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Die
Erfindung betrifft eine Steuerklappe für eine Vorrichtung zum Temperieren
und Belüften
von Kraftfahrzeugen, die einen zum einströmenden Kaltluftstrom gerichteten
Klappenflügel
und einen zum einströmenden
Heißluftstrom
gerichteten Klappenflügel
aufweist, welche um eine Achse in einem Verteilergehäuse schwenkbar
gelagert sind und Flachseiten haben, wobei einer Flachseite ein
Strömungsschacht
zugeordnet ist, der von den freien Enden der Klappenflügel ausgeht
und kurz vor der Achse endet.
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Es
ist bekannt, Kraftfahrzeuge mit einer entsprechenden Vorrichtung
zu temperieren, insbesondere zu heizen und zu kühlen sowie zu belüften, wobei
die Luftströme
in unterschiedliche Bereiche des Fahrzeuges gelenkt werden. Dies
wird üblicherweise dadurch
erreicht, daß Außenluft
im Bereich vor der Windschutzscheibe dieser Vorrichtung zugeführt wird und
in dieser Vorrichtung anschließend
mit Hilfe eines Gebläses
an die verschiedenen Stellen im Fahrzeug verteilt wird. Die angesaugte
und/oder eingedrückte
Luft kann über
unterschiedliche Wärmetauscher
geführt
werden, so daß die
Luft gekühlt und/oder
aufgeheizt wird, bevor sie im Fahrzeuginnenraum verteilt wird. Beispielsweise
wird die Luft in den Fußraum
eingeblasen sowie über Öffnungen
im Armaturenbrett in den mittleren Bereich des Fahrzeuginnenraums
eingeblasen und ferner über
Ausgänge unmittelbar
an der unteren Innenseite der Windschutzscheibe dazu verwendet,
diese Windschutzscheibe beschlagfrei zu halten oder Eis auf dieser Scheibe
abzutauen.
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Es
ist ferner bekannt, die Temperaturregelung mittels eines sogenannten
Multizonen-Heiz-Klimagerätes
für die
Fahrer- und Beifahrerseite getrennt durchzuführen. Um eine angenehme Raumtemperatur
innerhalb des Fahrzeuginnenraums zu erzielen, sind Heiz-, Ventilations-
und Klimaanlagen bekannt, bei denen, neben einem Wärmetauscher, mit
dem die Luft durch Abwärme
vom Motor aufgeheizt wird, die Luft auch über Verdampfer geführt wird und
dort gekühlt
wird, so daß die
Innenraumluft nicht nur aufgeheizt, sondern auch abgekühlt werden kann.
Ferner ist es bekannt, diese Ventilation bzw. Belüftung nicht
nur mittels Außenluft
durchzuführen, sondern
auch durch Zirkulation der Innenraumluft, wenn der Innenraum von
der Zufuhr von Außenluft abgeschnitten
werden soll.
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Derartige
bekannte Vorrichtungen zum Temperieren und Belüften von Fahrzeuginnenräumen (7, 8, 9, 10, 11) sind zu einer Einheit zusammengefaßt, von
der entsprechende Belüftungskanäle ausgehen,
vor denen sich eine eben ausgebildete, schwenkbar gelagerte Temperatursteuerklappe
befindet. Die Temperatursteuerklappe ist in der Draufsicht in etwa
rechteckig langgestreckt ausgebildet und erstreckt sich über die
gesamte Innenlänge
des Gehäuses
der Vorrichtung. Längsaxial
weist die Klappe eine Achse auf, mit der die Klappe im Gehäuse schwenkbar,
insbesondere von außen
antreibbar schwenkbar gelagert ist. Die Achse ist dabei derart zu
einer Längsseite
der Klappe versetzt angeordnet, daß die Klappe einen breiten
Klappenflügel
und einen schmalen Klappenflügel
ausbildet.
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Bedingt
durch die Klappengeometrie führt eine
derartig aufgebaute ebene Klappe zu deutlichen Strömungsverlusten
hinter der Klappe und zu Strömungsgeräuschen.
Ferner können
Vibrationen durch ein Schwingen der Klappe erzeugt werden.
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Eine
Steuerklappe in einer Heiz- und Belüftungseinrichtung für den Fahrgastraum
von Fahrzeugen ist in der Druckschrift
DE 38 26 182 C1 beschrieben.
Die Steuerklappe weist zwei Hebelarme auf, die jeweils mit einem
Rohrteil versehen sind, die von den freien Enden der Steuerklappe
ausgehen und kurz vor der Drehachse gerichtet enden. Die Rohrteile weisen
Durchströmungsschächte mit
einem durchgängig
gleichen Querschnitt auf und dienen dazu, zumindest einen Teil der
Kaltluft und/oder Heißluft
in die im Bereich der Drehachse sich ausbildende Mischzone zu bringen.
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Ein
Problem besteht darin, dass in den Durchströmungsschächten mit durchgängig gleichem
Strömungsquerschnitt
ein Transport der Luft stattfindet, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb
der Schächte
und außerhalb
der Schächte sich
nicht wesentlich unterscheiden. Die Rohrteile haben nur die Funktion
einer gleichmäßigen Luftführung zum
Ort der Mischzone im Bereich der Drehachse.
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Durch
die gleichmäßige Luftführung in
beiden Strömungsschächten durch
die Rohrteile hindurch wird eine übliche Vermischung in der Mischzone
des Drehachsenbereiches durchgeführt.
Dabei liegt eine Umleitung und eine Führung der Luftströme aus dem
Kaltluftbereich und dem Heißluftbereich
in die Mischzone des Drehachsenbereiches vor.
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Auch
können
im Bereich der Steuerklappe Vibrationen entstehen, die störende Geräusche verursachen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Steuerklappe für eine Vorrichtung zum Temperieren
und Belüften
von Kraftfahrzeugen zu schaffen, welche eine bessere Durchmischung
von kalter und warmer Luft und damit eine homogenere Temperaturverteilung ermöglicht sowie
eine deutlich verminderte Geräuschentwicklung
gewährleistet
und eigene Vibrationen verhindert.
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Die
Aufgabe wird mit einer Steuerklappe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Die Steuerklappe für
eine Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen weist
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 einen zum einströmenden Kaltluftstrom gerichteten
Klappenflügel
und einen zum einströ menden
Heißluftstrom
gerichteten Klappenflügel
auf, welche um eine Achse in einem Verteilergehäuse schwenkbar gelagert sind
und Flachseiten haben, wobei einer Flachseite ein Strömungsschacht
zugeordnet ist, der von den freien Enden der Klappenflügel ausgeht
und kurz vor der Achse endet.
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Der
Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 besteht darin, dass jeweils
eine Flachseite und mehrere auf den Flachseiten angebrachte Rippenstege sowie
ein mit einem Teil der Rippenstege verbundenes, gekrümmt geformtes
Leitelement Strömungsschächte ausbilden,
die sich in Richtung zur Achse verengen und eine Düseneinrichtung
zur Beschleunigung des durch die Strömungsschächte hindurchtretenden Mediums
bilden, und der der Kaltlufteinströmung zugewandte Klappenflügel an der
freien Längskante
seiner Flachseite eine zur Gehäusewandung
gerichtete Dichtlippe aufweist.
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Die
auf den beiden Flachseiten beabstandet verteilt vorhandenen Rippenstege
können
beiden Klappenflügeln
zugeordnet sein, wobei die Rippenstege sich in Querrichtung zur
Achse erstrecken und von den beiden Flachseiten rechtwinklig gerichtet
abgehen.
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Die
Erfindung wird anhand von Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht auf eine Steuerklappe;
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2 schematisch
einen Detailquerschnitt durch die Steuerklappe im eingebauten Zustand
in einem Verteilergehäuse
einer Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen;
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3 eine
Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen, aufweisend
eine Steuerklappe;
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4 eine
Darstellung der Temperaturverteilung in einem Verteilergehäuse einer
Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen, aufweisend
eine Steuerklappe;
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5 eine
Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung in einem Verteilergehäuse einer
Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen, aufweisend
eine Steuerklappe;
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6 einen
Vergleich der Luftaustrittstemperaturen am Defrosterauslaß und am
Fußraumauslaß zwischen
dem Stand der Technik und der Erfindung (84%-Heizen-Position):
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7 die
Funktionsweise und Temperaturverteilung im Stand der Technik;
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8 eine
Vorrichtung nach dem Stand der Technik in einer schematischen perspektivischen
Ansicht von oben;
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9 eine
Vorrichtung nach 8 in einer geschnittenen Ansicht;
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10 die
Temperaturverteilung in einem Verteilergehäuse einer Vorrichtung zum Temperieren und
Belüften
von Kraftfahrzeugen gemäß dem Stand der
Technik;
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11 eine
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
der Luft in einem Verteilergehäuse
einer Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen nach
dem Stand der Technik.
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Im
folgenden werden die 1 und 2 gemeinsam
betrachtet. Die in 1 perspektivisch dargestellte
Steuerklappe 1 für
eine Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen weist einen
zum einströmenden
Kaltluftstrom 120 gerichteten Klappenflügel 3 und einen zum
einströmenden Heißluftstrom 121 gerichteten
Klappenflügel 2.
welche um eine Achse 4 in einem Verteilergehäuse 103 schwenkbar
gelagert sind und Flachseiten 10, 11 haben, wobei
einer Flachseite 10 ein Strömungsschacht 16 zugeordnet
ist, der von den freien Enden der Klappenflügel 3, 2 ausgeht
und kurz vor der Achse 9 endet, auf.
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Erfindungsgemäß bilden
jeweils eine Flachseite 11, 10 und mehrere auf
den Flachseiten 11, 10 angebrachte Rippenstege 12 sowie
ein mit einem Teil der Rippenstege 12 verbundenes, gekrümmt geformtes
Leitelement 15 Strömungsschächte 16 aus,
die sich in Richtung zur Achse 4 verengen und eine Düseneinrichtung
zur Beschleunigung des durch die Strömungsschächte 16 hindurchtretenden
Mediums bilden, und weist der der Kaltlufteinströmung zugewandte Klappenflügel 3 an
der freien Längskante 6 seiner
Flachseite 11 eine zur Gehäusewandung 30 gerichtete
Dichtlippe 31 auf.
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Die
auf den beiden Flachseiten 10, 11 beabstandet
verteilt vorhandenen Rippenstege 12 sind beiden Klappenflügeln 2,3 zugeordnet,
wobei die Rippenstege 12 sich in Querrichtung zur Achse 4 erstrecken
und von den beiden Flachseiten 10, 11 rechtwinklig
gerichtet abgehen.
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Eine
Steuerklappe 1 ist in der Draufsicht etwa rechteckig langgestreckt
ausgebildet und erstreckt sich über
die gesamte Innenlänge
des Verteilergehäuses 103.
Längsaxial
weist die Steuerklappe 1 eine Achse 4 auf, mit
der die Steuerklappe 1 in dem Verteilergehäuse 103 schwenkbar,
insbesondere von außen
antreibbar schwenkbar gelagert ist. Die Achse 4 ist bezüglich der
Quererstreckung der Steuerklappe 1 versetzt angeordnet,
so daß die
Steuerklappe 1 den schmalen Klappenflügel 2 und den breiten
Klappenflügel 3 ausbildet.
Der schmale Klappenflügel 2 ist
durch eine Längskante 5 und
Querkanten 5a begrenzt. Der breite Klappenflügel 3 ist
durch eine Längskante 6 und
durch Querkanten 6a begrenzt.
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Die
in 3 im Schnitt dargestellte Vorrichtung besitzt
zum Ansaugen und Verteilen von Luft eine im wesentlichen zylindrisch
ausgebildete Gebläseschnecke 101 mit
einem in der Gebläseschnecke angeordneten
Gebläserad
(nicht gezeigt). Die Gebläseschnecke 101 besitzt
einen Schneckengehäuseausgang 102,
der an das Verteilergehäuse 103 angeschlossen
ist. Im Bereich des Schneckengehäuseausganges 102 ist
die Gebläseschnecke 101 an das
Gehäuse 103 angeflanscht,
wobei sich im Anbindungsbereich das Gehäuse 103 erweitert
und im Querschnitt quaderförmig
ausgebildet ist. In diesem Bereich ist ein Verdampfer 104 angeordnet,
welcher wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden kann. Hinter dem
Verdampfer 104 nimmt das Verteilergehäuse 103 einen im wesentlichen
walzenförmigen Querschnitt
auf, wobei im axialen Bereich des walzenförmigen Bereichs des Verteilergehäuses 103 ein Hohlkanal 105 angeordnet
ist. Das Verteilergehäuse 103 ist
innen hohl ausgebildet, wobei der Hohlkanal 105 an den
Stirnflächen
des Verteilergehäuses 103 mündet, so
daß der
Hohlkanal 104 in dem walzenförmigen Gehäuseteil des Verteilergehäuses 103 eine Art
Nabe, jedoch mit unregelmäßiger Form
ausbildet. Zwischen dem Hohlkanal 105 bzw. seiner umlaufenden,
ihn begrenzenden Wandung und einer ebenen unteren Wandung ist ein
Wärmetauscher 107 angeordnet.
Dem Wärmetauscher 107 in
etwa gegenüberliegend
ist oberhalb des Wärmetauschers 107 an dem
Hohlkanal 105 die Steuerklappe 1 angeordnet. Die
Steuerklappe 1 erstreckt sich mit ihrem Klappenflügel 3 bis
in den Bereich des Verdampfers 104, jedoch ohne diesen
zu berühren,
wobei oberhalb des Verdampfers 104 das Verteilergehäuse 103 etwas nach
innen eingezogen ist, so daß ein
Anschlag 111 für
die Steuerklappe 1, insbesondere die äußere Längskante 6 des breiten
Klappenflügels 3 entsteht. Oberhalb
der Steuerklappe 1 ist in einem oberen Bereich des walzenförmigen Verteilergehäuses 103 ein dreigeteilter
Auslaß 113 vorhanden,
welcher sich über
die gesamte Länge
des walzenförmigen
Verteilergehäuses 103 erstreckt
und sich von diesem kaminartig wegerstreckt, wobei der Auslaß 113 einen mittleren
Auslaß zum
Abtauen einer Scheibe sowie zwei seitliche Auslässe zum Belüften des Fahrzeuginneren über Öffnungen
im Armaturenbrett aufweist.
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In
einem unteren Bereich der Vorrichtung befindet sich ein Fußraumauslaß 114 für Luft,
die in den Fußraum
strömen
soll.
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Durch
die Steuerklappe 1 wird der durch die Gebläseschnecke 101 gebildete
Luftstrom nach dem Durchtritt durch den Verdampfer 104 in
den Kaltluftstrom 120 und den Heißluftstrom 121 aufgeteilt.
Der Kaltluftstrom 120 gelangt am Anschlag 111 vorbei
in den Auslaß 113 und
in einen durch eine Trennwand im Veteilergehäuse 103 gebildeten
Fußraumkanal 117,
welcher Luft zum Fußraumauslaß 114 leitet.
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Der
Heißluftstrom 121 wird
aus dem Wärmetauscher 107 gedrückt und
an der Trennwand entlang bis oberhalb des Hohlkanals 105 und
der Steuerklappe 1 geleitet und gelangt in den Auslaß 113 und über den
Fußraumkanal 117 zum
Fußraumauslaß 114.
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Weiterhin
kann dem Wärmetauscher 107 gegebenenfalls,
z.B. in Fahrzeugen mit direkt einspritzenden Dieselmotoren, ein
elektrischer Zuheizer 123 nachgeordnet sein, welcher insbesondere
in der Warmlaufphase des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges für eine ausreichende
Anwärmung
der Luft des Heißluftstroms 121 sorgt.
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Die
Steuerklappe 1 weist, wie in 1 gezeigt
ist, die erste Flachseite 10 und die zweite Flachseite 11 auf.
Auf einer der Flachseiten 10 oder 11, zweckmäßigerweise
der Flachseite 10, welche dem Kaltluftstrom zugewandt ist,
sind bezüglich
der Längserstreckung
der Steuerklappe 1 über
diese verteilt mehrere Rippenstege 12 angeordnet, welche sich
in Querrichtung der Steuerklappe 1 von der Längskante 5 bis
nahezu zur Längskante 6 erstrecken
und von der Flachseite 10 rechtwinklig abgehen. Die Rippenstege 12 weisen
jeweils eine freie Begrenzungskante 13 auf. An den freien
Begrenzungskanten 13, zumindest teilbereichsweise, vorzugsweise
im Bereich des breiten Klappenflügels 3 überdeckend,
ist das Leitelement 15 angeordnet, welches sich vorzugsweise über die
gesamte Längserstreckung
der Steuerklappe 1 erstreckt und beabstandet zur Flachseite 10 angeordnet
ist, so daß durch
jeweils zwei Rippenstege 12, einen Teilbereich des breiten
Klappenflügels 6 und
einen Teilbereich des Leitelements 15 ein Strömungsschacht 16 gebildet
ist. Das Leitelement 15 ist durch Querkanten 17 und
eine erste Längskante 18 sowie
eine zweite Längskante 19 begrenzt.
Vorzugsweise ist das Leitelement 15 derart gekrümmt geformt,
daß die
Strömungsschächte 16 sich
in Strömungsrichtung
des durchströmenden
Fluids, wie in 3,4 gezeigt ist,
verengen, so daß das
Fluid beim Durchtritt durch die Strömungsschächte 16 beschleunigt
wird. Somit ist eine Düseneinrichtung
geschaffen, welche im Kaltluftstrom 120 der Vorrichtung
zum Temperieren und Belüften
eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, welche gewährleistet, daß ein Teilstrom
des Kaltluftstromes 120 durch die Strömungsschächte 16 beschleunigt
wird. In der Vorrichtung wird der Teilstrom des Kaltluftstroms 120 beschleunigt
in den Heißluftstrom 121 verbracht,
so daß sich
somit bereits unterhalb des Mischbereiches 118 eine verbesserte
Vermischung des Heißluftstroms
mit dem Kaltluftstrom ergibt.
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Das
in 2 gezeigte Verteilergehäuse 103 ist im Bereich
des Anschlages 111 derart modifiziert, daß eine Gehäusewandung 30 dichtend
oder nahezu dichtend mit der ersten Längskante 18 des Leitelements 15 zusammenwirkt,
wenn die Steuerklappe 1 in ihrer oberen Anschlagstellung
im Bereich des Anschlages 111 liegt. Dies hat den Vorteil,
daß im
Falle einer nur geringen Auslenkung der Steuerklappe 1 aus
der oberen Anschlagstellung bis zu einem gewissen Maß der gesamte
Kaltluftstrom 120 durch die Strömungsschächte 16 geleitet wird,
so daß für eine Klappenstellung
in der Nähe
der Stellung "1001
Heizen" der gesamte
Kaltluftstrom 120 durch die düsenartigen Strömungsschächte 16 geleitet
wird und somit eine verbesserte Vermischung mit der Heißluft erfolgt.
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Die
Gehäusewandung 30 bildet
an deren unteren Ende einen Anschlag 111 aus, gegen den
in einer "100% Heizen"-Stellung die Steuerklappe 1 mit der
entlang der Längskante 6 angebrachten
Dichtlippe 31 anliegt und so abdichtet.
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Die
Gehäusewandung 30 kann
mit einem anderen Krümmungsradius
als Wandung 30' ausgebildet
sein, wobei die Lage des Anschlages 111' derart gewählt ist, daß die Dichtlippe 31 mit
diesem noch abdichten kann.
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Ebenso
ist die freie erste Längskante 18 dann
auf den geänderten
Verlauf der Wandung 30' angepaßt, so daß ein dichtender
Abschluß des
Leitelements 15 mit der Wandung 30' erfolgt.
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Ein
Vergleich der 4 und 10 zeigt
die unterschiedliche Temperaturverteilung in dem Verteilergehäuse 103,
wobei deutlich erkennbar ist, daß der Kaltluftstrom 120,
welcher in 10 direkt in den Auslaß 113 gelangt,
durch die Steuerklappe 1, wie in 4 gezeigt
ist, gerichtet in den Heißluftstrom 121 geleitet
wird und bereits vor dem Mischbereich 118 eine Durchmischung
der Luftmengen stattfindet.
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Ein
Vergleich der 5 und der 11 als Stand
der Technik ergibt, daß die
Kaltluft in den Strömungsschächten 16 stark
beschleunigt wird und daß oberhalb
der Steuerklappe 1 ein Wirbel 40 ausgebildet ist,
der für
eine zusätzliche
Verwirbelung im Mischbereich 118 sorgt.
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Aus
dem Diagramm gemäß 6 geht
hervor, daß bei
einer 84%-Stellung
der Steuerklappe 1, z.B. "84% Heizen", der Temperaturunterschied zwischen
den Defrosterdüsen
und den Fußaustrittsdüsen von
25 K gemäß dem Stand
der Technik auf 14 K reduziert werden konnte.
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Weiterhin
ist vorteilhaft, daß die
Steuerklappe 1 durch die Rippenstege 12 und das
Leitelement 15 eine Versteifung erfährt, die zusätzlich dafür sorgt, daß die Steuerklappe 1 im
Vertei lergehäuse 103 weniger
zum Klappern neigt und somit Geräusche
vermindert sind.
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- 1
- Steuerklappe
- 2
- Schmaler
Klappenflügel
- 3
- Breiter
Klappenflügel
- 4
- Achse
- 5
- Längskante
- 5a
- Querkanten
- 6
- Längskante
- 6a
- Querkanten
- 10
- erste
Flachseite
- 11
- zweite
Flachseite
- 12
- Rippenstege
- 13
- Freie
Begrenzungskante
- 15
- Leitelement
- 16
- Strömungsschächte
- 17
- Querkanten
- 18
- Erste
Längskante
- 19
- Zweite
Längskante
- 30
- Gehäusewandung
- 30'
- Wandung
- 31
- Dichtlippe
- 40
- Wirbel
- 101
- Gebläseschnecke
- 102
- Schneckengehäuseausgang
- 103
- Verteilergehäuse
- 104
- Verdampfer
- 105
- Hohlkanal
- 107
- Wärmetauscher
- 111
- Anschlag
- 111'
- Anschlag
- 113
- Auslaß
- 114
- Fußraumauslaß
- 117
- Fußraumkanal
- 118
- Mischbereich
- 120
- Kaltluftstrom
- 121
- Heißluftstrom
- 123
- Zuheizer