Egon und die Luftfiltration„The Times They Are a-Changin‘“ – das wusste schon Bob Dylan. Auch rund um die Filtration in Automobilen hat sich auch eine Menge geändert, sowohl im Hinblick auf die Technik als auch auf deren Darstellung. Marcel Hofmeister,  „nebenamtlicher Museumsführer“ im MANN+HUMMEL Filtermuseum, in Ludwigsburg nimmt uns mit auf eine kleine Reise in die Vergangenheit.

„Egon sieht im Lichtstrahl einen absonderlichen Tanz: da wogt es in der Luft von vielen kleinen glitzernden Punkten. ‚Alles Staub‘ denkt er, aber es wundert ihn doch einigermaßen, was sich in der Atemluft so alles aufhält“.

Mit diesen Worten ist mir Egon begegnet. Egon ist Tankwart und gleichzeitig der Protagonist des „MANN-FILTER Filterdienst“, einer Anfang der 1960er Jahre erschienenen Reihe von Fachinformationen über die Filtration in Automobilen. Er brachte der damaligen Leserschaft die Feinheiten der Filtration in Automobilen näher. Dies kam aus berufenem Mund: Schließlich war ein Tankwart damals nicht nur für das Auftanken und die Kontrolle des Reifendrucks zuständig, sondern auch für den Wechsel von Filterelementen.

Egon ist bei MANN+HUMMEL heute wohl nur noch den wenigsten Mitarbeitern ein Begriff. Ich selbst habe ihn auch erst kennengelernt, als ich vor einiger Zeit alte Druckschriften und Produktbeschreibungen im MANN+HUMMEL Filtermuseum in Ludwigsburg durchgesehen habe. Als „nebenamtlicher Museumsführer“ (im täglichen Leben befasse ich mich mit Themen zur Motorluftfiltration) wollte ich mich näher mit der Unternehmenshistorie befassen.  Dabei waren die Geschichten über und um Egon sehr aufschlussreich, um die Entwicklung der Anforderungen an Fahrzeugluftfilter besser zu verstehen.

Anforderungen in der Luftfiltration sind gestiegen

Seit Gründung des ehemaligen Filterwerks MANN+HUMMEL im Jahr 1941 hat man sich sehr intensiv mit der Filtration beschäftigt, im obigen Beispiel mit der Motorluftfiltration. Die prinzipiellen Anforderungen an ein Luftfiltersystem haben sich seit damals nicht verändert: Fernhalten der verschleißfördernden Schmutz- und Staubpartikel aus der Umgebungsluft, so dass dem Motor nur gereinigte Luft zur Verbrennung zugeführt wird. 

Filter zur LuftfiltrationAllerdings haben sich die Anforderungen seit Egons Zeiten stark verändert. In den 60er Jahren sprach man von einem notwendigen Abscheidegrad von 99 %. Das bedeutet, 99 % der in der Luft befindlichen Partikel einer bestimmten Größenordnung werden abgeschieden. Heutzutage werden für Anwendungen z. B. in Lkws Abscheidegrade von bis zu 99,98 % gefordert. Diese Steigerung um „nur 0,98 Prozentpunkte“ mag auf den ersten Blick wenig erscheinen. Jedoch kann man sich eine solche Verbesserung gut an einem einfachen Beispiel verdeutlichen. Bei einer angenommenen Beladung eines Filterelements mit 1.000 g Staub (ein großes Luftfilterelement für einen Lkw kann bis zu 3.000 g Staub aufnehmen), würden bei einem Abscheidegrad von 99 % demnach 10 g Staub das Element passieren. Dies bedeutet, dass über die komplette Lebensdauer des Luftfilterelements vom Einbau bis zum Wechsel in den 60er-Jahren 10 g kleine Partikel das Element passieren; für damalige Motoren ein völlig ausreichender Wert.

Mit den heutigen hochabscheidenden Medien mit einer Effizienz von 99,98% sind es statt 10 g nur noch 0,2 g kleinster Partikel (diese Menge entspricht weniger als einem Zehntel eines Teelöffels), die das Filterelement nicht aufhalten kann. Seit damals wurde der Staubdurchgang also um das Fünfzigfache verringert! Hier würde Egon vermutlich staunen.

Eine Frage des Drucks

Noch höhere Abscheidegrade sind möglich, allerdings ist immer der Druckverlust im Auge zu behalten. Der Druckverlust ist hier ein Maß für den Widerstand, den die Luft beim Durchgang durch das Filtermedium erfährt. Ein höherer Druckverlust würde also bedeuten, dass der Motor nicht mehr so „frei atmen“ könnte. Mit einer einfachen Erhöhung der Dichte oder Dicke des Filtermediums ist es also nicht getan.

Hier setzen die Entwickler von MANN+HUMMEL ihre ganze Erfahrung ein, um den scheinbaren Widerspruch zwischen hohem Abscheidegrad und niedrigem Druckverlust zu überwinden. Denn dadurch wird eine lange Motorlebensdauer garantiert und das Fahrzeug verbraucht gleichzeitig weniger Kraftstoff und senkt so den CO2-Ausstoß.

Einhergehend mit der Verbesserung des Abscheidegrads weisen moderne Filtermedien weitere Eigenschaften auf: So wird durch bessere Filtermedien die Servicezeit des Elements verlängert. Längst gibt es nicht mehr nur das Filterpapier aus Cellulose, sondern auch vollsynthetische Medien oder solche mit Nanofasern. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug mehr Kilometer mit einem Filterelement zurücklegen kann – ein Kostenvorteil für den Autofahrer.

Neben der reinen Filtration spielen auch das Filtergehäuse und die luftführenden Leitungen eine wesentliche Rolle. Schließlich müssen alle Bauteile im Verbund (man spricht vom Luftfiltersystem) aufeinander abgestimmt sein. Kannte Egon den Luftfilter noch als schwarz lackiertes rundes Gehäuse aus Stahlblech, so nimmt man diese Teile heute oftmals nur als „schwarze Kunststoffteile“ wahr. Doch steckt in der optimalen Konstruktion, Auslegung und Fertigung sehr viel Erfahrung und umfangreiche Entwicklungsarbeit: Alleine zur Optimierung der Führung der Luftströmung sind umfangreiche Computersimulationen und Versuche notwendig. Dadurch lässt sich u.a. der Druckverlust des Filtersystems deutlich reduzieren. Wie bereits gesagt, sinken dadurch der Kraftstoffverbrauch und damit der CO2-Ausstoß, was wiederum das Portemonnaie entlastet und auch der Umwelt zugute kommt.

Weiterhin ist ein Luftfiltersystem auch für die Akustik des Fahrzeugs mitverantwortlich, da das Ansauggeräusch des Motors durch den Luftfilter gedämpft wird. Man sieht: neben der reinen Filtration muss ein modernes Luftfiltersystem noch weitere umfangreiche Aufgaben erfüllen.

Ohne Hightech geht’s nicht

Weil moderne Verbrennungsmotoren durch Maßnahmen wie Downsizing, Direkteinspritzsysteme mit hohen Einspritzdrücken und teilweise mehrfacher Aufladung immer komplexer werden, steigen auch die Anforderungen an die Filtration. Da hier schon kleinste Partikel den sprichwörtlichen „Sand im Getriebe“ darstellen können, geht auch die Entwicklung von Luftfiltersystemen immer weiter.

Also sollte man sich nicht wundern, wenn man sich in einigen Jahren oder Jahrzehnten bei einem Gang durch ein (Filter)Museum selbst wie Egon vorkommt.