DE102023126909A1

DE102023126909A1 - Filtersystem mit Ionisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102023126909A1
Application number: DE102023126909.7A
Authority: DE
Inventors: Lars Petersen
Original assignee: Hengst SE and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2023-10-04
Filing date: 2023-10-04
Publication date: 2025-04-10
Also published as: WO2025073571A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtersystem (10), umfassend: i) ein Fluidführungssystem (12) zur Führung eines zu filternden Fluids, ii) eine Ionisationsvorrichtung (14) zur Ionisation von Bestandteilen des zu filternden Fluids, iii) einen Filtereinsatz (16), umfassend: a) ein mehrlagiges Filtermedium (18), umfassend als erstes Polarisationselement (20) eine elektrisch leitfähige erste Leiterlage (22), und eine Filterlage (24), wobei die Filterlage zumindest eine dielektrische Lage umfasst, und b) ein elektrisches Kontaktierungssystem (26) zur Verbindung des Filtereinsatzes mit einer Spannungsquelle, wobei das elektrische Kontaktierungssystem (26) dazu eingerichtet ist, dass an die erste Leiterlage (22) eine Spannung angelegt werden kann, iv) ein zweites Polarisationselement (28), und v) eine vom mehrlagigen Filtermedium (18) separate Aktivkohlestufe (30), umfassend eine Aktivkohlevolumen (32), wobei das Aktivkohlevolumen (32) Aktivkohle in einem Massenanteil von 50 % oder mehr umfasst, bezogen auf die Masse des Aktivkohlevolumens (32), wobei das Filtersystem (10) dazu eingerichtet ist, dass zwischen der ersten Leiterlage (22) und dem zweiten Polarisationselement (28) eine Spannungsdifferenz angelegt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtersystem, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, sowie ein Fahrzeugmodul umfassend ein entsprechendes Filtersystem. Offenbart wird darüber hinaus ein Fahrzeug umfassend ein entsprechendes Fahrzeugmodul.
Die moderne Filtrationstechnik kennt heutzutage zur Abtrennung von unerwünschten Komponenten aus Fluidströmen zahlreiche leistungsfähige Alternativen und Weiterentwicklungen zu den altbekannten Verfahren, welche zumeist auf einer im Wesentlichen mechanischen Abscheidung basieren, zumeist an einem lediglich teildurchlässigen Filterelement, welches beispielsweise aus einem porösen Material bestehen kann.
Eine dieser Weiterentwicklungen, die insbesondere zur Gasreinigung eingesetzt wird, ist die sogenannte elektrostatische Abscheidung, wobei die eingesetzten Vorrichtungen auch als Elektroabscheider bezeichnet werden. In diesen Elektroabscheidern werden die zu entfernenden Partikel in einem ersten Schritt durch eine Elektrode ionisiert und anschließend an einer entgegengesetzt geladenen Niederschlagselektrode abgeschieden. Entsprechende Elektroabscheider kommen insbesondere in Industrieanlagen zum Einsatz.
An die Leistungscharakteristika von Innenraumluftfiltern, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, werden jedoch andere Anforderungen gestellt, wobei beispielsweise auch die zuverlässige Abtrennung von Pollen und/oder Feinstaub und/oder Gerüchen und/oder Abgasen gewünscht ist.
Um diese Anforderungen an Innenraumluftfilter zu erfüllen, wurde das Konzept der elektrostatischen Abscheidung, bei der es sich in vielen Fällen strenggenommen nicht um eine Filtration handelt, zum Erhalt leistungsfähiger Filterelemente mit Verfahren der mechanischen Abscheidung kombiniert. Durch die Kombination von klassischen Filtermaterialien mit einer Ionisationsvorrichtung lässt sich die Abscheideleistung von Filtern in vielen Fällen bereits deutlich erhöhen, wobei die entsprechenden Filterelemente im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke einer klaren Identifikation als elektrostatische Abscheider mit Filterfunktionalität bezeichnet werden. Bei entsprechenden Filterelementen wird jedoch beobachtet, dass die Abscheideleistung über die Lebensdauer des Filterelements abnehmen kann, was häufig auf eine mit der Zeit verringerte elektrostatische Aufladung im Filtermaterial zurückgeführt wird.
Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, elektrostatische Abscheider mit Filterfunktionalität so auszulegen, dass im Filtereinsatz durch das Anlegen einer Spannung an zwei Polarisationselemente über den Aufbau eines elektrischen Feldes eine Polarisation des Filtermaterials bedingt werden kann. In Kombination mit einer Ionisationsvorrichtung kann diese Polarisation des Filtermaterials eine leistungsfähige Abscheidung ermöglichen, die vorteilhafterweise zumeist über die gesamte Lebensdauer des Filterelements konserviert werden kann. Hintergrundinformationen zur grundsätzlichen Technologie sind beispielsweise in der WO 2007/135232 A1 oder der EP 3 448 540 B1 offenbart.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dieser elektrostatischen Abscheider mit Filterfunktionalität lassen sich erhalten, wenn die Polarisationselemente zumindest teilweise in das im Filtereinsatz verbaute Filtermedium integriert werden. Hierfür können einzelne Lagen eines mehrlagigen Filtermediums als elektrisch leitfähige Lagen ausgeführt werden. Eine solche elektrisch leitfähige Leiterlage des Filtermediums kann beispielsweise gemeinsam mit einem fahrzeugseitig angeordneten zweiten Polarisationselement oder mit einer zweiten elektrisch leitfähigen Leiterlage gemeinsam die Polarisation eines dielektrischen Filtermaterials bedingen. Durch die zumindest teilweise Integration der Polarisationselemente in das Filtermedium und damit den Filtereinsatz, werden leistungsfähige Filtereinsätze erhalten, die insbesondere über ein vorteilhaftes Gewicht verfügen und es ermöglichen, die Anforderungen an die fahrzeugseitig benötigten Einrichtungen zu verringern oder sogar gänzlich aufzuheben, wenn keine fahrzeugseitigen Polarisationselemente vorgesehen werden müssen, um die Polarisation der dielektrischen Lage zu realisieren.
Die prinzipiell vorteilhafte Ausgestaltung der Filtermedien bzw. der Filtereinsätze mit integrierten elektrisch leitfähigen Leiterlagen ist jedoch auch mit Herausforderungen verbunden, insbesondere bei der großtechnischen Herstellung.
Die Integration von als Polarisationselement fungierenden Leiterlagen in mehrlagige Filtermedien ist unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten nicht trivial. Im Stand der Technik werden aus diesem Grund Lösungen vorgeschlagen, wie insbesondere das Auftreten von Fertigungsfehlern, welche beispielsweise aus einer ungewünschten Kontaktierung der Leiterlagen resultieren können, vermieden werden können, wie es beispielsweise in der DE 102023121052 A1 offenbart wird.
Im Zuge der Entwicklung eines leistungsfähigen Filtersystems haben die Erfinder erkannt, dass insbesondere der Einsatz von Aktivkohlelagen im mehrlagigen Filtermedium die Verarbeitung der Ausgangsmaterialien erheblich erschweren kann, insbesondere in einem kontinuierlichen Prozess. Die Integration entsprechender Aktivkohlelagen in das mehrlagige Filtermedium führt dabei insbesondere beim Einsatz vieler industriell üblicher Trennverfahren, beispielsweise bei vielen Quetschschnitten, zu einer unerwünschten Herabsetzung der Überschlagsspannung, welche mit dem mehrlagigen Filtermedium zu erreichen ist. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, gehen die Erfinder davon aus, dass die im Trennvorgang auftretende mechanische Belastung zur Ausbildung von Aktivkohlestaub führen kann, welcher im Schnittbereich in die dielektrische Lage eintreten und deren elektrische Leitfähigkeit lokal in unerwünschter Weise steigern kann.
Dieser Befund zur nachteiligen Auswirkung von Aktivkohlelagen in mehrlagigen Polarisationsfiltermedien auf deren Verarbeitung ist mit Blick auf die Branchenanforderungen, insbesondere im Bereich der Fahrzeugindustrie, besonders nachteilig. Für viele Anwendungen, insbesondere im Fahrzeugbereich, wird von Filtersystemen erwartet, dass diese vorteilhafte Absorptionseigenschaften gegenüber Schadstoffen aufweisen, was in vielen Fällen den Einsatz von Aktivkohle im Filtersystem erforderlich macht. Entsprechend bestehen regelmäßig Vorgaben, die den Einsatz von solchen sogenannten Kombimedien erforderlich machen, in deren Filtermedienverbund eine Aktivkohlelage vorgesehen wird.
Im Zuge der zunehmenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit moderner Filtersysteme und die von den Fahrzeugherstellern gewünschte Qualität der Innenraumluftfilterung geht die Entwicklung dahin, zukünftig deutlich größere Mengen an Aktivkohle und damit deutlich größere Flächengewichte vorzusehen, um die gewünschten Leistungseigenschaften im Bereich des Sofortdurchbruchs und der Gesamtaufnahmekapazität für Schadstoffe zu optimieren. Der Sofortdurchbruch gibt dabei an, wie groß der prozentuale Anteil eines bestimmten Gases ist, welches das Filtersystem trotz der eingesetzten Aktivkohle passiert.
Um das gesamte zu filternde Fluid mit der Aktivkohle zu kontaktieren, ist es zudem notwendig, die Aktivkohlelage in einem mehrlagigen Filtermedium vollflächig auszuführen, damit keine Umgehung der Aktivkohle möglich ist. Gleichzeitig sind in der Fertigung der Packungsdichte für die Aktivkohlepartikel Grenzen gesetzt, da der entstehende Druckverlust und der Durchströmungswiderstand nicht zu groß werden dürfen.
Bereits bei herkömmlichen Kombifiltern, welche im mehrlagigen Filtermedium eine Aktivkohlelage vorsehen, führen die steigenden Anforderungen an die einzusetzende Menge an Aktivkohle im Lichte der Vorgaben an die Strömungseigenschaften dazu, dass der benötigte Bauraum zunimmt, obwohl der benötigte Bauraum insbesondere im Bereich der Fahrzeugindustrie ebenfalls eine häufig begrenzte Ressource ist.
Durch den Einsatz elektrostatischer Abscheider mit Filterfunktionalität kann der benötigte Bauraum prinzipiell verringert werden. Die gewünschte große Anströmfläche des eingesetzten mehrlagigen Filtermediums führt in Kombination mit der gewünschten hohen Adsorptionswirkung durch Aktivkohle jedoch auch in diesen an sich vorteilhaften Systemen zu einer Steigerung des benötigten Bauraums. Zudem nimmt auch die Dicke der mehrlagigen Filtermedien zu, was sich auf die Feldstärke des elektrischen Feldes, welches der Polarisation der dielektrischen Lage dient, auswirkt.
Zudem haben die Erfinder gefunden, dass die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten bei der Herstellung mehrlagiger Filtermedien, in die zumindest eine Leiterlage integriert ist, durch die geforderten hohen Aktivkohlegehalte zusätzlich derart erschwert werden, dass auch viele der im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen zur Verfahrensführung nicht beziehungsweise nicht ausreichend geeignet sind, um die fertigungstechnischen Probleme zu lösen.
Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest abzuschwächen.
Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders leistungsfähiges Filtersystem anzugeben, mit welchem sowohl in der Partikelfiltration als auch der Schadstoffadsorption ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden können.
Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Filtersystem hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bei der Schadstoffadsorption mit klassischen Kombifiltersystemen, bei denen eine Aktivkohlelage in das mehrlagige Filtermedium integriert ist, vergleichbar sein sollte. Insoweit war es eine wünschenswerte Vorgabe, dass das anzugebende Filtersystem auch für zukünftig steigende Anforderungen an höhere Adsorptionsleistungen und noch weiter steigende Aktivkohlegehalte anpassbar sein sollte.
Insoweit war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die vorteilhafte Adsorptionsleistung nicht mit einer verringerten Haltbarkeit des eingesetzten mehrlagigen Filtermediums verbunden sein sollte, wobei insbesondere wünschenswert war, dass Filtermedien mit einer vorteilhaften Durchschlagsspannung und einer vorteilhaften Polarisationswirkung eingesetzt werden können.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die im anzugebenden Filtersystem eingesetzten Filtermedien besonders leicht sowie zeit- und kosteneffizient herstellbar sein sollten. Hierbei war es eine wünschenswerte Vorgabe, dass die einzusetzenden mehrlagigen Filtermedien dabei möglichst weitestgehend auf klassischen Anlagen und unter Verwendung etablierter Verarbeitungsverfahren herstellbar sein sollten, ohne dass es zu einer nachteiligen Verringerung der Überschlagsspannung kommen sollte, insbesondere bei solchen mehrlagigen Filtermedien, in denen zwei Leiterlagen als Polarisationselemente integriert sind.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Filtersystem ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen Filterleistung sowie Schadstoffadsorption auf der einen Seite und dem benötigten Bauraum auf der anderen Seite aufweisen sollte.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Filtersystem in besonders zeit- und kosteneffizienter Art und Weise zu warten sein sollte.
Darüber hinaus war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugmodul bereitzustellen, welches ein entsprechendes Filtersystem umfasst.
Es war eine sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zudem ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Fahrzeugmodul anzugeben.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehend beschriebenen Aufgaben in vorteilhafter Weise lösen lassen, wenn ein elektrostatischer Abscheider mit Filterfunktionalität mit einer separaten Aktivkohlestufe kombiniert wird, wie es in den Ansprüchen definiert ist.
Durch dieses Vorgehen ist es möglich, die geforderte Adsorptionsfähigkeit durch eine separate Aktivkohlefilterstufe bereitzustellen, wodurch in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit entfällt, im mehrlagigen Filtermedium des elektrostatischen Abscheiders mit Filterfunktionalität eine separate Aktivkohlelage vorzusehen. Hierdurch kann das Herstellungsverfahren vereinfacht und die Handhabungseigenschaften der mehrlagigen Filtermedien, insbesondere deren Überschlagsspannung, signifikant verbessert werden. Zudem haben die Erfinder gefunden, dass die Separation der Aktivkohlefilterstufe eine signifikante Verbesserung des insgesamt benötigten Bauraums erreicht werden kann, da die strömungsrelevanten Eigenschaften der Aktivkohlestufe separat von der Anströmfläche des mehrlagigen Filtermediums eingestellt werden können.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden entsprechend durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter Fahrzeugmodule und Fahrzeuge ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Filtersysteme.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Filtersystem, umfassend:

i) ein Fluidführungssystem zur Führung eines zu filternden Fluids,
ii) eine Ionisationsvorrichtung zur Ionisation von Bestandteilen des zu filternden Fluids,
iii) einen Filtereinsatz, umfassend:
- a) ein mehrlagiges Filtermedium, umfassend als erstes Polarisationselement eine elektrisch leitfähige erste Leiterlage, und eine Filterlage, wobei die Filterlage zumindest eine dielektrische Lage umfasst, und
- b) ein elektrisches Kontaktierungssystem zur Verbindung des Filtereinsatzes mit einer Spannungsquelle, bevorzugt einer Hochspannungsquelle, wobei das elektrische Kontaktierungssystem dazu eingerichtet ist, dass an die erste Leiterlage eine Spannung angelegt werden kann,
iv) ein zweites Polarisationselement, und
v) eine vom mehrlagigen Filtermedium separate Aktivkohlestufe, umfassend eine Aktivkohlevolumen, wobei das Aktivkohlevolumen Aktivkohle in einem Massenanteil von 50 % oder mehr umfasst, bezogen auf die Masse des Aktivkohlevolumens,

Das erfindungsgemäße Filtersystem dient der Filtration von Fluiden und ist insoweit insbesondere auf die Filterung von Luft ausgelegt. Insoweit ist das erfindungsgemäße Filtersystem insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet. Besonders relevant ist somit ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Filtersystem ein Luftfiltersystem, bevorzugt ein Innenraumluftfiltersystem ist, besonders bevorzugt ein Innenraumluftfiltersystem für Fahrzeuge, insbesondere für Landfahrzeuge. Besonders relevant ist somit zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das zu filternden Fluid ein Luftgemisch ist, bevorzugt die durch ein Fahrzeugbelüftungssystem von außen in das Innere eines Fahrzeugs geführte Luftgemisch. Besonders relevant ist somit zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Fluidführungssystem Bestandteil eines Fahrzeugbelüftungssystems ist, bevorzugt eines Gebläses.
Das erfindungsgemäße Filtersystem umfasst zumindest fünf Bestandteile. Den ersten Bestandteil bildet dabei ein Fluidführungssystem, welches dazu vorgesehen ist, das zu filternde Fluid durch das Filtersystem zu führen und insbesondere zu den weiteren Bestandteilen des Filtersystems zu führen, damit diese weiteren Bestandteile bestimmungsgemäß auf das zu filternde Fluid einwirken können. Es kann als Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gesehen werden, dass dieses hinsichtlich der Wahl des Fluidführungssystems nicht weiter beschränkt ist als typischerweise eingesetzte Fluidführungssysteme, beispielsweise im Bereich der Fahrzeugbelüftung. Beispielhaft ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Fluidführungssystem eine oder mehrere Fluidführungsleitungen umfasst, bevorzugt Rohre und/oder Schächte.
Das erfindungsgemäße Filtersystem umfasst eine Ionisationsvorrichtung. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis ist diese Ionisationsvorrichtung dabei Bestandteil eines elektrostatischen Abscheiders mit Filterfunktion, wobei das erste und/oder zweite Polarisierungselement, insbesondere in Ausbildung als Lagen des mehrlagigen Filtermediums, mit der Ionisationsvorrichtung zusammenwirken, und insbesondere als Niederschlagselektrode fungieren können. Es handelt sich somit in anderen Worten um ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung, der Filtereinsatz und das zweite Polarisationselement einen elektrostatischen Abscheider mit Filterfunktionalität bilden.
Im erfindungsgemäßen Filtersystem kommt der Ionisationsvorrichtung die Aufgabe zu, beispielsweise Schmutzpartikel im zu filternden Fluid zu ionisieren und damit die Abscheidung der Schmutzpartikel an den polarisierten Filterlagen des mehrlagigen Filtermediums zu befördern. Geeignete Ionisationsvorrichtungen sind dem Fachmann im Bereich der Technik bekannt und beispielsweise in der WO 2023/012166 A1 offenbart. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen sind dabei elektrische Ionisationsvorrichtungen relevant, welche auch aus anderen Technologiebereichen bekannt sind und die Ionisation insbesondere durch eine Corona-Entladung bewirken können. Solche elektrischen Ionisationsvorrichtungen sind unter sicherheitstechnischen Aspekten sowie hinsichtlich ihrer Handhabung und Leistungsfähigkeit dabei anderen Methoden der Ionisation, insbesondere unter Einsatz von ionisierender Strahlung, weit überlegen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung eine elektrische Ionisationsvorrichtung ist, wobei die Ionisationsvorrichtung bevorzugt dazu eingerichtet ist, die Ionisation von Bestandteilen des zu filternden Fluids zumindest teilweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, mittels Corona-Entladung zu bewirken. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung keine Strahlungsquelle für ionisierende Strahlung umfasst.
Der Fachmann versteht, dass das angestrebte Zusammenspiel zwischen der Ionisationsvorrichtung und dem mehrlagigen Filtermedium im Filtereinsatz bedingt, dass der Filtereinsatz mit dem als Niederschlagselektrode fungierenden mehrlagigen Filtermedium sinnvollerweise in Strömungsrichtung hinter der Ionisationsvorrichtung platziert werden sollte. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung so im Filtersystem angeordnet ist, dass sie von dem im Fluidführungssystem geführten zu filternden Fluid vor dem Filtereinsatz durchströmt wird, bevorzugt unmittelbar vor dem Filtereinsatz.
Der erfindungsgemäß einzusetzende Filtereinsatz umfasst ein mehrlagiges Filtermedium, welches zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterlage umfasst. Diese erste Leiterlage ist dafür vorgesehen, als Polarisationselement bei der Polarisation der im mehrlagigen Filtermedium vorgesehenen Filterlage mitzuwirken.
Das zweite Polarisationselement kann in konstruktiv besonders einfachen Ausführungsformen beispielsweise als metallische Platte oder Gitter ausgeführt werde. Bevorzugt ist entsprechend hinsichtlich des konstruktiven Aufwands ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das zweite Polarisationselement eine Metallplatte oder ein Metallgitter ist.
In einer Ausführungsform kann das zweite Polarisationselement durch ein vom Filtereinsatz separates Element gebildet werden, welches beispielsweise fahrzeugseitig angeordnet werden kann. Der Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin gesehen werden, dass das zweite Polarisationselement aus dem Filtereinsatz heraus verlagert wird. Hierdurch lässt sich nicht nur das Gewicht der erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsätze reduzieren, sondern auch deren Aufbau vereinfachen, wodurch die Ausführung als austauschbarer Filtereinsatz erleichtert wird. Zudem reduziert sich die beim Austausch eines Filtereinsatzes anfallende Menge an Abfall. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das zweite Polarisationselement nicht Teil des Filtereinsatzes bzw. ein vom Filtereinsatz separates Element ist.
Auch wenn es für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein kann, das zweite Polarisationselement außerhalb des erfindungsgemäßen Filtereinsatzes vorzulegen, erachten es die Erfinder für die Praxis als besonders vorteilhaft, das zweite Polarisationselement in den Filtereinsatz zu integrieren. Zwar wäre es hierbei theoretisch denkbar, das zweite Polarisationselement als von dem mehrlagigen Filtermedium separates Element vorzusehen, beispielsweise wiederum als metallische Platte, jedoch ist dies mit Blick auf das Gesamtgewicht weniger bevorzugt. Insoweit erachten es die Erfinder für im Wesentlichen alle Ausführungsformen als besonders vorteilhaft, wenn das zweite Polarisationselement für die Polarisation ebenfalls in das mehrlagige Filtermedium integriert wird, sodass das mehrlagige Filtermedium neben einer ersten Leiterlage auch eine zweite Leiterlage umfasst und die Filterlage zwischen dieser ersten Leiterlage und der zweiten Leiterlage angeordnet werden kann. Eine entsprechende Ausgestaltung des mehrlagigen Filtermediums ist nur mit einer geringfügigen Gewichtsteigerung verbunden und führt zu einer vorteilhaften Polarisationswirkung auf die unmittelbar zwischen den Leiterlagen angeordnete Filterlage. Zudem ist es hierdurch möglich, ohne hohe zusätzliche Kosten und Bedarf an Bauraum sämtliche für die Polarisationswirkung notwendige Teile in den austauschbaren Filtereinsatz zu integrieren, wodurch in vorteilhafter Weise beim Austausch des Filtereinsatzes sämtliche für die ordnungsgemäße Funktionsweise der Polarisation benötigten Bestandteile ausgewechselt werden, sodass in vorteilhafter Weise eine einfache Wartung des Gesamtsystems möglich ist.
Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das mehrlagige Filtermedium zusätzlich eine elektrisch leitfähige zweite Leiterlage umfasst, wobei die Filterlage zwischen der ersten Leiterlage und der zweiten Leiterlage angeordnet ist und wobei das zweite Polarisationselement durch die zweite Leiterlage gebildet wird.
Die elektrische Kontaktierung der zweiten Leiterlage kann in diesem Fall zweckmäßigerweise ebenfalls über das das elektrische Kontaktierungssystem erfolgen, sodass die Notwendigkeit weiterer Kontaktierungssysteme zur elektrischen Anbindung der zweite Leiterlage vorteilhafterweise entfällt. Es handelt sich in diesem Fall um ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem dazu eingerichtet ist, dass zwischen der ersten Leiterlage und der zweiten Leiterlage eine Spannungsdifferenz angelegt werden kann.
Die weiteren Bestandteile des erfindungsgemäßen Filtersystems, die dem elektrostatischen Abscheider mit Filterfunktionalität neben der Ionisationsvorrichtung zugeordnet werden können, sind der Filtereinsatz, welcher die als erstes Polarisationselemente fungierende erste Leiterlage sowie zumindest eine zu polarisierende dielektrische Lage umfasst, sowie das zweite Polarisationselement, welches zur Polarisation der dielektrischen Lage mit der ersten Leiterlage zusammenwirkt. Das Filtersystem ist dabei so ausgelegt, dass zwischen der als erstes Polarisationselement fungierenden ersten Leiterlage und dem zweiten Polarisationselement eine Spannungsdifferenz angelegt werden kann, aus der ein elektrisches Feld resultiert, welches die dielektrische Lage polarisieren kann. Neben der ersten Leiterlage umfasst das mehrlagige Filtermedium noch zumindest eine dielektrische Lage sowie optional weitere Lagen. Weitere Informationen zu den Lagen des mehrlagigen Filtermediums sowie zu dem elektrischen Kontaktierungssystem sind nachfolgend offenbart.
Es kann als Vorteil des erfindungsgemäßen Filtersystems gesehen werden, dass die einzusetzenden mehrlagigen Filtermedien im Filtereinsatz in üblicher Weise und mit üblichen Vorrichtungen verarbeitet werden können, insbesondere mittels Plissierung und Kaschierung, wobei in vorteilhafter Weise die verfahrenstechnischen Schwierigkeiten, welche mit der Verarbeitung von aktivkohlehaltigen mehrlagigen Filtermedien verbunden sind, vermieden werden können. Bevorzugt ist für die meisten Anwendungen ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der Filtereinsatz das mehrlagige Filtermedium als plissiertes Filtermedium umfasst. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei zumindest eine der Seiten des plissierten mehrlagigen Filtermediums, bevorzugt zumindest zwei Seiten, besonders bevorzugt zumindest die Längsseiten, ganz besonders bevorzugt sämtliche Seiten, mit einem Kaschierungsmaterial kaschiert sind, wobei das Kaschierungsmaterial bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Schaumstoffen, insbesondere aus Kunststoffen, insbesondere duroplastischen Kunststoffen, und textilen Flächengebilden, insbesondere Vliesen und Filzen, bevorzugt textilen Flächengebilden.
Als weiteres Element umfasst das erfindungsgemäße Filtersystem eine Aktivkohlestufe, welche erfindungsgemäß vom mehrlagigen Filtermedium separiert vorliegt. Dies bedeutet in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis, dass die Aktivkohlestufe nicht Bestandteil des mehrlagigen Filtermediums ist, sodass die Aktivkohlestufe insbesondere nicht unmittelbar mit den weiteren Lagen des mehrlagigen Filtermediums verbunden ist, insbesondere nicht stoffschlüssig.
Wie durch den Namen ausgedrückt wird, umfasst die Aktivkohlestufe Aktivkohle. Aktivkohle ist dem Fachmann im Bereich der Filtrationstechnik gut bekannt und in verschiedenen Ausgestaltungen von zahlreichen Anbietern kommerziell erhältlich.
Die Aktivkohlestufe dient im erfindungsgemäßen Filtersystem dem Zweck, die von Fahrzeugherstellern gewünschte hohe Adsorptionswirkung für Schadstoffe zu realisieren, ohne dass dafür Aktivkohle in das mehrlagige Filtermedium integriert werden muss. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine deutlich erhöhte Flexibilität bei der Bemessung des Aktivkohlegehalts und der Ausgestaltung der Aktivkohlefilterstufe, welche nunmehr losgelöst von den Dimensionen des mehrlagigen Filtermediums und den für das mehrlagige Filtermedium erforderten Strömungseigenschaften erfolgen kann.
Die Aktivkohlestufe umfasst erfindungsgemäß ein Aktivkohlevolumen. Der Ausdruck „Aktivkohlevolumen“ bringt dabei zum Ausdruck, dass es sich um eine Struktur mit einem gewissen Volumen handelt, die jedoch hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung relativ flexibel ist. Nach Einschätzung der Erfinder wird das Aktivkohlevolumen in vielen Fällen eine Aktivkohlelage sein, wobei die Dicke dieser Lage, insbesondere die Dicke entlang der Strömungsrichtung im Filtersystem, vom Fachmann an die jeweiligen Anwendungsanforderungen angepasst werden kann. Der Ausdruck „Aktivkohlevolumen“ trägt somit dem Umstand Rechnung, dass ausgehend von einer Aktivkohlelage eine weitere Erhöhung der mittleren Dicke ab einem gewissen Punkt dazu führen kann, dass der Ausdruck „Lage“ die geometrische Form des Aktivkohlevolumens nicht mehr zutreffend beschreiben würde. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Aktivkohlevolumen eine Aktivkohlelage ist, wobei die Aktivkohlelage bevorzugt ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 1000 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 600 g/m², aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Aktivkohlevolumen Aktivkohle in einer Menge im Bereich von 20 bis 2000 g, bevorzugt im Bereich von 100 bis 1000 g, besonders bevorzugt im Bereich von 120 bis 600 g, umfasst.
Zumindest prinzipiell ist es möglich, dass das Aktivkohlevolumen neben Aktivkohle weitere Komponenten umfasst. Hierbei kommen insbesondere solchen Materialien eine Bedeutung zu, welche als Trägermaterial oder Trägerstruktur für die Aktivkohle im Aktivkohlevolumen fungieren können, insbesondere textile Flächengebilde oder wabenartige Strukturen. Bevorzugt ist in diesem Fall insbesondere mit Blick auf eine robuste Auslegung der Aktivkohlestufe ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Aktivkohlevolumen eine dreidimensionale Trägerstruktur mit Hohlräumen umfasst, wobei die Aktivkohle in den Hohlräumen der dreidimensionalen Trägerstruktur angeordnet ist, wobei die dreidimensionale Trägerstruktur bevorzugt ein textiles Flächengebilde oder ein Wabenkörper, bevorzugt ein textiles Flächengebilde, insbesondere ein Vlies, ist.
Bereits die vorstehende Definition über den Massenanteil der Aktivkohle im Aktivkohlevolumen drückt jedoch aus, dass das Aktivkohlevolumen in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis zumindest zu großen Teilen aus Aktivkohle besteht. Nach Einschätzung der Erfinder ist es dabei mit Blick auf eine vorteilhafte Adsorptionswirkung für Schadstoffe besonders bevorzugt, einen möglichst hohen Anteil an Aktivkohle in der Aktivkohlestufe beziehungsweise dem Aktivkohlevolumen vorzusehen, insbesondere auch unter dem Gesichtspunkt einer bauraumoptimierten Konstruktion. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohlestufe zu 80 % oder mehr, bevorzugt zu 90 % oder mehr, besonders bevorzugt zu 95 % oder mehr, insbesondere bevorzugt zu 98 % oder mehr, aus dem Aktivkohlevolumen besteht, bezogen auf die Masse der Aktivkohlestufe. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Aktivkohlevolumen Aktivkohle in einem Massenanteil von 70 % oder mehr, bevorzugt 80 % oder mehr, besonders bevorzugt 90 % oder mehr, umfasst, bezogen auf die Masse des Aktivkohlevolumens.
In den Versuchen der Erfinder hat sich insbesondere der Einsatz von partikulärer Aktivkohle sowie von Aktivkohle mit einer hohen spezifischen Oberfläche als besonders bevorzugt erwiesen, da hiermit vorteilhafte Adsorptionseigenschaften erhalten werden können. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohle partikuläre Aktivkohle ist, wobei die Aktivkohle bevorzugt einen mittleren Durchmesser d50 im Bereich von 0,1 bis 4 mm, bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 2 mm, aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohle eine spezifische BET Oberfläche gemäß DIN ISO 9277:2014-01 von 500 m²/g oder mehr, bevorzugt von 1000 m²/g oder mehr, besonders bevorzugt von 2000 m²/g oder mehr, aufweist.
Insbesondere beim Einsatz von partikulärer Aktivkohle ist es, sowohl bei der Herstellung von Aktivkohlevolumina mit Trägerstrukturen als auch bei solchen ohne Trägerstrukturen bevorzugt, die Aktivkohle im Aktivkohlevolumen durch ein Bindemittel zu fixieren. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohle in dem Aktivkohlevolumen durch ein Bindemittel fixiert ist.
Auch wenn es zumindest theoretisch denkbar wäre, die Aktivkohlestufe an einer beliebigen Stelle im Filtersystem vorzusehen, erachten es die Erfinder als besonders vorteilhaft, wenn die Aktivkohlestufe so angeordnet wird, dass diese erst nach dem elektrostatischen Abscheider mit Filterfunktionalität durchströmt wird. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, Ozon, welches in der Ionisationsvorrichtung gebildet wird, abzufangen, bevor dieses beispielsweise in den Innenraum eines Fahrzeuges geleitet wird. Diese Positionierung ist dabei einer Anordnung zwischen der Ionisationsvorrichtung und dem Filtereinsatz, welche hinsichtlich des Ozons zumindest theoretisch die gleiche Funktionalität erfüllen könnte, aus doppelter Hinsicht überlegen. Eine solche zwischengeschaltete Aktivkohlestufe würde die Aktivkohlestufe sukzessive mit Partikeln kontaminieren, welche nicht zuvor von dem Filtereinsatz entfernt werden konnten. Zudem würde der zusätzliche Abstand zwischen der Ionisationsvorrichtung und der zugehörigen Niederschlagselektrode im Filtereinsatz den Ionisierungsgrad der beim Filtereinsatz eintreffenden nachteilig Partikel verringern, woraus Effizienzverluste resultieren können. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohlestufe so im Filtersystem angeordnet ist, dass sie von dem im Fluidführungssystem geführten zu filternden Fluid nach dem Filtereinsatz durchströmt wird, bevorzugt unmittelbar nach dem Filtereinsatz.
Wie vorstehend erläutert, ist es durch den vorteilhaften Umstand, dass die Aktivkohlestufe im Wesentlichen ohne Rücksicht auf die konstruktiven Maßgaben des mehrlagigen Filtermediums sowie die erforderlichen Strömungseigenschaften des mehrlagigen Filtermediums konzipiert werden kann, möglich, den für die Aktivkohlestufe benötigten Bauraum gegenüber dem Bauraum zu verringern, um den der Filtereinsatz bei einer Integration der Aktivkohle als Aktivkohlelage theoretisch hätte erhöht werden müssen. Die Erfinder erachten es als vorteilhaft, von dieser Möglichkeit Gebrauch zu machen und dabei insbesondere die Aktivkohlestufe kleiner auszuführen als den Filtereinsatz. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der benötigte Bauraum der Aktivkohlestufe kleiner ist als der benötigte Bauraum des Filtereinsatzes, bevorzugt um 10 % oder mehr, besonders bevorzugt um 20 % oder mehr, ganz besonders bevorzugt um 30 % oder mehr, insbesondere bevorzugt um 40 % oder mehr.
Zur Optimierung der Wartbarkeit und Steigerung der Lebensdauer des Gesamtfiltersystems schlagen die Erfinder vor, dass bevorzugt zumindest der Filtereinsatz als austauschbarer Filtereinsatz ausgeführt werden sollte, wobei es günstig ist, zusätzlich oder alternativ auch die Ionisationsvorrichtung austauschbar zu gestalten. Insoweit können die Ionisationsvorrichtung und der Filtereinsatz auch in einem gemeinsamen Bauteil kombiniert werden, welches in seiner Gesamtheit austauschbar ist. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem angeordnet ist, bevorzugt unabhängig vom Filtereinsatz und/oder der Aktivkohlestufe, bevorzugt unabhängig von der Aktivkohlestufe, und/oder wobei der Filtereinsatz reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem angeordnet ist, bevorzugt unabhängig von der Ionisationsvorrichtung und/oder der Aktivkohlestufe, bevorzugt unabhängig von der Aktivkohlestufe. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Ionisationsvorrichtung und der Filtereinsatz im Filtersystem miteinander verbunden sind und/oder sich kontaktieren, wobei die Ionisationsvorrichtung und der Filtereinsatz sich im Filtersystem bevorzugt über eine Rahmenstruktur elektrisch kontaktieren und/oder darüber verbunden sind.
Vor dem Hintergrund der vorstehenden Ausführung zur Austauschbarkeit der Ionisationsvorrichtung und des Filtereinsatzes schlagen die Erfinder vor, dass in vorteilhafter Weise auch die Aktivkohlestufe als austauschbares Bauteil konzipiert werden kann, sodass diese insbesondere nach Erreichen der Gesamtadsorptionskapazität leicht ausgetauscht werden kann, ohne dass auch die sonstigen Teile des Filtersystems als Abfall anfallen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Aktivkohlestufe reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem angeordnet ist, bevorzugt unabhängig von der Ionisationsvorrichtung und/oder dem Filtereinsatz, besonders bevorzugt unabhängig von der von der Ionisationsvorrichtung und dem Filtereinsatz.
Denkbar ist jedoch auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der Filtereinsatz und die Aktivkohlestufe in ein gemeinsames Filterbauteil integriert oder miteinander verbunden sind, so dass das zu filternde Fluid das mehrlagige Filtermedium des Filtereinsatzes und das Aktivkohlevolumen nacheinander durchströmt.
Ausgehend von einer vorteilhaften Ausführung mit einer austauschbaren Aktivkohlestufe schlagen die Erfinder vor, dass das Filtersystem mit einem Erkennungsmechanismus versehen werden kann, über den der korrekte Sitz der Aktivkohlestufe im erfindungsgemäßen Filtersystem verifiziert werden kann, wobei in dem Fall, dass der Erkennungsmechanismus anzeigt, dass die Aktivkohlestufe nicht oder nicht korrekt installiert ist, die Inbetriebnahme des Filtersystems, insbesondere der Ionisationsvorrichtung, oder sogar des gesamten Fahrzeuges, unterbunden werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass die Ionisationsvorrichtung, in deren Betrieb Ozon entstehen kann, nicht eingeschaltet wird, wenn die hinreichende Entfernung des entstehenden Ozons nicht durch die Aktivkohlestufe sichergestellt ist, sodass insbesondere Fahrzeuginsassen vor einer unerwünschten Ozonentwicklung geschützt werden. Ein entsprechender Erkennungsmechanismus kann dabei vom Fachmann zwanglos konzipiert werden, beispielsweise als mechanischer Mechanismus, bei dem die eingesetzte Aktivkohlestufe auf ein Aktivierungselement einwirken muss, mittels eines schwach bestromten Messstromkreises, welcher erst durch eine korrekt eingesetzte Aktivkohlestufe geschlossen wird und/oder unter Einsatz von optischen Sensoren, welche beispielsweise ausgehend von einer Erkennungsmarkierung den korrekten Sitz der Aktivkohlestufe detektieren können. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Filtersystem einen Erkennungsmechanismus umfasst, wobei der Erkennungsmechanismus dazu eingerichtet ist, das Vorliegen und/oder die korrekte Anordnung der Aktivkohlestufe im Filtersystem zu detektieren, wobei das Filtersystem bevorzugt dazu eingerichtet ist, eine Aktivierung der Ionisationsvorrichtung zu unterbinden, wenn der Erkennungsmechanismus nicht das Vorliegend und die korrekte Anordnung der Aktivkohlestufe im Filtersystem detektiert.
Den Erfindern ist es gelungen, für das erfindungsgemäß einzusetzende mehrlagige Filtermedium und dessen einzelne Lagen, insbesondere die Leiterlagen, bevorzugte Ausgestaltungen zu identifizieren. Der Fachmann versteht im Lichte der vorstehenden Ausführungen, dass es für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist, die Vorteile der separaten Aktivkohlestufe dadurch zu nutzen, dass das mehrlagige Filtermedium weitgehend frei von Aktivkohle ausgeführt wird. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen besonders bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der Massenanteil an Aktivkohle im mehrlagigen Filtermedium, und/oder im Filtereinsatz, 5 % oder weniger, bevorzugt 1 % oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 % oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,1 % oder weniger, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen 0 %, beträgt bezogen auf die Masse des mehrlagigen Filtermediums bzw. des Filtereinsatzes. Insbesondere wenn in den Leiterlagen geringe Mengen an Aktivkohle eingesetzt werden, um die elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dann wenigstens die restliche Filterlage möglichst frei von Aktivkohle auszuführen. Für viele Ausführungsformen bevorzugt ist entsprechend zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der Massenanteil an Aktivkohle in der Filterlage 5 % oder weniger, bevorzugt 1 % oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 % oder weniger, ganz besonders bevorzugt 0,1 % oder weniger, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen 0 %, beträgt bezogen auf die Masse der Filterlage.
Bevorzugt ist darüber hinaus zunächst ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die erste Leiterlage ein erstes textiles Flächengebilde, bevorzugt ein zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch leitfähigen ersten Material beschichtetes oder imprägniertes erstes textiles Flächengebilde, umfasst, und/oder wobei die zweite Leiterlage ein zweites textiles Flächengebilde, bevorzugt zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch leitfähigen zweiten Material beschichtetes oder imprägniertes zweites textiles Flächengebilde, umfasst.
Der Begriff „textiles Flächengebilde“ ist für den Fachmann klar und bezeichnet zweidimensionale Textilerzeugnisse, welche beispielsweise gewebt, gewirkt, vernadelt oder gestrickt sein können. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis zählen nicht-textile, faserhaltige Flächengebilde, beispielsweise Papier und Pappe, in denen die Fasern bspw. primär durch Bindemittel zusammengehalten werden, nicht zu den textilen Flächengebilden. Auch wenn für die textilen Flächengebilde der Leiterlagen prinzipiell eine große Bandbreite an textilen Flächengebilden in Frage käme, haben die Erfinder insbesondere mit sogenannten „non-woven“ und dabei insbesondere mit Spinnvliesen die besten Leistungscharakteristika erzielen können. Ein entsprechendes textiles Flächengebilde aus einem nicht leitfähigen Material kann dabei in vorteilhafter Weise durch Ausrüstung des textilen Flächengebildes mit einem leitfähigen Material erreicht werden, wobei nach Einschätzung der Erfinder prinzipiell eine Vielzahl an möglichen Verfahren geeignet sind. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das erste textile Flächengebilde und/oder das zweite textile Flächengebilde, bevorzugt das erste textile Flächengebilde und das zweite textile Flächengebilde, ein Vliesstoff ist, bevorzugt ein Spinnvlies.
Die Unterscheidung zwischen einem elektrisch leitfähigen Material in Abgrenzung zu einem elektrisch isolierenden Material trifft der Fachmann in der Praxis zwanglos und auf Grundlage seines fachmännischen und klaren technischen Verständnisses dieser Begriffe. Insoweit gilt ein Material im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere dann als elektrisch leitfähiges Material, wenn dessen spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C bei 10⁶ Ω*m oder weniger, bevorzugt bei 10⁵ Ω*m oder weniger, besonders bevorzugt bei 10⁴ Ω*m oder weniger, liegt. Umgekehrt gilt ein Material im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere dann als elektrisch isolierendes Material, wenn dessen spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C bei 10⁷ Ω*m oder mehr, bevorzugt bei 10⁹ Ω*m oder mehr, besonders bevorzugt bei 10¹¹ Ω*m oder mehr, liegt. Entsprechend sind Metalle und Legierungen aber auch Ruße, wie insbesondere Leitruß, und durch Additive leitfähig gemachte Kunststoffe, elektrisch leitfähige Materialien, wohingegen typische, unmodifizierte Kunststoffe wie PET oder PE ebenso zu den elektrisch isolierenden Materialien zählen wie beispielsweise die meisten Gläser und Keramiken. Der spezifische elektrische Widerstand von Materialien ist eine dem Fachmann gut geläufige Größe, die er für die meisten Materialien einschlägigen Tabellenwerken entnehmen kann. Die Messung des spezifischen elektrischen Widerstands bei anderen Komponenten erfolgt in Übereinstimmung mit der üblichen Praxis entweder gemäß der DIN EN ISO 3915 aus 1999, die insbesondere für besonders leitfähige Materialien zum Einsatz kommt, bzw. gemäß der IEC 60093 aus 1993, die bei hohen spezifischen elektrischen Widerständen eingesetzt wird. Die Frage, welche der beiden Normen einzusetzen ist, richtet sich nach den Vorgaben der beiden Vorschriften sowie den Eigenschaften des jeweiligen untersuchten Materials.
Der Fachmann versteht, dass sich die elektrische Leitfähigkeit von Leiterlagen, beispielsweise der ersten Leiterlage, in vielen Fällen, beispielsweise beim Einsatz von Verbundmaterialien, aus dem Vorliegen von leitfähigen Materialpfaden ergeben kann, die in einem ansonsten weitgehend isolierenden Material verlaufen. So kann es sich beispielsweise bei einem dielektrischen Vlies, dessen Fasern mit einer dünnen Schicht aus Leitruß versehen sind, um eine elektrisch leitfähige Lage handeln, obwohl der makroskopische spezifische Widerstand des Verbundmaterials in Folge des dielektrischen Trägermaterials relativ hoch ist.
Bevorzugt ist überdies zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das erste textile Flächengebilde und/oder das zweite textile Flächengebilde, bevorzugt das erste textile Flächengebilde und das zweite textile Flächengebilde, zu einem Massenanteil von 80 % oder mehr, bevorzugt zu 90 % oder mehr, besonders bevorzugt zu 95 % oder mehr, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen zu 100 %, aus einem Kunststoff bestehen, bezogen auf die Masse des textilen Flächengebildes, wobei der Kunststoff bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylnitrilen, Polyolefinen, Polyestern, Fluorpolymeren und Mischungen dieser Kunststoffe, besonders bevorzugt Polyacrylnitrilen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylidenfluorid und Mischungen dieser Kunststoffe, insbesondere bevorzugt Polyethylenterephthalat und Polyvinylidenfluorid.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ebenso ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die erste Leiterlage und/oder die zweite Leiterlage, bevorzugt die erste Leiterlage und die zweite Leiterlage, hergestellt oder herstellbar sind durch Ausrüstung des jeweiligen textilen Flächengebildes, insbesondere des Vliesstoffs, mit dem jeweiligen elektrisch leitfähigen Material mit einem Verfahren, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Imprägnierung, Tauchbeschichtung, insbesondere mit einem Foulardsystem, Sprühbeschichtung, Auftragsbeschichtung, insbesondere mittels einer Dispersion im Kiss-Coat-Verfahren, und Druckbeschichtung.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ außerdem ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrisch leitfähige erste Material und/oder das elektrisch leitfähige zweite Material, bevorzugt das elektrisch leitfähige erste Material und das elektrisch leitfähige zweite Material, ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallen, leitfähigen Kunststoffen und Kohlenstoff, bevorzugt Kohlenstoff, insbesondere Ruß oder Graphen, wobei das elektrisch leitfähige Material besonders bevorzugt für die erste Leiterlage und die zweite Leiterlage identisch ist.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ zudem ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die erste Leiterlage und/oder die zweite Leiterlage, bevorzugt die erste Leiterlage und die zweite Leiterlage, in Folge der Beschichtung des jeweiligen textilen Flächengebildes zumindest über 80 % oder mehr der Fläche, bevorzugt über 90 % oder mehr, besonders bevorzugt über 95 % oder mehr, ganz besonders bevorzugt über 98 % oder mehr, insbesondere bevorzugt im Wesentlichen vollflächig, elektrisch leitfähig sind.
Auch wenn die Leiterlagen einen Beitrag zu der Filtrationsleistung der Filtermedien leisten können, insbesondere wenn diese als textile Flächengebilde ausgeführt sind, erachten es die Erfinder als vorteilhaft, wenn die Leiterlagen hinreichend offenporig ausgeführt werden, damit sie in erster Linie den Luftdurchlass durch das Filtermedium möglichst wenig beschränken. Hinsichtlich des Gewichts der Leiterlagen besteht, zumindest beim Einsatz von textilen Flächengebilden, insoweit ein Zielkonflikt zwischen dem Einfluss auf das Gesamtgewicht des Filtermediums sowie einer vorteilhaften stabilisierenden Wirkung der Leiterlagen auf das Filtermedium und damit einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Insoweit ist es den Erfindern gelungen, geeignete Flächengewichte für die textilen Flächengebilde zu identifizieren, mit denen sich dieser Zielkonflikt in vorteilhafter Weise lösen lässt. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die erste Leiterlage und/oder die zweite Leiterlage, bevorzugt die erste Leiterlage und die zweite Leiterlage, bei 200 Pa einen Luftdurchlass im Bereich von 500 bis 30000 L/(m² s), bevorzugt im Bereich von 2000 bis 20000 L/(m² s), aufweisen. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das erste textile Flächengebilde und/oder das zweite textile Flächengebilde, bevorzugt das erste textile Flächengebilde und das zweite textile Flächengebilde, ein Flächengewicht im Bereich von 5 bis 200 g/m², bevorzugt im Bereich von 10 bis 150 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 50 g/m², aufweisen.
Bevorzugt ist bezüglich des allgemeinen Aufbaus des mehrlagigen Filtermedium ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Filterlage eine oder mehrere weitere Lagen, bevorzugt zwischen der ersten Leiterlage und der zweiten Leiterlage angeordnete weitere Lagen, umfasst, wobei die Filterlage bevorzugt zwei oder mehr dielektrische Lagen, besonders bevorzugt drei oder mehr dielektrische Lagen, umfasst.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei zumindest eine der dielektrischen Lagen, bevorzugt sämtliche der dielektrischen Lagen, zu einem Massenanteil von 80 % oder mehr, bevorzugt zu 90 % oder mehr, besonders bevorzugt zu 95 % oder mehr, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen zu 100 %, aus einem dielektrischen Kunststoffmaterial besteht, bezogen auf die Masse der dielektrischen Lage. Besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das dielektrische Kunststoffmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, insbesondere Polytetrafluorethylen, Polytetrafluorethylenpropylen, Polypropylen, und Polyethylen, Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polycarbonaten, Polyamiden, Polyvinylidenfluorid, Polyacrylnitil, und Polylactiden. Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das dielektrische Kunststoffmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstands bei 20 °C von 10⁷ Ω*m oder mehr, bevorzugt bei 10⁹ Ω*m oder mehr, besonders bevorzugt bei 10¹¹ Ω*m oder mehr, aufweist.
Bevorzugt ist für die überwiegende Zahl der Ausführungsformen ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei zumindest eine der dielektrischen Lagen eine Partikelfilterlage ist, welche ein drittes textiles Flächengebilde umfasst.
Besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das dritte textile Flächengebilde ein Vliesstoff ist, wobei das dritte textile Flächengebilde bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nadelvliesen, elektrogesponnenen Vliesen und Meltblow-Vliesen. Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Partikelfilterlage ein Flächengewicht im Bereich von 10 bis 200 g/m², bevorzugt im Bereich von 15 bis 150 g/m², besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 110 g/m², aufweist.
Bevorzugt ist mit Blick auf die mechanische Stabilität ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei zumindest eine der dielektrischen Lagen eine Schutzlage ist, welche ein viertes textiles Flächengebilde umfasst. besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes mehrlagiges Filtermedium, wobei das vierte textile Flächengebilde ein Vliesstoff ist, bevorzugt ein Spinnvlies.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Schutzlage bei 200 Pa einen Luftdurchlass im Bereich von 500 bis 30000 L/(m² s), bevorzugt im Bereich von 2000 bis 20000 L/(m² s), aufweist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Schutzlage ein Flächengewicht im Bereich von 15 bis 400 g/m², bevorzugt im Bereich von 50 bis 200 g/m², aufweist. Bevorzugt ist wiederum zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Schutzlage einen oder mehrere Wirkstoffe umfasst, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus antiallergenen Wirkstoffen und bioziden Wirkstoffen.
Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Schutzlage eine Biegesteifigkeit nach Gurley, bestimmt gemäß ASTM D6125-97 im Bereich von 0,4 bis 40 mN, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 20 mN, besonders bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 10 mN, aufweist.
Unabhängig davon, ob lediglich eine Leiterlage als Teil des Polarisationssystems im Filtereinsatz integriert wird, oder ob beide Polarisationselemente in den Filtereinsatz integriert werden, insbesondere in der Form von zwei Leiterlagen, wird eine Struktur benötigt, welche die für die Polarisation notwendige Spannung, welche von außen an den Filtereinsatz angelegt wird, auf das oder die Polarisationselemente im Filtereinsatz verteilt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die entsprechende Struktur als elektrisches Kontaktierungssystem bezeichnet, welches dazu eingerichtet ist, die im erfindungsgemäßen Filtereinsatz vorgesehenen Teile des Polarisationssystems, d. h. insbesondere die erste Leiterlage und ggf. die zweite Leiterlage, elektrisch leitend mit einer externen Spannungsquelle zu verbinden, welche beispielsweise Bestandteil eines Fahrzeugmoduls sein kann. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Spannungsquelle eine Hochspannungsquelle ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ hinsichtlich der Positionierung ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem mit der Kaschierung des plissierten Filtermediums verbunden ist, bevorzugt stoffschlüssig.
Das erfindungsgemäß vorzusehende elektrische Kontaktierungssystem kann vom Fachmann gemäß den jeweiligen Anwendungserfordernissen sowie den konstruktiven Vorgaben des Filtersystems, insbesondere des Fahrzeugfiltermoduls, ausgelegt werden. Unabhängig von der spezifischen Ausgestaltung des elektrischen Kontaktierungssystems wird dieses zumeist ein erstes Kontaktierungselement umfassen, welches dafür vorgesehen ist, zu der ersten Leiterlage des mehrlagigen Filtermediums eine elektrisch leitfähige Kontaktierung herzustellen. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßer Filtereinsatz, wobei das elektrische Kontaktierungssystem eine erste Kontaktstelle und eine zweite Kontaktstelle zur Kontaktierung der Spannungsquelle umfasst.
Auch wenn theoretisch sehr einfache Ausgestaltungen des elektrischen Kontaktierungssystems denkbar sind, welche beispielsweise auf den Einsatz von Kabeln zurückgreifen, haben die Erfinder mit Blick auf eine zeit- und kosteneffiziente Fertigung ein besonders vorteilhaftes elektrisches Kontaktierungssystem konzipiert, welches insbesondere durch Verklebung mittels eines elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterials besonders effizient mit der oder den Leiterlagen kombiniert werden kann. Nach Einschätzung der Erfinder ist es nämlich besonders vorteilhaft, wenn nicht oder nur im geringen Maße auf klassische elektrische Verkabelung zurückgegriffen wird, sondern das Kontaktierungssystem vielmehr möglichst weitgehend aus solchen Komponenten konzipiert wird, welche aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die elektrisch leitfähigen Komponenten des elektrischen Kontaktierungssystems zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig, durch einen elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet werden. Besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei der elektrisch leitfähige Kunststoff des elektrischen Kontaktierungssystems bei 20 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10⁶ Ω*m oder weniger, bevorzugt 10⁵ Ω*m oder weniger, besonders bevorzugt 10⁴ Ω*m oder weniger, aufweist.
Nach Einschätzung der Erfinder sollten diese elektrisch leitfähigen Komponenten, welche bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehen, auf einem bevorzugt dünnen Substrat angeordnet werden, welches als Träger fungiert und es in vorteilhafter Weise ermöglicht, die elektrisch leitfähigen Komponenten des elektrischen Kontaktierungssystems vor der Anbringung an dem erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsatz zusammenzustellen und während des Herstellungsverfahrens in lediglich einem einzelnen Schritt zu applizieren, beispielsweise auf die seitliche Kaschierung des Filtereinsatzes. Bevorzugt ist demnach ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die elektrisch leitfähigen Komponenten des elektrischen Kontaktierungssystems, auf einem Substrat und/oder in einem Substrat angeordnete leitfähige Komponenten sind. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrisch isolierenden Folien, bevorzugt Kunststofffolien, wobei die mittlere Dicke des Substrates bevorzugt im Bereich von 20 bis 500 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 µm, liegt.
Die Verwendung eines dünnen Substrates, insbesondere einer Folie, in Kombination mit aus Kunststoff ausgebildeten leitfähigen Komponenten, erlaubt es in vorteilhafter Weise, das elektrische Kontaktierungssystem nicht nur besonders platzsparend und gewichtsarm auszuführen, sondern resultiert in einem elektrischen Kontaktierungssystem mit einer hohen Flexibilität, bei dem das Substrat und die darauf liegenden leitfähigen Komponenten besonders leicht an die strukturellen Erfordernisse des erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsatzes angepasst werden können.
In den Experimenten der Erfinder hat sich insbesondere gezeigt, dass ein entsprechendes elektrisches Kontaktierungssystem in vorteilhafter Weise auf das Substrat gedruckt werden kann, wobei zumindest theoretisch auch andere additive Fertigungsverfahren in Frage kämen. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem herstellbar ist durch Bedrucken des Substrates mit einem elektrisch leitfähigen Material, bevorzugt einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, wobei das Bedrucken bevorzugt ein Siebdruckverfahren ist.
Insbesondere mit additiven Fertigungsverfahren lässt sich in vorteilhafter Weise ein elektrisches Kontaktierungssystem erhalten, welches lediglich einseitig mit den elektrisch leitfähigen Komponenten versehen ist und infolgedessen eine Unterseite aufweist, deren Eigenschaften weitgehend von dem des Substrates beeinflusst werden, welches vorteilhafter Weise als elektrisch isolierendes Substrat ausgeführt werden kann. Bevorzugt ist hinsichtlich der Anbringung somit ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem die elektrisch leitfähigen Komponenten des elektrischen Kontaktierungssystems zumindest teilweise, bevorzugt überwiegend, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig, bevorzugt zumindest die Kontaktstellen und die Kontaktierungselemente, auf der gleichen Seite des Substrates umfasst.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das Substrat als vergleichsweise dünne Folie ausgeführt, in deren Zentralbereich wesentliche Elemente des elektrischen Kontaktierungssystems angeordnet werden, beispielsweise die Kontaktstellen für die externe Spannungsquelle oder auch ein etwaiger Spannungsteiler. Die Erfinder schlagen vor, dass seitlich flügelartige bzw. laschenartige Vorsprünge ausgebildet werden können, auf denen die Kontaktierungselemente aufgebracht werden, welche für das Kontaktieren der Leiterlagen vorgesehen sind. Bei Anbringung eines solchen Kontaktierungssystems auf die seitliche Kaschierung eines erfindungsgemäßen Filtereinsatzes lassen sich die flügelartigen Laschen besonders leicht umschlagen, sodass diese jeweils die Leiterlage kontaktieren und anschließend beispielsweise mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff derart verklebt werden können, dass eine stoffschlüssige Verbindung durch das Kunststoffmaterial hergestellt wird, ohne dass diese Verbindung durch zu starke mechanische Spannungen erschwert wird. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das erste Kontaktierungselement und/oder das zweite Kontaktierungselement, bevorzugt das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement auf seitlich abstehenden Vorsprüngen des Substrats angeordnet sind, wobei die seitlich abstehenden Vorsprünge bevorzugt einen Deformationsbereich und einen Kontaktbereich aufweisen, wobei der Kontaktbereich quer zur Längsrichtung des Filtereinsatzes bevorzugt breiter ist als der Deformationsbereich. Besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die seitlich abstehenden Vorsprünge L-förmig ausgebildet sind. Besonders bevorzugt ist dabei zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßer Filtereinsatz, wobei die seitlich abstehenden Vorsprünge im Deformationsbereich reversibel und zerstörungsfrei deformierbar, insbesondere biegbar, ausgeführt sind.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsätze sind dafür vorgesehen, im erfindungsgemäßen Filtersystem mit der Ionisationsvorrichtung kombiniert zu werden. Die für die Ionisation benötigte Spannung wird dabei regelmäßig deutlich höher liegen als die für die Polarisation notwendige bzw. maximal anlegbare Polarisationsspannung, welche insbesondere bei der Integration beider Polarisationselemente in das mehrlagige Filtermedium durch die Spannung limitiert wird, bei der es zu einem unerwünschten Durchschlagen kommt. Eine denkbare Lösung wäre es, für die Ionisationsvorrichtung und den Filtereinsatz verschiedenen Spannungsquellen vorzusehen. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass eine solche Bereitstellung separater Hochspannungsquellen in vielen Fällen nicht möglich bzw. mit einem hohen apparativen Aufwand verbunden ist, sodass eine entsprechende Ausgestaltung weniger bevorzugt ist. Hierfür wird vorgeschlagen, das elektrische Kontaktierungssystem als Spannungsteiler auszuführen, mit dem eine von der Ionisationsvorrichtung übernommene Spannung an die Anforderungen des Filtereinsatzes abgestimmt werden kann. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem ein Spannungsteiler ist. Hierfür kann das elektrische Kontaktierungssystem Kontaktstellen aufweisen, die dafür vorgesehen sind, unmittelbar oder indirekt über die Ionisationsvorrichtung mit einer elektrischen Potentialdifferenz kontaktiert zu werden, die auf die Ionisationsvorrichtung ausgelegt ist. Zwischen diesen Kontaktstellen wird eine Widerstandsstrecke vorgesehen, welche bevorzugt eine mäandernde-Kontur aufweist. Die auf das erste Kontaktierungselement bzw. gegebenenfalls das zweite Kontaktierungselement entfallende Spannung kann in vorteilhafter Weise über die Positionierung des Kontaktierungselementes entlang dieser Widerstandsstrecke eingestellt werden, sodass beispielsweise zwischen den zwei kontaktierten Leiterlagen nur eine im Vergleich mit der Ionisationsvorrichtung verringerte Spannung anliegt. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei in dem elektrischem Kontaktierungssystem die erste Kontaktstelle elektrisch leitend über eine Widerstandsstrecke mit der zweiten Kontaktstelle verbunden ist, wobei das erste Kontaktierungselement zwischen der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend mit der Widerstandsstrecke verbunden ist und wobei das zweite Kontaktierungselement elektrisch leitend mit der zweiten Kontaktstelle verbunden ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ ebenfalls ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei die Widerstandsstrecke mäanderförmig ausgebildet ist. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ überdies ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das erste Kontaktierungselement und/oder das zweite Kontaktierungselement, bevorzugt das erste Kontaktierungselement und das zweite Kontaktierungselement, so mit der Widerstandsstrecke verbunden sind, dass die Kontaktfläche zwischen der Widerstandsstrecke und dem Kontaktierungselement größer ist als der Querschnitt der Widerstandsstrecke orthogonal zur Längsrichtung der Widerstandsstrecke. Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ zudem ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das zweite Kontaktierungselement nicht zwischen der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend mit der Widerstandsstrecke verbunden ist.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen kann neben den elektrisch leitfähigen Komponenten des Kontaktierungssystems auf dem Substrat auch noch eine maschinenlesbare Information, beispielsweise in der Form eines QR-Codes vorgesehen werden. Insbesondere wenn das elektrische Kontaktierungssystem auf der seitlichen Kaschierung des Filtereinsatzes angebracht wird, ist dieses von außen besonders leicht zu lesen. Hierdurch ist es möglich, dem Kunden oder dem Werkstattbetrieb wichtige Informationen über die Handhabung und/oder den Einbau entsprechender Filtereinsätze bereitzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, auf die maschinenlesbare Informationsmarkierung bereits im Zuge der Fertigung der Filtereinsätze zurückzugreifen, beispielsweise wenn die darin hinterlegte Information Anweisungen über die Steuerung der Vorrichtungen und/oder die Materialauswahl umfasst. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Filtersystem, wobei das elektrische Kontaktierungssystem eine maschinenlesbare Informationsmarkierung umfasst, bevorzugt einen Matrix-Code oder einen QR-Code, wobei die maschinenlesbare Informationsmarkierung Informationen und/oder Arbeitsanweisungen über die Applikationsposition des elektrischen Kontaktierungssystems im Filtereinsatz und/oder die Verfahrensparameter zur Verbindung der Kontaktelemente mit den entsprechenden Leiterlagen mittels des entsprechenden Klebstoffs umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeugmodul, umfassend:

I) ein erfindungsgemäßes Filtersystem, und
II) eine Versorgungseinheit, wobei die Versorgungseinheit dazu eingerichtet ist, das Filtersystem, insbesondere die Ionisationsvorrichtung, das zweite Polarisationselement und den Filtereinsatz mit elektrischer Energie zu versorgen.

Der Ausdruck „Fahrzeugmodul“ bezeichnet dabei in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis die Kombination des erfindungsgemäßen Filtersystems mit solchen Bestandteilen des Fahrzeuges, welche zum Betrieb des erfindungsgemäßen Filtersystems benötigt werden, insbesondere der Versorgungseinheit für die Bereitstellung der benötigten Spannung.
Offenbart wird abschließend auch ein Fahrzeug, umfassend ein erfindungsgemäßes Fahrzeugmodul.
Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. In den Figuren zeigen dabei:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugmoduls mit einem erfindungsgemäßen Filtersystem in einer bevorzugten Ausführungsform.
2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsatzes in einer bevorzugten Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugmoduls 36 in einer stark vereinfachten Darstellung. In der 1 sind die weiteren Bestandteile des erfindungsgemäßen Filtersystems 10 in dem durch gepunktete Linien abstrahierten Fluidführungssystem 12 angeordnet, wobei die Strömungsrichtung des zu filternden Fluids, bei dem es sich insbesondere um von außen in ein Fahrzeug eintretende Umgebungsluft handeln kann, durch die breiten Pfeile angezeigt wird.
Das zu filternde Fluid durchläuft zunächst die Ionisationsvorrichtung 14 des erfindungsgemäßen Filtersystems 10, welche die zum Betrieb benötigte elektrische Energie über die Versorgungseinheit 38 des Fahrzeugmoduls 36 erhält. Die Ionisationsvorrichtung 14 ionisiert Bestandteile der Luft, insbesondere Staubpartikel mittels einer Corona-Entladung, worauf die ionisierten Bestandteile durch den Fluidstrom weiter in Richtung des Filtereinsatzes 16 geführt werden. Im Filtereinsatz 16 treffen die ionisierten Bestandteile der Luft auf das mehrlagige Filtermedium 18.
In dem gezeigten Beispiel der 1 durchströmt das zu filternde Fluid dabei zunächst die erste Leiterlage 22, welche als erstes Polarisationselement 20 fungiert und zusammen mit der zweiten Leiterlage 34, welche das zweite Polarisationselement bildet, dazu dient, die zwischen der ersten Leiterlage 22 und der zweiten Leiterlage 34 angeordnete Filterlage 24 zu polarisieren.
Im gezeigten Beispiel der 1 ist die Filterlage 24 dabei als Partikelfilterlage ausgeführt. Sowohl die erste Leiterlage 22 als auch die zweite Leiterlage 34 und die Filterlage 24 sind im gezeigten Beispiel als textile Flächen gebildet, nämlich Vliesstoffe ausgeführt, wobei die elektrische Leitfähigkeit der ersten Leiterlage 22 und der zweiten Leiterlage 34 jeweils eine Leitruß-haltige Beschichtung realisiert wird. Die für die Polarisation benötigte Spannung wird wiederum durch die dem Fahrzeugmodul 36 zugeordnete Versorgungseinheit 38 bereitgestellt, wobei die Kontaktierung der ersten Leiterlage 22 und der zweiten Leiterlage 34 durch das elektrische Kontaktierungssystem 26 erfolgt.
Im Filtereinsatz 16 werden Partikel, insbesondere ionisierte Bestandteil der Luft, abgeschieden. In Strömungsrichtung hinter dem Filtereinsatz 16 ist im Beispiel der 1 die Aktivkohlestufe 30 angeordnet, welche das Aktivkohlevolumen 32 umfasst, das im gezeigten Beispiel als Aktivkohlelage ausgeführt ist, deren mittlere Dicke 3 mm beträgt und die ein Flächengewicht von etwa 300 g/m² aufweist. Im gezeigten Beispiel der 1 umfasst das Aktivkohlevolumen 32 partikuläre Aktivkohle mit einem mittleren Durchmesser von etwa 0,45 mm. Die partikuläre Aktivkohle ist mit Bindemittel zu einer, zwei oder mehreren Lagen ausgeformt, welche beidseitig von einem Abdeckvlies eingefasst werden.
Sowohl die Ionisationsvorrichtung 14 als auch der Filtereinsatz 16 und die Aktivkohlestufe 30 sind in der dargestellten Ausführungsform als reversibel und zerstörungsfrei austauschbare Bauteile ausgeführt, wobei das Filtersystem 10 zudem einen Erkennungsmechanismus (nicht gezeigt) umfasst, mit welchem der korrekte Sitz der Aktivkohlestufe 30 detektiert werden kann, wobei andernfalls eine Aktivierung der Ionisationsvorrichtung 14 verhindert wird, um eine ungewollte Exposition der Fahrzeuginsassen mit dem in der Ionisationsvorrichtung 14 erzeugten Ozon zu verhindern.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß einzusetzenden Filtereinsatzes 16, welcher über ein plissiertes mehrlagiges Filtermedium 18 verfügt, welches durch eine beidseitige Kaschierung 40 mit einem Filzstoff fixiert ist. Auf der durch die seitliche Kaschierung 40 gebildeten Seitenwand ist das elektrisches Kontaktierungssystem 26 vorgesehen, welches als Spannungsteiler aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff auf einem isolierenden Substrat ausgeführt ist und zwei Kontaktstellen umfasst, über die von der Versorgungseinheit 38 bereitgestellte Spannung indirekt über die Ionisationsvorrichtung 14 abgegriffen werden kann, wobei die auf das mehrlagige Filtermedium 18 entfallende Spannung über den Spannungsteiler eingestellt werden kann.
Bezugszeichen

10: Filtersystem
12: Fluidführungssystem
14: Ionisationsvorrichtung
16: Filtereinsatz
18: mehrlagiges Filtermedium
20: erstes Polarisationselement
22: erste Leiterlage
24: Filterlage
26: elektrisches Kontaktierungssystem
28: zweites Polarisationselement
30: Aktivkohlestufe
32: Aktivkohlevolumen
34: zweite Leiterlage
36: Fahrzeugmodul
38: Versorgungseinheit
40: Kaschierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/135232 A1 [0006]
EP 3 448 540 B1 [0006]
DE 102023121052 A1 [0009]
WO 2023/012166 A1 [0034]

Claims

Filtersystem (10), umfassend: i) ein Fluidführungssystem (12) zur Führung eines zu filternden Fluids, ii) eine Ionisationsvorrichtung (14) zur Ionisation von Bestandteilen des zu filternden Fluids, iii) einen Filtereinsatz (16), umfassend: a) ein mehrlagiges Filtermedium (18), umfassend als erstes Polarisationselement (20) eine elektrisch leitfähige erste Leiterlage (22), und eine Filterlage (24), wobei die Filterlage zumindest eine dielektrische Lage umfasst, und b) ein elektrisches Kontaktierungssystem (26) zur Verbindung des Filtereinsatzes mit einer Spannungsquelle, wobei das elektrische Kontaktierungssystem (26) dazu eingerichtet ist, dass an die erste Leiterlage (22) eine Spannung angelegt werden kann, iv) ein zweites Polarisationselement (28), und v) eine vom mehrlagigen Filtermedium (18) separate Aktivkohlestufe (30), umfassend eine Aktivkohlevolumen (32), wobei das Aktivkohlevolumen (32) Aktivkohle in einem Massenanteil von 50 % oder mehr umfasst, bezogen auf die Masse des Aktivkohlevolumens (32), wobei das Filtersystem (10) dazu eingerichtet ist, dass zwischen der ersten Leiterlage (22) und dem zweiten Polarisationselement (28) zur Polarisation der dielektrischen Lage eine Spannungsdifferenz angelegt werden kann.
Filtersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das mehrlagige Filtermedium (18) zusätzlich eine elektrisch leitfähige zweite Leiterlage (34) umfasst, wobei die Filterlage (24) zwischen der ersten Leiterlage (22) und der zweiten Leiterlage (24) angeordnet ist und wobei das zweite Polarisationselement (28) durch die zweite Leiterlage (34) gebildet wird.
Filtersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das zweite Polarisationselement (28) eine Metallplatte oder ein Metallgitter ist.
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ionisationsvorrichtung (14) so im Filtersystem (14) angeordnet ist, dass sie von dem im Fluidführungssystem (12) geführten zu filternden Fluid vor dem Filtereinsatz (16) durchströmt wird.
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aktivkohlestufe (30) so im Filtersystem (10) angeordnet ist, dass sie von dem im Fluidführungssystem (12) geführten zu filternden Fluid nach dem Filtereinsatz (16) durchströmt wird.
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ionisationsvorrichtung (14) reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem (10) angeordnet ist, und/oder wobei der Filtereinsatz (16) reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem (10) angeordnet ist, und/oder wobei die Aktivkohlestufe (30) reversibel und zerstörungsfrei austauschbar im Filtersystem (10) angeordnet ist.
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der benötigte Bauraum der Aktivkohlestufe (30) kleiner ist als der benötigte Bauraum des Filtereinsatzes (18).
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aktivkohlevolumen (30) eine dreidimensionale Trägerstruktur mit Hohlräumen umfasst, wobei die Aktivkohle in den Hohlräumen der dreidimensionalen Trägerstruktur angeordnet ist.
Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Aktivkohle partikuläre Aktivkohle ist, wobei die Aktivkohle bevorzugt einen mittleren Durchmesser d50 im Bereich von 0,1 bis 4 mm aufweist.
Fahrzeugmodul (36), umfassend: I) ein Filtersystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und II) eine Versorgungseinheit (38), wobei die Versorgungseinheit dazu eingerichtet ist, das Filtersystem mit elektrischer Energie zu versorgen.