräumen herrschen, bedingt durch die Abgase des Vordermannes oder auch durch die Undichtigkeiten im eigenen Fahrzeug mitunter hohe Schadstoffkonzentrationen. Der Fahrzeuginnenraum zählt zu den schadstoffbelastetsten Räumen überhaupt. Deshalb sind dort Maßnahmen zur Luft­ reinigung angebracht. Da Filter nur begrenzt haltbar sind, müssen diese rasch und in kurzen Abständen ohne Montage­ hilfe oder Verbringung des Autos in die Werkstatt gewechselt werden können.

Eine Maßnahme zur Luftreinigung ist die Anbringung von Filtern im Außenluftstrom. Eine zweite Möglichkeit der Verminderung der Schadstoffbelastung der Insassen ist möglich, durch die Schließung der Außenluftklappe, wenn die Schadstoffkonzen­ trationen z. B. an einer Meßstelle des Fahrzeuges, z. B. am Kühlergrill, einen bestimmten Wert überschreiten. Bei Fahr­ zeugen die eine Umluftklappe haben, wird die Beheizung, Kühlung oder Lufttrocknung im Umluftverfahren über eine Klimaanlage oder über eine Heizungsanlage durchgeführt. Fahrzeuge, die noch keine Umluftklappe (Smog-Taste) haben, können mit dem Sensor die Frischluftventilatoren abschalten.

Eine zusätzliche Möglichkeit zur Luftverbesserung ist dabei die Reinigung der Autoinnenluft nach Abschaltung des Außen­ luftstromes im Umluftverfahren. Hierfür gibt es bewegliche Geräte, die auf dem Rücksitz oder anderswo liegen oder auch fest eingebaute Filter, die im Umluftstrom liegen. Größere Luftreinigungseinrichtungen, die auch CO entfernen können, sind meist im Kofferraum angeordnet. Im Vergleich zu Gegen­ ständen, wie manche Stereogeräte auf der Hutablage, wird die Sicht nach hinten mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Luftreinigungsgerätes unter der Hutablage und des Filters mit der Oberkante in der Aussparung in der gleichen Ebene wie die Hutablage nicht gestört. Die Luft wird dann meist entweder seitlich von außen angesaugt, wobei die Luftansaug­ öffnung im Bereich hoher Abgaskonzentration um das Fahr­ zeug herum, oder in der Nähe des Abgasstutzens des eigenen Fahrzeuges zu liegen kommt. Dies ist sehr nachteilig, denn man saugt dann nicht Umluft aus dem Fahrzeuginneren an, sondern hochverschmutzte Außenluft. Eine Umluftreinigung der Fahrzeuginnenluft wird dadurch unmöglich.

Bei einigen BMW-Fahrzeugtypen entweicht die Innenraumluft durch den Kofferraum nach außen. Man nimmt deshalb an, daß ein unter der Hutablage angeordnetes Umluftgerät diese Fahrzeuginnenluft ansaugen kann, und der Fahrzeuginnenraum mit dem Luftreinigungsgerät lediglich durch eine Zuluft­ öffnung in der Hutablage verbunden zu werden braucht. Die Annahme, auf solche Weise im Umluftbetrieb zu arbeiten, trifft im allgemeinen auch zu. Sie funktioniert jedoch nicht mehr, wenn z. B. Fenster geöffnet werden, so daß die Druckverhältnissse im Kofferraum eine Abströmung durch den Kofferraum nicht mehr erlauben. Unterdruck im Kofferraum herrscht nur dann, wenn alle anderen Leckagen des Fahr­ zeuges, wie auch z. B. öffenbare Fenster, dicht sind. Nur dann nimmt die Luft tatsächlich den Weg über den Koffer­ raum ins Freie. Nur dann ist auch die Luftansaugung mit dem Luftreinigungsgerät in der beabsichtigten Weise wirk­ sam. Sind jedoch Leckagen vorhanden, dann können sich andere Druckverhältnisse einstellen, die z. B. nach sich ziehen, daß Außenluft aus dem Abgasstutzenbereich in den Kofferraum angesaugt wird. Dann entsteht der gleiche Nach­ teil, wie bereits weiter oben geschildert. Im übrigen ist die Abluftführung bei den verschiedenen Fahrzeugtypen sehr unterschiedlich. Nur bei wenigen Fahrzeugtypen geht die Luft durch den Kofferraum ins Freie. Bei anderen Fahrzeugtypen entweichen sie durch gesonderte Abluft­ schlitze in der Karosserie hinter den hinteren Fenster­ scheiben, oder im Bereich der Heckscheiben, oder im Türbereich, wo extra Undichtigkeiten zum Luftentweichen gelassen werden. Z. B. werden bei Mercedes-Fahrzeugen die Rahmen der hinteren Scheiben mit ständig offenen Schlitzen ausgeführt.

In allen solchen Fällen ist die Luftansaugung mit dem Um­ luftgerät aus dem Kofferraum nachteilig. Es kommt ein Umluftbetrieb, wie er für die Luftreinigung notwendig ist, nicht zustande. Der Kofferraum ist auch aus anderen Gründen nicht prädistiniert für die Luftansaugung. Gewöhnlich be­ findet sich der Benzintank in irgendeiner Weise in der Nähe des Kofferraumes, oder Reservebenzinkanister werden im Kofferraum aufbewahrt. Bei geringen Undichtigkeiten würde man in diesem Fall bereits die Filter durch Benzin­ dämpfe erheblich belasten und rasch arbeitsunfähig machen.

Um mit solchen Umluftfiltern die mit Schadstoffen belas­ teten Filterteile auswechseln zu können ist es erforderlich, die Geräte einzuschicken oder eine Werkstatt anzufahren, die die Montagen ausführt.

Die bisherige nur zögernde Einführung der Luftreinigung in Pkw′s hat auch ihre Ursache darin, daß der kurzfristige Wechsel von Filtern zuviel Arbeit macht. Da Fahrzeuge meist keinen Platz für solche Filter vorlassen, werden diese irgendwo dazwischen gequetscht und können nur schwer ge­ dichtet werden. Dadurch leidet ihre Wirksamkeit. Koffer­ artige Geräte die auf dem Rücksitz aufgelegt oder im Kofferraum untergebracht sind, werden meist deshalb nicht gekauft, weil sie Platz wegnehmen und auch bezüglich der Sicherheit im Pkw-Raum bei Unfällen bedenklich sind. Die im Kofferraum untergebrachten Luftreinigungsgeräte ent­ halten die Filter neben anderen Teilen in einem Gehäuse, das nur fachgerecht geöffnet werden kann und es deshalb notwendig ist, das Fahrzeug in die Werkstatt zu bringen. Werden die Filter, z. B. Aktivkohlefilter, nicht oft genug gewechselt, so besteht die Gefahr, daß sie desorbieren, d. h. bei der Erwärmung durch Sonneneinstrahlung Schadstoffe wieder in den Innenraum abgeben, die sie vorher aus der Luft aufgenommen hatten. Im Autoinnenraum befinden sich Abgasbestandteile, verdampftes Benzin, Lösungsmittelreste von Lacken, Polstereinrichtungen, Stoffen, Isolierungen usw. in der Luft. Neben Stäuben, Bremsabrieben und dem, was in der Straßenluft ansonsten zu finden ist, wäre für eine komplette Dauerluftreinigung ein Aufwand erforderlich, der räumlich die Möglichkeiten eines Pkw′s überschreiten würde. Aber auch die Druckverluste, die solche Filter haben, um hohe Abscheidegrade zu erreichen, wären im Verein mit einer genügend großen Luftmenge die Ursache für einen zu hohen Energieverbrauch im Kraftfahrzeug, der dort so nicht aufgebracht werden kann.

Die Luftreinigung in Kraftfahrzeugen muß deshalb in die Richtung ausweichen, daß mit einer verhältnismäßig großen Luftmenge über einen verhältnismäßig kleinen Luftwider­ stand ein mehrfacher Reinigungsvorgang bewirkt wird. Diesen schaffen Filter gewöhnlich nur kurze Zeit. Die technische Machbarkeit der Autoluftreinigung hängt daher an der Tatsache, daß die kurze Standzeit des Filters ohne großen Aufwand, vom Nutzer selbst kompensiert werden kann. So ähnlich wie eine Klosettpapierrolle ein Wegwerf­ filter ist, schwebte auch dem Erfinder vor, einen Filter zu schaffen, der mit geringstem Aufwand entfernt, erneuert und weggeworfen werden kann.

Im Rahmen einer mehrjährigen Forschung versuchten auch wir zuerst, Filter so ähnlich wie die für die Motorluft­ reinigung zu konzipieren. Schüttstoffe in einen stehenden Käfig zu füllen bereitete jedoch erhebliche Schwierig­ keiten. Die Luftdurchströmung war unregelmäßig, und der im Fahrzustand zusammengerüttelte Schüttstoff wurde nur ungleichmäßig durchströmt. Dadurch war er nur z. T. wirksam. Ruhende Geräte, mit in der Mitte liegenden Ventilatoren, kofferähnliche Geräte mit einer Filteranordnung über einen Axialventilator und andere Ansätze führten immer wieder zu Nachteilen. Z. B. verringerte sich im letzteren Fall die Luftmenge zu stark. Die zusätzliche Einführung von extra starken Lichtmaschinen war dann notwendig. Das Zusammenfügen der Luftwege mit dem Ventilator und Filter verlangte nach Befestigungstechniken, die nur vom Fachmann zusammengefügt oder auseinandergenommen werden konnten. Kennzeichnend für den Stand der Technik sind US-Geräte, wie sie in zylindrischer Form mit einem eigenen Ventilator an die Zigarettenanzündersteckdose anschließbar, mit etwa 1,5 kg Aktivkohle versehen, beweglich auf dem Fuß­ boden neben dem Fahrersitz angeordnet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Filteranbringung zu schaffen, die einerseits die Umluftreinigung ermöglicht, bei der eine viel geringere Luftmenge mehrfach durch das Filter gezogen werden kann und so zu einer höheren Luftgüte führt. Das Filter selbst aber wiederum einen so geringen Druckverlust hat und eine möglichst maximale Anströmfläche, so daß mit einem mini­ malen Energieaufwand ein hoher Abscheidegrad erreicht wird. Der Nachteil dieses Verfahrens, daß ein Filter nur kurze Zeit hält, soll durch eine möglichst einfache Art und Weise der Anbringung des Filters ausgeglichen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umluftreinigung mit einem im Pkw unter der Hutablagen­ scheibe fest installierten Einrichtung (siehe Zeichnung 1) mit einem eigenen Ventilator, der über einen Schadstoff­ sensor, der auf Autoabgasanteile anspricht, ein- und ausge­ schaltet wird, wobei eine Verzögerung des Ein- und Ausschalt­ vorganges regelbar dazugebracht wird. Das heißt, die Dauer der Einschaltung des Filters kann vom Fahrzeuginsassen für seine jeweilige Nutzerart (Stadtfahrten oder Fernfahrten, Sommer- oder Winterbetrieb) fest eingestellt werden (1,5; 3; 5 Minuten Schaltzeit). Die Umluftreinigung findet dadurch unabhängig vom Fahrzeugnutzer ausschließlich bestimmt durch die Schadstoffkonzentration im Fahrzeuginnen­ raum statt. Der Ausblas ist so gerichtet, daß auf Mitfahrer keine Zugerscheinungen einwirken. Die Luftanströmung un­ mittelbar aus dem Fahrgastraum geht allen Problemen ver­ schiedener Druckverhältnisse aus dem Weg. Die beschriebenen Gefahren bei der Ansaugung aus dem Kofferraum bestehen nicht. Das Gerät ist vielmehr in Richtung Kofferraum völlig dicht. Die Ausblasung der Luft auf dem kürzesten Weg in den Fahrgastraum hinein, vermeidet die nachteilige Wirkung ver­ schmutzter Luftkanäle auf die Luftgüte. Letzteres stellt bei den derzeit üblichen Luftkanälen in Pkw′s einen großen Nachteil dar, den auch Filter nicht ausschalten können. Jeder bemerkt diese "Staubbraterei" wenn er das erste Mal seine Fahrzeugheizung in Gang bringt.

Die Anordnung auf der Hutablage gestattet es, einen sehr großen Anströmquerschnitt des Filters zu schaffen. Selbst wenn die Hutablage gelegentlich belegt ist, so schadet dies dem Filtervorgang nicht. Das Filter wird erfindungs­ gemäß von Hand in die in der Hutablage freigelassene öffnung hineingedrückt, wobei es keinerlei Werkzeug braucht. Diese Arbeit kann also von jedem, auch nicht technisch Gebildeten ausgeführt werden. Nachdem sich die Oberseite, die aus einem weißen Staubfilter besteht, dunkelgefärbt hat, wird dieses Filter von Hand entnommen und durch ein Neues ersetzt. Der Filtertausch muß in einem Abstand von etwa vier Wochen durchgeführt werden. Dabei kommt ein Mehrschichtenfilter zur Anwendung, das aus Chemiesorptions­ filtern, Aktivkohlefiltern und Staubfiltern besteht. Der Hauptvorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Filterlage, im Gegensatz zu bisherigen Anordnungen, leicht zugänglich ist und daher auch in kurzen Abständen mit Sicherheit ein Filterwechsel stattfindet. Geschieht dies nicht, wie bei den meist schwer zugänglichen Filteranord­ nungen in den Kraftfahrzeugräumen, in denen der Motor die Heizung und dergleichen untergebracht ist, so haben solche Filter eher für die Luftgüte Nachteile. Die in den Filtern angesammelten Öl-, Benzin- und andere verdampfbaren Anteile erzeugen bei der Verschmutzung des Filters einen üblen Ge­ ruch in der Fahrzeugluft. Fährt man z. B. durch saubere Luft, so wird diese durch das verschmutzte Filter in ihrer Luft­ güte erheblich vermindert. Auch längere Zeit gebrauchte Staubfilter halten den Staub fest, der aber andererseits selber Gerüche an die Luft abgibt. Diese als "Filterparadoxon" bekannte Erscheinung findet man auch in Lüftungs- und Klimaanlagen, die an einem Smogtag autoabgasreiche Luft angesaugt haben, der Filter dabei verschmutzt wurde und dieser tagelang Abgasgeruch in das Gebäude hinein lüftet. Auch dieser Nachteil kann nur ausgeschal­ tet werden, indem die Filter häufig genug gewechselt werden, wozu sie billig genug sein müssen und anderer­ seits selber und auf die einfachste Weise (ohne Werkzeug) gewechselt werden können.

Die Beurteilung, wann ein solches Filter gewechselt werden kann, kann in diesem Fall per Augenschein vorgenommen werden. Ein Blick auf die Farbe der obersten Filterschicht auf der Hutablage genügt, um den Verschmutzungsgrad des Filters festzustellen. Auch wie oft ein solches Filter gewechselt wird, kann der Betreffende selbst entscheiden, je nachdem, wie schwarz er seinen Filter an der Oberfläche werden läßt.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Luftreinigungsverfahrens liegt darin, das jedes Fahrzeug damit ausgerüstet werden kann. Auch die Größe der Filterfläche kann jedem Fahrzeug­ typ angepaßt werden. Große Hutablageflächen gestatten dann große Filter. Es ist dann nur notwendig, die im Handel käufliche Hutablageplatte für das jeweilige Fahrzeug dem Filterhersteller zur Verfügung zu stellen, der dann unter die Hutablage das Umluftreinigungsgerät montiert, an das der Fahrzeughalter nicht mehr heranbraucht. Der hat es dann nur noch mit dem leicht zugänglichen Auflegefilter zu tun, das ihm in einer Rolle genügend großer Stückzahl, wie bei einer Klosettpapierrolle zur Verfügung gestellt wird, die er dann in seine Garage hängt. Diese Rolle ist perforiert und er kann in beliebig kurzen Abständen seine Filter mit einem Handgriff wechseln.

Diese Art des Testfilters und seiner Anbringung ist auch für Unfälle ganz unbedenklich. Die Faserfilter haben ein sehr geringes Gewicht und können bei Aufprall kaum Ver­ letzungen hervorrufen. Die Aktivkohle ist in diesen Filtern feinkörnig thermisch auf einem Kunststoffschaum aufge­ klebt. Der Schaum schafft mit seinem großen Volumen eine für den Abscheidegrad günstige, große Berührungszeit. Die Unterbringung von geschütteter, stranggepreßter oder feinkörniger Aktivkohle in liegenden Schüttschichten, können nur in Kästen, die festgeschraubt werden müssen, angeordnet werden. Dies ist auch in der Aussparung der Hutablage von Pkw′s möglich.

Claims (4)

1. Filteranordnung für die Autoinnenluftreinigung dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfilter in einer Aussparung der Hutablageplatte angeordnet sind.

2. Filteranordnung für die Autoinnenluftreinigung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die als mehrfache Staubfilter und Filtervliesschichten ausgebildeten Luftfilter in der Aussparung der Hutablageplatte so angeordnet sind, das sie auf einem weitmaschigen Drahtgitter aufliegen, und ansonsten nicht zusätzlich befestigt sind.

3. Filteranordnung für die Autoinnenluftreinigung wie in Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß aus Schüttgütern und Filtervliesen bestehende Filterkästen ohne Werkzeuge zu benutzen, in die Ver­ tiefung der Hutablageplatte eingelegt werden, wobei sie durch das Drahtgitter gehalten werden, das an der Aussparung der Hutablageplatte befestigt ist.

4. Luftreinigungsgerät nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filter durch den Luftstrom auf die Unterlage gedrückt wird, was durch die Anordnung eines Ventilators unter dem beschriebenen Drahtgitter erfolgt.