-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9.
-
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Luftfiltern allgemein bekannt. Zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades dieser Luftfilter sind sie durch eine Augenscheinkontrolle zu überprüfen.
-
Des Weiteren ist aus der
EP 0 981 735 81 eine Vorrichtung zur Messung von durch Licht angeregter Fluoreszenz und deren Verwendung bekannt. Die Vorrichtung weist mindestens eine auf einem Träger aufgebrachte, einen fluoreszierenden Stoff enthaltende Schicht auf. Die Vorrichtung umfasst zudem mindestens eine Lichtquelle, die Licht mindestens einer Wellenlänge, die Fluoreszenz(en) in der/den Schicht(en) anregt/anregen, aussendet, welches durch mindestens einen ersten Lichtwellenleiter durch den Träger auf die Schicht(en) gerichtet ist. Das Fluoreszenzlicht ist durch zumindest einen zweiten Lichtwellenleiter auf mindestens einen Detektor zur Bestimmung der Intensität des Fluoreszenzlichtes gerichtet. Die Stirnflächen sämtlicher Lichtwellenleiter sind unter Berücksichtigung ihrer numerischen Aperturen zueinander und/oder in Bezug zu mindestens einer einen fluoreszierenden Stoff enthaltenden, auf dem Träger aufgebrachten Schicht angeordnet. Als Bündel ringförmig angeordnete Lichtwellenleiter mit einem im Inneren des Ringes angeordneten Lichtwellenleiter für anregendes Licht oder für Fluoreszenzlicht oder mehrere Lichtwellenleiter in sich paarweise gegenüberliegenden Reihenanordnungen sind so angeordnet, dass eine lokale Zuordnung der messbaren Fluoreszenzintensität erreichbar ist und die Lichtquelle(n), Lichtwellenleiter und der/die Detektor(en) in einem Messkopf aufgenommen sind.
-
In der
EP 2 390 652 A1 werden eine Fluoreszenzdetektionseinheit und ein Fluoreszenzdetektionsverfahren beschrieben. Um Autofluoreszenz eines Messobjektes zu beseitigen, wird zunächst eine Fluoreszenz des Messobjektes in einem ersten Wellenlängenband empfangen. Dieses erste Wellenlängenband ist derart vorgegeben, dass eine Intensität der Fluoreszenz des von einem intensitätsmodulierten Laserlicht bestrahlten Messobjektes höher ist als die Intensität der Autofluoreszenz des vom Laserlicht bestrahlten Messobjektes. Danach wird die Autofluoreszenz innerhalb eines zweiten Wellenlängenbandes empfangen, Ein generiertes Fluoreszenzsignal der ersten Fluoreszenz und ein generiertes Fluoreszenzsignal der Autofluoreszenz werden mit einem Modulationssignal zur Modulation des Laserlichtes gemischt, um erste Fluoreszenzdaten und Autofluoreszenzdaten zu erhalten. Die Autofluoreszenzdaten werden mit einer vorgegebenen Konstante multipliziert. Das daraus erzielte Resultat wird von den ersten Fluoreszenzdaten subtrahiert, um dritte Fluoreszenzdaten zu erhalten. Die dritten Fluoreszenzdaten werden zur Ermittlung einer Fluoreszenzintensität genutzt.
-
Aus der
EP 1 354 234 B1 sind ein optisches System und ein Verfahren zum Anregen und Messen von Fluoreszenz an oder in mit Fluoreszenzfarbstoffen behandelten Proben bekannt. Das System umfasst zumindest einen ersten Laser, der zum Anregen von ersten Fluoreszenzfarbstoffen an oder in einer Probe Licht einer ersten Wellenlänge aussendet, damit diese ersten Fluoreszenzfarbstoffe Licht einer zweiten Wellenlänge emittieren. Des Weiteren umfasst das System einen Spiegel zum Umlenken des aus dem ersten Laser kommenden und parallel zu einer optischen Achse auf den Spiegel einfallenden gebündelten Lichtes der ersten Wellenlänge in Richtung einer Probe. Zudem umfasst das System ein Umlenkelement zum Umlenken des gebündelten Lichtes aus dem ersten Laser auf diesen Spiegel. Das System weist des Weiteren eine Optik zum Bilden eines ersten Brennpunktes an oder in der Probe für das aus dem ersten Laser einfallende und durch den Spiegel umgelenkte, gebündelte Licht der ersten Wellenlänge auf. Weiterhin weist das System eine Einheit auf, welche den Spiegel und die Optik umfasst, wobei Spiegel und Optik in der Einheit gegeneinander unbeweglich angeordnet sind und diese Einheit linear entlang einer geometrischen Achse hin und her beweglich angeordnet und mit einem oszillierenden Linearantrieb wirkverbunden ist, wobei die Optik zudem als Kollimator für das von den ersten Fluoreszenzfarbstoffen an oder in der Probe emittierte Licht zweiter Wellenlänge und der Spiegel zudem zum Umlenken dieses kollimierten Lichtes entgegengesetzt zu der Einfallsrichtung des gebündelten Lichtes erster Wellenlänge und parallel zu der geometrischen Achse ausgebildet sind. Zudem weist das System einen zumindest in Richtung der X- und Z-Raumachsen eines im Wesentlichen rechtwinkligen Koordinatensystems bewegbaren Tisch zur Aufnahme von Probenträgern für mit zumindest einem ersten Fluoreszenzfarbstoff behandelten Proben und zum Ausrichten der Probe gegenüber dem ersten Brennpunkt auf. Des Weiteren umfasst das System eine optische Anordnung zum Abbilden eines zweiten Brennpunktes mit dem durch die ersten Fluoreszenzfarbstoffe an oder in der Probe emittierten, durch die Optik kollimierten und den Spiegel umgelenkten Licht der zweiten Wellenlänge. Zudem umfasst das System eine im zweiten Brennpunkt angeordnete Lochblende zum Ausblenden von Licht der zweiten Wellenlänge, welches weiter entfernt als in einem bestimmten Abstand vom Brennpunkt auf diese Lochblende auftrifft. Des Weiteren weist das System ein erstes Spektralfilter zum Auswahlen des durch die Lochblende durchgehenden Lichtes der zweiten Wellenlänge auf. Zudem umfasst das System einen ersten Detektor zum Messen der Intensität des von der Lochblende durchgelassenen und vom ersten Spektralfilter ausgewählten Lichtes der zweiten Wellenlänge. Die geometrische Achse ist stetig und verläuft nicht durch die Probe und die optische Anordnung, der zweite Brennpunkt, die Lochblende, das erste Spektralfilter und der erste Detektor – zusammen mit dem Spiegel und dem Umlenkelement – sind auf dieser geometrischen Achse angeordnet, die im Bereich zwischen dem Spiegel und dem ersten Detektor zumindest teilweise mit der optischen Achse identisch ist. Das Umlenkelement zum Umlenken des gebündelten Lichtes aus dem ersten Laser in eine zu der geometrischen Achse parallelen Richtung auf diesen Spiegel umfasst einen für den gebündelten Laserstrahl bestimmten, hochspiegelnden Bereich und in seinen übrigen Bereichen ist er sowohl für das Licht der ersten als auch der zweiten Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig.
-
In der
DE 20 2008 007 542 U1 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Elementbelegung auf einer Oberfläche mittels Fluoreszenz beschrieben. Die Vorrichtung, insbesondere zur Bestimmung der Zinnkontamination auf Floatglas, umfasst eine Strahlquelle, deren Strahlung das Element zur Fluoreszenz anregt. Die Vorrichtung weist eine Detektoreinheit zur Detektion der Fluoreszenzstrahlung auf. Die Strahlquelle umfasst eine UV-Strahlung emittierende Leuchtdiode.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei einer Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs weist der Luftfilter erfindungsgemäß eine Schicht mit einem lumineszenten Stoff auf. Die Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß des Weiteren eine Lichtquelle, die Licht mindestens einer Wellenlänge, die Lumineszenz in der Schicht anregt, aussendet, und einen Detektor zur Bestimmung einer Intensität eines durch die Schicht abgestrahlten Lumineszenzlichtes.
-
Die Vorrichtung ermöglicht eine exakte und automatische Erkennung des aktuellen Verschmutzungsgrades des Luftfilters, da bei einem hohen Verschmutzungsgrad die Schicht mit dem lumineszenten Stoff durch Ablagerungen bedeckt ist, so dass die Intensität des durch die Schicht abgestrahlten Lumineszenzlichtes wesentlich verringert ist. Dies ermöglicht eine Optimierung eines Wechselrhythmus des Luftfilters, d. h. einen Austausch des Luftfilters zu einem Zeitpunkt, an welchem dieser Austausch erforderlich ist. Dadurch sind sowohl ein mit hohen Kosten verbundener vorzeitiger Austausch als auch ein durch starke Verschmutzungen aufgrund eines zu späten Austauschs unwirksamer Luftfilter zu vermeiden.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
-
Dabei zeigt:
-
1 schematisch eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters eines Fahrzeugs.
-
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung eines Verschmutzungsgrades eines Luftfilters 2 eines Fahrzeugs, anhand welcher im Folgenden des Weiteren ein mit dieser Vorrichtung 1 durchzuführendes Verfahren zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters 2 des Fahrzeugs beschrieben wird. Die im hier nicht näher dargestellten Fahrzeug angeordnete Vorrichtung 1 umfasst den Luftfilter 2, der im hier dargestellten Beispiel in einer Filterrichtung R, d. h. in Richtung einer den Luftfilter 2 durchströmenden Luft, ein erstes Trägervlies 3, eine erste Aktivkohleschicht 4, einen Feinstaubfilter 5, eine zweite Aktivkohleschicht 6 und ein zweites Trägervlies 7 aufweist. Des Weiteren weist der Luftfilter 2 eine Schicht 8 mit einem lumineszenten Stoff auf, welche auf dem ersten Trägervlies 3 angeordnet ist, genauer gesagt auf einer von der ersten Aktivkohleschicht 4 abgewandten Seite des ersten Trägervlieses 3 und dadurch in Filterrichtung R an einem Anfang des Luftfilters 2, so dass die zu filternde und noch mit Partikeln beladene Luft zunächst auf diese Schicht 8 auftrifft.
-
Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren eine Lichtquelle 9, die Licht L mindestens einer Wellenlänge, die Lumineszenz in der Schicht 8 anregt, aussendet, und einen Detektor 10 zur Bestimmung einer Intensität eines durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes LL. Dieser Detektor 10 ist als ein optischer Lumineszenzdetektor ausgebildet.
-
Im Verfahren wird die Schicht 8, die den lumineszenten Stoff aufweist, von der Lichtquelle 9 mit dem Licht L der mindestens einen Wellenlänge, die Lumineszenz in der Schicht 8 anregt, bestrahlt und von dem Detektor 10 wird eine Intensität des durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes LL bestimmt. Da ein Großteil der in der zu filternden Luft enthaltenen Partikel sich bereits auf dieser Schicht 8 absetzt, ermöglichen die Vorrichtung 1 und das Verfahren auf diese Weise eine exakte und automatische Erkennung des aktuellen Verschmutzungsgrades des Luftfilters 2, da bei einem hohen Verschmutzungsgrad die Schicht 8 mit dem lumineszenten Stoff durch diese Ablagerungen bedeckt ist, so dass die Intensität des durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes wesentlich verringert ist.
-
Dies ermöglicht eine Optimierung eines Wechselrhythmus des Luftfilters 2, d. h. einen Austausch des Luftfilters 2 zu einem Zeitpunkt, an welchem dieser Austausch erforderlich ist. Dadurch sind sowohl ein mit hohen Kosten verbundener vorzeitiger Austausch als auch ein durch starke Verschmutzungen aufgrund eines zu späten Austauschs unwirksamer Luftfilter 2 zu vermeiden. Vorteilhafterweise wird, um den rechtzeitigen Austausch zu ermöglichen, eine optische, akustische und/oder haptische Warnmeldung generiert, wenn die Intensität des durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes LL einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Auf diese Weise wird beispielsweise ein Fahrzeugführer auf einen erforderlichen Wechsel des Luftfilters 2 hingewiesen.
-
Der Luftfilter 2 kann beispielsweise ein Motorluftfilter des Fahrzeugs sein, da auch bei derartigen Luftfiltern 2 eine Bestimmung des Verschmutzungsgrades sinnvoll ist, um den Luftfilter 2 rechtzeitig auszutauschen und dadurch eine ordnungsgemäße Funktion eines Motors des Fahrzeugs und einen geringen Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß sicherzustellen sowie erhöhte Kosten durch einen zu frühen Austausch des Luftfilters 2 zu vermeiden.
-
Besonders bevorzugt ist der Luftfilter 2 jedoch, wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Innenraumluftfilter des Fahrzeugs, d. h. ein Luftfilter 2, welcher die einem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführende Luft filtert, beispielsweise ein in einer Klimatisierungsvorrichtung des Fahrzeugs angeordneter Luftfilter 2. Bei diesem Innenraumluftfilter ermöglichen die Vorrichtung 1 und das Verfahren auf die beschriebene Weise eine gezielte Ermittlung einer Oberflächenbesiedelung des Luftfilters 2 nicht nur mit aus der Luft gefilterten Partikeln, sondern auch mit in der zu filternden Luft enthaltenen mikrobiellen Substanzen, beispielsweise Bakterien und/oder Schimmelpilzsporen, welche sich am und im Luftfilter 2 anlagern und vermehren, wodurch sich ein so genannter Biofilm bildet. Dieser Biofilm beeinträchtigt die Funktion des Luftfilters 2 und es können aus derartigen Biofilmen Geruchsbelästigungen und Allergierisiken für Fahrzeuginsassen resultieren, welche durch einen rechtzeitigen Filterwechsel zu vermeiden sind.
-
Dieser rechtzeitige Filterwechsel ist durch die Vorrichtung 1 und das Verfahren ermöglicht, da auf die beschriebene Weise durch die Ermittlung der Intensität des durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes LL nicht nur eine Beladung des Luftfilters 2 und insbesondere von dessen Oberfläche mit aus der Luft gefilterten Schmutzpartikeln, sondern auch die mikrobielle Belastung des Luftfilters 2 und dessen Oberfläche zu ermitteln ist. Je stärker die mikrobielle Besiedelung der Oberfläche, d. h. der Schicht 8, desto geringer ist die Intensität des durch die Schicht 8 abgestrahlten Lumineszenzlichtes LL.
-
Auf diese Weise kann eine mikrobielle Belastung, beispielsweise eine bakterielle Belastung des Luftfilters 2 und der Fahrzeuginsassen durch einen rechtzeitigen Wechsel des Luftfilters 2 vermieden werden. Insbesondere bei einem derartigen Innenraumluftfilter und der beschriebenen Ermittlung der Verschmutzung des Luftfilters 2 und dessen Oberflächen mit derartigen mikrobiellen Substanzen kann die Schicht 8, im Gegensatz zum dargestellten Ausführungsbeispiel, auch auf dem zweiten Trägervlies 7 angeordnet sein, genauer gesagt auf einer von der zweiten Aktivkohleschicht 6 abgewandten Seite des zweiten Trägervlieses 7 und damit auf einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Reinluftseite des Luftfilters 2, da auch diese Seite des Luftfilters 2 mit derartigen Mikroorganismen besiedelt werden kann. Die Lichtquelle 9 und der Detektor 10 wären in diesem Fall natürlich auch auf der anderen Seite des Luftfilters 2 angeordnet, um die Bestrahlung der Schicht 8 und die Erfassung des Lumineszenzlichts LL zu ermöglichen. Es wäre auch möglich, beide Varianten zu kombinieren, wozu dann zwei Lichtquellen 9 und zwei Detektoren 10 oder eine Lichtverteilung des von der Lichtquelle 9 abgestrahlten Lichts L auf beide Schichten 8 und eine Lichtbündelung des Lumineszenzlichts LL beider Schichten 8 zur Zuführung zum Detektor 10, beispielsweise mittels Lichtleitern, erforderlich wären.
-
Der lumineszente Stoff der Schicht 8, welcher beispielsweise auf ein Vlies aufgebracht ist, kann zum Beispiel derart ausgebildet sein, dass das durch die Schicht 8 abgestrahlte Lumineszenzlicht LL ein Fluoreszenzlicht oder Phosphoreszenzlicht ist. D. h. der für die Schicht 8 verwendete lumineszente Stoff ist entsprechend ein fluoreszenter Stoff oder ein phosphoreszenter Stoff. Zur Erzeugung einer Schicht 8, welche ein Fluoreszenzlicht abstrahlt, ist beispielsweise der Fluoreszenzfarbstoff Uranin als lumineszente Stoff verwendbar, da dies relativ stabil und kostengünstig ist.
-
Die Lichtquelle 9 ist beispielsweise als eine Licht L emittierende Diode (LED) ausgebildet. Dadurch ist eine besonders intensive und exakt ausgerichtete Bestrahlung der Schicht 8 möglich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle 9 als eine UV-Lichtquelle ausgebildet, d. h. als eine Lichtquelle 9, welche ultraviolettes Licht L abstrahlt. Insbesondere bei einem als Innenraumluftfilter ausgebildeten Luftfilter 2 erfüllt die Vorrichtung 1 auf diese Weise noch eine zweite Funktion, da durch die Bestrahlung des Luftfilters 2 mit UV-Licht eine Zerstörung der sich am Luftfilter 2 anlagernden Mikroorganismen erfolgt. Dadurch ist eine mikrobielle Belastung des Luftfilters 2 zu reduzieren, wodurch eine längere Einsatzdauer des Luftfilters 2 erreichbar ist.
-
Zweckmäßigerweise ist ein Strahlungsraum, in welchem die Lichtquelle 9, die Schicht 8, und der Detektor 10 angeordnet sind, von einer lichtundurchlässigen Umhüllung 11 umschlossen. Diese Umhüllung 11 kann sich nur bereichsweise um diesen Strahlungsraum erstrecken, um weiterhin eine gute Luftzufuhr zu reinigender Luft zum Luftfilter 2 sicherzustellen, oder die Umhüllung 11 weist beispielsweise lediglich eine hier nicht dargestellte Öffnung auf, an welcher ein Luftzufuhrschlauch oder -rohr angeschlossen ist, so dass der Strahlungsraum im Wesentlichen vollständig lichtundurchlässig verschlossen ist. Dies ist insbesondere bei einer UV-Lichtquelle sinnvoll, um eine Bestrahlung einer äußeren Umgebung des Luftfilters 2 und insbesondere von sich in der Umgebung des Luftfilters 2 befindenden Personen mit UV-Licht zu vermeiden.
-
Vorteilhafterweise ist eine Innenseite der Umhüllung 11 zumindest bereichsweise lichtreflektierend ausgebildet, um auf diese Weise von der Lichtquelle 9 abgestrahltes Licht L gebündelt auf die Schicht 8 zu leiten und das vom Luftfilter 2 abgestrahlte Lumineszenzlicht LL gebündelt auf den Detektor 10 zu leiten.
-
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
-
- EP 098173581 [0003]
- EP 2390652 A1 [0004]
- EP 1354234 B1 [0005]
- DE 202008007542 U1 [0006]