Luftfiltersystem mit akustischer Überwachung sowie Verfahren zur akustischen Überwachung eines Luftfilters

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Luftfiltersystem sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Art und/oder eines Zustands eines Luftfilters.

Stand der Technik

Es ist bekannt, ein Luftfiltersystem mit einem Drucksensor zu versehen. Steigt im Luftfilter der Differenzdruck zum Atmosphärendruck an, kann hieraus auf eine Sättigung bzw. ei nen Defekt des Luftfilters geschlossen werden. Das Luftfiltersystem kann in diesem Fall einen Warnhinweis ausgeben, um einen Austausch des Luftfilters bzw. eines Luftfilterele ments vorzuschlagen.

Drucksensoren sind jedoch in einigen Fällen störungsanfällig und aufwändig herzustel len. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Luftfiltersystem und ein Verfahren anzuge ben, die eine verhältnismäßig einfache Überwachung eines Luftfilters ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Luftfiltersystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merk malen sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.

Erfindungsgemäßes Luftfiltersystem

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird somit gelöst durch ein Luftfiltersystem mit einem Luftfilter und einer Auswerteeinrichtung, wobei das Luftfiltersystem ein mit der Auswer teeinrichtung verbindbares erstes Mikrofon aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Art, einen Füllzustand und/oder einen Defekt des Luftfilters mittels des vom ersten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen.

Erfindungsgemäß ist somit zumindest ein erstes Mikrofon zur Aufnahme einer Schallab gabe des Luftfilters im Betriebszustand vorgesehen. Die Auswerteeinrichtung ist einge richtet, anhand des vom ersten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen, um welche Art von Luftfilter es sich handelt, insbesondere, ob es sich um ein bestimmungs gemäßes Originalteil handelt. Hierdurch kann ein Kopierschutz realisiert und die Qualität des Luftfilters sichergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Auswer teeinrichtung bestimmen, ob der Luftfilter verstopft ist bzw. einen zu hohen Füllzustand aufweist. Auch andere Defekte des Luftfilters können von der Auswerteeinrichtung be stimmt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine umfangreiche, aber einfache Überwachungsmöglichkeit eines Luftfilters.

Die Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den Schalldruckpegel (Sound Pressure Level [SPL]) der Schallabgabe, insbesondere zur Bestimmung des Füll zustands des Luftfilters, mit dem Schalldruckpegel einer zuvor aufgenommenen Schall abgabe zu vergleichen. Die Differenz der Schalldruckpegel zwischen einem leeren Luft filter und einem auszutauschenden verschmutzten (gefüllten) Luftfilter beträgt dabei typi scherweise ca. 5 dB. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise dazu ausgebildet, Schalldruckpegeldifferenzen zwischen 0 dB und 20 dB, insbesondere zwischen 2 dB und 15 dB, besonders bevorzugt zwischen 3 dB und 10 dB zu unterscheiden.

Je stärker der Luftfilter verschmutzt (gefüllt) ist, umso stärker ist der Schalldruckpegel gedämpft. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise dazu ausgebildet, die Dämp fung des Schalldruckpegels der Schallabgabe mit dem Schalldruckpegel einer gespei cherten Schallabgabe zu vergleichen.

Der Luftfilter kann ein Gehäuse aufweisen, in dem ein Luftfilterelement des Luftfilters aus wechselbar angeordnet sein kann. Der Luftfilter ist vorzugsweise in Form eines Motorluft filters oder eines Kabinenluftfilters ausgebildet.

Die Auswerteeinrichtung kann serverbasiert, insbesondere cloudbasiert, ausgebildet sein.

Die Auswerteeinrichtung und/oder das erste Mikrofon kann/können zur Bewertung bzw. Aufnahme von Schall im Bereich zwischen 0 Hz und 6000 Hz, insbesondere zwischen 500 Hz und 2000 Hz, vorzugsweise zwischen 600 Hz und 1000 Hz und/oder 1200 Hz und 1700 Hz, eingerichtet sein. Es hat sich gezeigt, dass die Geräuschabgabe des Luft filters im Betriebszustand in diesem Frequenzbereich besonders aufschlussreich ist. Insbesondere im Frequenzbereich zwischen 600 Hz und 1000 Hz wurde ein direkter, ins besondere linearerer, Zusammenhang zwischen dem Füllstand des Luftfilters und dem Schalldruckpegel festgestellt. Die Auswerteeinrichtung ist daher vorzugsweise zur Be wertung der Schallabgabe zwischen 600 Hz und 1000 Hz ausgebildet.

Das erste Mikrofon kann in Form eines Luftschallmikrofons ausgebildet sein, um eine besonders aussagekräftige Überwachung des Luftfilters zu ermöglichen. Das Luftschall mikrofon kann an einem Gehäuse des Luftfilters angeordnet sein, vorzugsweise auf der Rohluftseite des Luftfilters.

Weiter bevorzugt kann der Luftfilter einen Wartungsschalteranschluss ("service port") aufweisen. Das erste Mikrofon kann am Wartungsschalteranschluss angeordnet sein. Hierdurch kann das erste Mikrofon wartungsoptimiert und bauraumoptimiert am Luftfilter angeordnet werden.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Luftfiltersystem ein Smartphone, wobei das Smartphone das erste Mikrofon in Form eines Smartphone-Mi- krofons aufweist. Smartphones sind weit verbreitet und regelmäßig verfügbar. Hierdurch können Analysen eines Luftfilters einfach und spontan vorgenommen werden.

Das Smartphone kann dazu ausgebildet sein, einen Nutzer bei der Ausrichtung des Smartphones mittels Augmented-Reality-Anzeigen zu unterstützen. Hierdurch kann das Luftfiltersystem auch durch einen ungeübten Nutzer schnell überprüft werden.

In den Rahmen der Erfindung fällt weiterhin eine Smartphone-App zur Bestimmung der Art bzw. des Zustands des Luftfilters.

Eine besonders präzise Zustandsbestimmung des Luftfiltersystems wird ermöglicht, wenn das Luftfiltersystem ein mit der Auswerteeinrichtung verbindbares zweites Mikrofon aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Art, den Füllzustand und/oder den Defekt des Luftfilters mittels des vom ersten Mikrofon und zweiten Mikrofon aufgenommenen Schalls zu bestimmen. Das zweite Mikrofon kann in Form eines Luftschallmikrofons und/odereines Smartphone- Mikrofons ausgebildet sein.

Besonders bevorzugt ist das erste Mikrofon stationär am Luftfilter, insbesondere am Ge häuse, vorzugsweise auf der Reinluftseite, des Luftfilters, und das zweite Mikrofon in Form eines mobilen Smartphone-Mikrofons, vorzugsweise auf der Rohluftseite des Luft filters, ausgebildet. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache, aber dennoch sehr zuver lässige Analysemöglichkeit des Luftfilters.

Generell ist in besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung bei der Verwendung eines einzigen Mikrofons dieses Mikrofon auf der Rohluftseite des Luftfilters angeordnet oder ausgebildet und bei der Verwendung mehrerer Mikrofone ein Mikrofon auf der Roh luftseite und ein Mikrofon auf der Reinluftseite des Luftfilters angeordnet oder ausgebil det.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Bestim mung einer Art und/oder eines Zustands eines Luftfilters, insbesondere eines zuvor be schriebenen Luftfilters, mit den Verfahrensschritten:

C) Aufnehmen einer Schallabgabe des Luftfilters im Betriebszustand;

D) Zuordnen der Schallabgabe zu einer Luftfilterart und/oder einem Luftfilterzustand;

E) Ausgeben der Luftfilterart und/oder des Luftfilterzustands.

Im Verfahrensschritt D) kann die Schallabgabe dabei zunächst einem bestimmten Klang modell zugeordnet werden. Beispielsweise kann die Schallabgabe im Verfahrensschritt D) anhand bestimmter Schall-Charakteristika einer bestimmten Luftfilterart zugeordnet und ausgehend davon anschließend Defekte des Luftfilters bestimmt werden.

Im Verfahrensschritt D) wird vorzugsweise der Schalldruckpegel der Schallabgabe mit dem Schalldruckpegel einer zuvor aufgenommenen Schallabgabe, insbesondere in ei nem ersten Betriebszustand, verglichen.

Vorzugsweise geht dem Verfahrensschritt C) folgender Verfahrensschritt voraus: A) Aufnehmen und Speichern zumindest einer Schallabgabe eines Luftfilters in einem, vorzugsweise idealen, ersten Betriebszustand, insbesondere Aufnehmen und Spei chern mehrerer Schallabgaben eines Luftfilters in verschiedenen Betriebszuständen.

Hierdurch kann eine aktuelle Aufnahme mit zumindest einer zuvor aufgenommenen Auf nahme abgeglichen und analysiert werden.

Das Speichern der Schallabgabe(n) erfolgt vorzugweise, insbesondere anonymisiert, in einem Cloud-Speicherplatz. Hierdurch können mehrere Nutzer auf (eine) bereits aufge nommene Schallabgabe(n) und somit auf einen entsprechenden Erfahrungsschatz zu rückgreifen.

Auf den Verfahrensschritt A) kann folgender Verfahrensschritt folgen:

B) Bewerten der gespeicherten Schallabgaben mit einem Machine-Learning-Algorith- mus.

Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des Messergebnisses signifikant verbessert werden. Beispielsweise können mittels des Machine-Learning-Algorithmus Hintergrundgeräusche erkannt und ausgeblendet werden.

Die Zuordnung der Schallabgabe zu einem Luftfilterzustand im Verfahrensschritt D) kann auf Grundlage von Frequenzen der Schallabgabe zwischen 0 Hz und 6000 Hz, insbeson dere zwischen 500 Hz und 2000 Hz, vorzugsweise zwischen 600 Hz und 1000 Hz und/ oder 1200 Hz und 1700 Hz, erfolgen. In diesem Frequenzband bzw. in diesen Frequenz bändern kann der Luftfilterzustand bzw. die Luftfilterart besonders zuverlässig bestimmt werden. Insbesondere im Frequenzband zwischen 600 Hz und 1000 Hz wurde ein direk ter Zusammenhang, insbesondere linearer Zusammenhang, zwischen dem Schallpegel und dem Füllzustand des Luftfilters festgestellt.

Die Verfahrensschritte C) und E) werden vorzugsweise auf (mit) einem Smartphone durchgeführt. Weiter bevorzugt wird der Verfahrensschritt A) auf (mit) einem Smartphone durchgeführt. Der Verfahrensschritt B) und/oder der Verfahrensschritt D) wird vorzugsweise auf einem Server, insbesondere einem cloudbasierten Server, durchgeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden de taillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, aus den Patentan sprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigen. Die zuvor genannten und noch weiter ausgeführten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart darge stellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Luftfiltersystems mit einem Luftfilter und einem Smartphone;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Art bzw. eines Zustands eines Luftfiltersystems;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer aktuellen und einer gespeicherten Schallabgabe eines Luftfilters.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Luftfiltersystem 10 mit einem Luftfilter 12. Der Luftfilter 12 weist ein Gehäuse 14 und ein in das Gehäuse 14 austauschbar einsetzbares Luftfilterelement 16 auf. Der Luftfilter 12 weist einen Einlass 15a auf der Rohluftseite des Luftfilters 12 und einen Auslass 15b auf der Reinluftseite des Luftfilters 12 auf. Das Luftfilterelement 16 trennt die Rohluftseite von der Reinluftseite. Um die Art des Luftfilters 12, insbesondere des Luftfilterelements 16, bzw. deren/dessen Zustand zu bestimmen, weist das Luftfilter system 10 ein erstes Mikrofon 18 auf. Das erste Mikrofon 18 ist vorzugsweise in Form eines Luftschallmikrofons ausgebildet. Das erste Mikrofon 18 ist weiter bevorzugt im Be reich eines Wartungsschalteranschlusses 20 angeordnet. Das erste Mikrofon 18 ermög licht die Aufnahme der Schallabgabe des Luftfilters 12 im Betriebszustand.

Die Aufnahme des ersten Mikrofons 18 wird, insbesondere drahtlos, an eine Auswer teeinrichtung 22 übertragen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung 22 auf einem, ins besondere cloudbasierten, Server hinterlegt. Die Auswerteeinrichtung 22 empfängt die Aufnahme des ersten Mikrofons 18 und bewertet diese insbesondere sowohl im Fre quenzbereich zwischen 600 Hz und 1000 Hz als auch zwischen 1200 Hz und 1700 Hz, um anhand der Aufnahme Aussagen über den Luftfilter 12, insbesondere das Luftfilterele ment 16, treffen zu können.

Das Luftfiltersystem 10 kann dabei einen Speicher 24 aufweisen, der vorzugsweise cloudbasiert ausgebildet ist. Der Speicher 24 kann eine Vielzahl von früheren Aufnahmen aufweisen. Die Aufnahmen können, insbesondere anonymisiert, von verschiedenen Nut zern stammen. Die Aufnahmen bilden einen Erfahrungsschatz, anhand dessen die Aus werteeinrichtung 22 präzise Aussagen hinsichtlich der Art bzw. des Zustands des Luftfil ters 12 treffen kann. Die Auswerteeinrichtung 22 kann einen Machine-Learning-Algorith- mus 26, insbesondere in Form eines neuronalen Netzes, aufweisen, um die Einschät zung der Aufnahme zu erlernen.

Das Luftfiltersystem 10 weist ein Smartphone 28 mit einem zweiten Mikrofon 30 auf. Die Aufnahme des zweiten Mikrofons 30 wird, insbesondere drahtlos, an die Auswerteein richtung 22 übertragen. Mithilfe der Aufnahme des zweiten Mikrofons 30 kann die Art bzw. der Zustand des Luftfilters 12 präziser bestimmt werden. Die Art bzw. der Zustand des Luftfilters 12 kann alternativ auch einzig basierend auf dem zweiten Mikrofon 30 be stimmt werden. Das erste Mikrofon 18 muss nicht zwingend vorgesehen werden (in die sem Fall ist das „erste“ Mikrofon das Mikrofon 30).

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Art bzw. des Zu stands eines Luftfilters, insbesondere mit einem in Figur 1 gezeigten Luftfiltersystem 10, deren Bezugszeichen zum besseren Verständnis nachfolgend zitiert werden.

In einem Verfahrensschritt A) wird eine Schallabgabe eines Luftfilters 12 durch ein erstes Mikrofon 18, ein zweites Mikrofon 30 und/oder ein bzw. mehrere weitere Mikrofone auf genommen und als Referenzaufnahmen gespeichert. Vorzugsweise werden mehrere Schallabgaben, insbesondere eine Vielzahl von Schallabgaben, aufgenommen und als Referenzaufnahmen gespeichert. Die Aufnahmen können in einem Verfahrensschritt B) mit einem Machine-Learning-Algo- rithmus bewertet werden, beispielsweise um Aufnahmen idealer Luftfiltersysteme 10 und/oder Umgebungsgeräusche herauszufiltern.

Die Verfahrensschritte A) und B) werden vorzugsweise vor der tatsächlichen Bestimmung der Art bzw. des Zustands des Luftfiltersystems 10 durchgeführt.

In den Verfahrensschritten C), D) und E) werden eine Schallabgabe des Luftfilters im aktuellen Betriebszustand aufgenommen, die Schallabgabe zu einer Luftfilterart und/oder einem Luftfilterzustand zugeordnet und die Luftfilterart und/oder der Luftfilterzustand aus gegeben, insbesondere angezeigt.

Figur 3 zeigt die Aufnahme von Dämpfungen in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 6000 Hz. Mit durchgezogener Linie ist eine aktuelle Dämpfung dargestellt; mit gestri chelter Linie ist eine gespeicherte Dämpfung eines gleichen Luftfilters 10 in einem ersten (idealen) Betriebszustand dargestellt. Insbesondere im Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 2000 Hz ist ersichtlich, dass die aktuelle Dämpfung im Vergleich zur gespeicher ten Dämpfung erhöht ist, was auf einen beladenen Luftfilter 10 hindeutet. Die Auswer teeinrichtung 22 kann dann darauf hinweisen, dass eine Wartung vorgenommen werden sollte.

Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Identifikation und/oder Zu standserfassung eines Luftfilters 12, insbesondere eines austauschbaren Luftfilterele ments 16, durch Schallanalyse. Die Schallanalyse erfolgt vorzugsweise nach Aufnahme einer Schallabgabe über einen vorgegebenen Frequenzbereich und Vergleich dieser Schallabgabe mit einer oder mehreren zuvor aufgenommenen Schallabgaben. Die Auf nahme erfolgt mittels eines Mikrofons 18, 30, vorzugsweise mittels mehrerer Mikrofone 18, 30, wobei besonders bevorzugt zumindest ein Mikrofon 18, 30 in Form eines Smart- phone-Mikrofons ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird zumindest ein Schalldruck pegel, insbesondere mehrere Schalldruckpegel bei verschiedenen Frequenzen, der Schallabgabe mit einer gespeicherten Schallabgabe zur Charakterisierung des Luftfilters 12 verglichen. Vorzugsweise wird zumindest ein Schalldruckpegel der Schallabgabe bei einer Frequenz zwischen 500 Hz und 1100 Hz mit einem Schalldruckpegel einer gespei cherten Schallabgabe bei derselben Frequenz verglichen, insbesondere um den Füllzu stand des Luftfilters 12 zu bestimmen.

Bezugszeichenliste

10 Luftfiltersystem

12 Luftfilter

14 Gehäuse des Luftfilters 12 15a Einlass

15b Auslass 16 Luftfilterelement 18 erstes Mikrofon 20 Wartungsschalteranschluss 22 Auswerteeinrichtung 24 Speicher 26 Machine-Learning Algorithmus 28 Smartphone 30 zweites Mikrofon