Innenraumfilter schützen Autofahrer immer besser vor Feinstaub, Pollen und Reifenabrieb, vor Allergenen, Gerüchen und Schadgasen. Doch das war nicht immer so.

Im Jahr 1985 waren bereits mehr als 30 Millionen Kraftfahrzeuge in Deutschland zugelassen, wodurch unter anderem auch die Belastung durch Luftverunreinigungen zunahm. Untersuchungen an einer stark befahrenen innerstädtischen Straße zeigten, dass die Luft über der Fahrbahn drei- bis sechsmal, in Extremsituationen sogar fünf- bis zehnmal stärker durch Partikel und Schadgase belastet war alsam Straßenrand.

Über die Lüftung gelangte das Gemisch ungefiltert in den Fahrgastraum und konnte sich im ungünstigen Fall hier sogar weiter konzentrieren und somit zu Belastungen der Insassen z.B. durch erhöhte Partikel- und Schadgaskonzentrationen als auch zu unangenehmen Gerüchen führen.Mögliche Folgen waren zum Beispiel Konzentrationsschwächen, Ermüdungserscheinungen und Kopfschmerzen. Abhilfe konnten Innenraumfilter schaffen, die schon bald von MANN+HUMMEL als neues Arbeitsgebiet erkannt wurden.

Start mit dem Partikelfilter und Funktionserweiterung durch den Kombifilter

In der Folge entwickelte das Unternehmen spezielle Filtermedien, die in der Lage waren, staub-, gas- und aerosolartige Verunreinigungen von Innenräumen fernzuhalten. Im ersten Schritt ging es um die Separation von Partikeln wie Pollen, Straßen- und Industriestaub und Abrieb von Bremsen, Reifen oder Kupplung mithilfe von Cellulose-Medien (Abbildung 1) und später auch synthetischen Fasern.

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Abbildung 1: Filterelement mit Cellulosemedium

In den Anfängen stand die Abscheidung von Pollen im Vordergrund, die mit den von MANN+HUMMEL entwickelten Filtermedien sehr gut abgeschieden werden konnten, so dass mit dem Aufbau einer neuen Fertigungslinie für Innenraumfilter ca. Mitte der 1990er Jahre bei MANN+HUMMEL der Startschuss für die Serienfertigung von Partikel-Innenraumfiltern fiel. Bei einem Partikelfilter besteht das gefaltete Filtermedium aus einem synthetischen Hochleistungsvlies (Abbildung 2).

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Abbildung 2: Filterelement mit synthetischem Filtermedium

Die Abscheidung folgt den bekannten Prinzipien der Tiefenfiltration. Diese sind der Trägheits, der Sperr- sowie der Diffusionseffekt. Die Partikel aus der Luft werden beim Durchströmen des Filters an dessen feinen Fasern abgeschieden. Nach der Jahrtausendwende intensivierte sich die Diskussion hinsichtlich der Zunahme der Feinstaubbelastung.

Um die gestiegenen Anforderung an die Separationseffizienz bei gleichzeitig geringerem Druckverlust abbilden zu können, werden die synthetischen Filtermedien in der Regel elektrostatisch aufgeladen. Dadurch werden an der Oberfläche der Fasern Ladungen erzeugt, die wiederum elektrostatische Kräfte hervorrufen. Durch diesen zusätzlichen Effekt können die Abscheideeffizienzen im Gegensatz zu ungeladenen Medien gesteigert werden. Mit diesen sogenannten Elektretmedien können Partikel mit einer Größe von 1µm zu nahezu 100 Prozent aus der Luft herausgefiltert werden.

Neben den Anforderungen an die Separationseffizienz und den Druckverlust ist ein weiteres wesentliches leistungsbestimmendes Merkmal die sogenannte Staubspeicherfähigkeit. Um möglichst viel Staub im Filterelement aufnehmen zu können, werden in der Regel Filtermedien mit einem Gradientenaufbau eingesetzt, siehe Abbildung 3. Hierbei handelt es sich um Filtermedien, die eine in die Tiefe ausgerichtete Struktur aufweisen, wobei in Richtung der Durchströmung eine relative offene Schicht mit gröberen Fasern als eine Art Vorabscheider dient, in welcher die gröberen Partikel abgeschieden werden, gefolgt von einer Feinstfaserschicht für die Abscheidung der feineren Partikel.

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Abbildung 3: REM-Aufnahme Querschnitt Filtermedium mit Gradientenaufbau

Partikel stellen nur einen Teil der in der Luft enthaltenen Verunreinigungen dar, womit in der nächsten Entwicklungsstufe der Innenraumfilter die Funktion der Adsorption von Gasen hinzugefügt wurde. Mit dem Thema Gasadsorption betrat MANN+HUMMEL damals noch Neuland. (Abbildung 4)

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Abbildung 4: Aktivkohleschüttung

Nach kurzer Zeit wurde die Funktionserweiterung, also die Kombination aus Separation von Partikeln und der gleichzeitigen adsorptiven Reduktion von Schadgasen und Gerüchen, realisiert und damit der heute standardmäßig eingesetzte Kombifilter in Serie eingeführt. Hierzu wird eine dünne Aktivkohleschicht eingesetzt. Durch die hohe Porosität weisen die, hier speziell für diesen Zweck entwickelten, Aktivkohlen eine sehr hohe spezifische Oberfläche auf, an welcher die Schadgase und Gerüche gebunden werden können. Abbildung 5 zeigt den typischen Aufbau eines Aktivkohlemediums.

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Abbildung 5: Aufbau eines Aktivkohlemediums

Feinstaub, immer knappere Bauräume, wachsende Anforderungen an die Performance und Kostendruck: Die Herausforderungen an Innenraumfilter sind im letzten Jahrzehnt weiter gewachsen. Was sich hier in Zukunft tun wird, werde ich im zweiten Teil meines Blogbeitrags zum 75-jährigen Bestehen von MANN+HUMMEL berichten. Seien Sie gespannt.