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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein eine Luftklappenanordnung, insbesondere für den Einsatz
in Luftführungskanälen einer
Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von
zum Beschränken
des freien Querschnitts eines Luftführungskanals verschwenkbaren
Luftklappen.
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Durch den vermehrten Einsatz von
Klimaanlagen in Klein- und Mittelklassefahrzeugen und durch die
daraus resultierende Bauraumeinschränkung besteht die Notwendigkeit,
Klimaanlagen in ihrer räumlichen
Ausdehnungen zu reduzieren. Darüber
hinaus besteht grundsätzlich
das Verlangen den Geräuschpegel
derart zu minimieren, daß eine
Beeinträchtigung
im Fahrzeuginnenraum vermieden wird. Anders ausgedrückt soll
bei reduzierter Anlagengröße der Klimakomfort
beibehalten bzw. verbessert werden und die Geräuschemission verringert werden.
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Der Einsatz der oben genannten Anlagen setzt
voraus, Einrichtungen zum Steuern und Regeln der Luftströmungen bereitzustellen. Üblicherweise finden
für diese
Aufgaben Luftklappen mit entsprechend an den Luftführungskanal
angepaßten
Geometrien Anwendung. Diese sind meist verschwenkbar um eine Achse
gelagert und können
in den Luftführungskanal
eingeschwenkt werden, um Luftströmungen
abzuschirmen bzw. bestimmte Luftströmungen von anderen abzuschirmen.
Der Einsatz von Luftklappen weißt
dabei insbesondere den Nachteil auf, daß die bauräumliche Erstreckung in axialer Richtung
den Bauraumanforderungen diametral entgegenstehen. Darüber hinaus
wird bei zwischengelagerten Positionierungen der Luftklappe eine
nicht unerhebliche Lateralkomponente in die Luftströmung eingeleitet,
die wiederum zu einer nachteiligen Geräuschentwicklung führen kann.
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Aus der
DE 199 27 265 ist eine Absperrvorrichtung
für eine
Leitung mit einem kreisförmigen Schnitt
bekannt. In einem Ausführungsbeispiel
wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von La mellen in radialer Richtung
fächerartig
zu entfalten und dadurch den lichten Querschnitt der Leitung schrittweise
zu beschränken.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird
ferner vorgeschlagen, eine Leitung mit vier axial verschwenkbaren
Flügelklappen
zu beschränken, wobei
jeweils zwei der Klappen diametral zueinander angeordnet sind. Die
Flügelklappen
können
zwischen einer parallelen Stellung zum Luftstrom und einer senkrechten
Stellung zum Luftstrom stufenlos verschwenkt werden und dadurch
die Leitung vom Luftstrom stufenlos abschirmen. Nachteilig ist hierbei insbesondere,
daß die
vorgeschlagenen Lösungen lediglich
für kreisförmige Querschnitte
Anwendung finden können.
Darüber
hinaus entstehen in zwischengelagerten Positionen, aufgrund der
anfallenden Druckverluste und der auftretenden Turbulenzen, erhebliche
Geräuschentwicklungen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Luftklappenanordnung praktisch für beliebige Geometrien bereitzustellen,
unter Vermeidung oder zumindest unter Reduzierung der oben genannten
Nachteile.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst,
wobei zweckmäßige Weiterbildungen
durch die Merkmale der abhängigen
Ansprüche
beschrieben sind.
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Die vorliegende Erfindung schlägt eine
Luftklappenanordnung, insbesondere für den Einsatz in Luftfuhrungskanälen einer
Heiz-, Belüftungs- und/oder
Klimaanlagen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von zum Beschränken des
freien Querschnitts eines Luftführungskanals
verschwenkbaren Luftklappen vor, wobei die Luftklappenschwenkachsen über zumindest
einen Teil des peripheren Bereichs des zu beschränkenden freien Querschnitts gleichmäßig verteilt
angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit effizient praktisch beliebige
Geometrien sperren und freigeben zu können, wie z. B. eine kreisförmige oder
halbkreisförmige
Geometrie, wobei die Luftklappenschwenkachsen insbesondere in demjenigen
fortlaufenden Teil des peripheren Bereichs angeordnet sind, der
mit bisherigen Lösungen
praktisch nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zu handhaben war.
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Darüber hinaus benötigen die
peripher angeordneten Luftklappen nur Bauraum in eine axiale Erstreckungsrichtung
des Luftführungskanals,
so daß weitere
Anwendungsfelder als bei bisher üblichen Luftklappen
offen stehen. Beispielsweise könnte
eine erfindungsgemäße Luft klappenanordnung
direkt im Anschluß an
eine Luftbehandlungseinrichtung angeordnet werden, ohne daß Bauraum
in beide Erstreckungsrichtungen des Luftführungskanals aufgrund der Schwenkradien
benötigt
wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß beim Öffnen des Luftführungskanals
bezüglich
der Luftströmung
keine Luftklappe gegen die Luftströmung verschwenkt werden muß und für jede einzelne
Luftklappe nur eine geringe Betätigungskraft
zum Verschwenken notwendig ist.
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Die hier vorgeschlagene Luftklappenanordnung
weist somit erhebliche Vorteile im Vergleich zu konventionellen
Luftklappen in Bezug auf die Luftführung, die Geräuschemission
und die Bauraumanforderungen auf.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Verteilung
der Luftklappen und somit der Luftklappenschwenkachsen gleichmäßig über den
Teil des peripheren Bereichs. Durch diese Ausgestaltung können jeweils identische
Einzelplatten verwendet werden. Bei einer beispielhaften Anwendung
zum Versperren eines halbkreisförmigen
Luftführungskanals
würden
z. B. mehrere dreiecksförmige
Luftklappen zum Einsatz kommen, wobei die Schwenkachsen an der Basis des
Dreiecks vorliegen würden
und die Scheitelspitzen, die diesen Basen gegenüberliegen in der Summe einen
Winkel von 180° ausbilden
würden.
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Bei einer insbesondere bevorzugten
Ausführungsform
sind die Luftklappenschwenkachsen über den gesamten peripheren
Bereich verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt. Bei einer beispielhaften Anwendung,
bei der z. B. ein kreisförmiger
Querschnitt zu versperren und freizugeben ist, könnten wiederum dreieckförmige Luftklappen
zum Einsatz kommen.
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Durch eine solche Anordnung der Luftklappen
besteht die Möglichkeit,
die Luftklappen derart symmetrisch zu betätigen, daß zwar der lichte Querschnitt
verkleinert wird, jedoch dabei die Querschnittform bzw. die Umrißgeometrie
des Luftführungskanals
nicht verändert
wird. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Laminarität der im
Luftführungskanal
geführten
Luftströmung
aus, da dadurch nur eine vernachlässigbare Lateralkomponente
in die Luftströmung
eingeführt
wird bzw. die durch die Umlenkung der Luftströmung verursachten Turbulenzen
minimal sind. Die Luftströmung
wird ähnlich
dem Prinzip einer Düse
zwar beschleunigt, jedoch wird dabei die vorteilhafte Laminarität der Luftströmung beibehalten,
Verwirbelungen würden
zu nachteiligen Geräuschemissionen
führen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
bilden die Schwenkachsen der Luftklappen zumindest einen Teilbereich
eines Vielecks in einer Raumebene aus, wobei das Vieleck von einem Umriß eines
Luftführungskanals,
in das die Luftklappenanordnung einbringbar ist, umschrieben wird. Durch
die Anordnung der Luftklappen in einer Raumebene und dadurch daß die Schwenkachsen
vom Umriß des
Luftführungskanals
umschrieben werden, ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit,
einen Luftführungskanal
mit beliebiger Geometrie bezüglich
des Luftstroms zu beschränken.
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Eine derartige Anordnung der Luftklappenachsen
hätte zusätzlich den
Vorteil, daß sich
die Luftklappen beim Beschränken
des Luftführungskanals durch
das gegenseitige in Eingriff stehen selbst stabilisieren könnten.
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Weiterhin ist von Vorteil, wenn an
der Luftklappenanordnung ein Anschlag vorgesehen ist, an der die
Luftklappen in einer geschlossenen Position anliegen, wobei der
Anschlag vorzugsweise eine Mehrzahl von Stützverstrebungen, die in einen
Konus münden,
umfaßt.
Durch einen Anschlag, an dem die Luftklappen in der geschlossenen
Position anliegen, kann gewährleistet
werden, daß auch
bei hohen Staudrücken
die Luftklappen in Verschlußposition vorliegen
und der Luftführungskanal
optimal abgeschirmt ist. Darüber
hinaus wird durch die strömungsoptimierte
Ausgestaltung der Stützverstrebungen und
des Konus die Laminarität
der Luftströmung
unterstützt.
Selbstverständlich
sind auch anstelle der Konusform andere Geometrien wie z. B. sphärisch möglich, wie
auch die Anordnung des Gebläsemotors
an diesem Ort.
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Ferner ist von Vorteil, wenn an den
Luftklappen und/oder an den Stützverstrebungen
flexible Dichtlippen vorgesehen sind. Die Dichtlippen gewährleisten
in einer geschlossenen Position der Luftklappen, daß auch bei
größeren Staudrücken der Luftführungskanal
vollständig
von der Luftströmung abgeschirmt
wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Luftklappenanordnung ein Gehäuse auf, in dessen Wandung
mehrere Durchbrüche
vorgesehen sind, wobei durch die Gehäusewandung der Luftklappenanordnung
wenigstens eine weitere Luftströmung
verläuft.
In Heiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlagen besteht die Notwendigkeit, verschiedene Luftströme, die meist
mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vorliegen, nach Möglichkeit
homogen zu vermengen, ohne dabei in erhöhtem Maße nachteilige Turbulenzen
in die Luftströmung
einzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Durchbrüche
ringförmig
an der Gehäusewandung
angeordnet, durch die eine zweite Luftströmung verläuft. Durch eine derartige Anordnung
der Durchbrüche
ergibt sich die Möglichkeit
die zweite Luftströmung symmetrisch
mit der ersten Luftströmung
zu vermengen. Darüber
hinaus können
selbstverständlich
noch weitere Luftströmungen
durch die Durchbrüche
in einen Luftführungskanal
geführt
werden, wobei verschiedenen Durchbrüchen unterschiedliche Luftströmungen zugeordnet
werden können.
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Vorteilhafterweise ist einem Durchbruch
jeweils eine Luftklappe zugeordnet, wobei die Durchbrüche jeweils
gleiche Umrisse aufweisen, wie die zugeordneten Luftklappen. Die
Luftklappen können zwischen
einer am Anschlag anliegenden Position und einer an den Durchbrüchen anliegenden
Position vice versa verschwenkt werden, wobei in der am Anschlag
anliegenden Position der durch die Durchbrüche geleitete Luftstrom maximal
ist. Umgekehrt ist der durch die Durchbrüche geführte Luftstrom minimal, wenn
die Luftklappen an den Durchbrüchen
anliegen. Durch die Deckungsgleichheit der Umrisse der Luftklappen
und der Durchbrüche
kann auf einfache Weise die entsprechende Dichtheit bezüglich der Luftströmung gewährleistet
werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
sind jeweils zwei benachbarte Luftklappen mit einem flexiblen Lappen
verbunden, die in einer Position der Luftklappen den Bereich zwischen
diesen gegen eine Luftströmung
abschirmen. In der Position, in der der freie Querschnitt des Luftführungskanals
in geöffneter
Position vorliegt, schirmen die Luftklappen mit den in dieser Position
aufgespannten flexiblen Lappen den Luftführungskanal von der zweiten
bzw. von den weiteren Luftströmungen
ab. Dadurch kann auf eine entsprechende Ausgestaltung der Gehäusewandung
mit entsprechend an die Luftklappen angepaßten Durchbrüchen verzichtet
werden. Optimalerweise kann die Luftklappenanordnung ohne eine mit Durchbrüchen versehene
Gehäusewandung
direkt in eine Strömungsgabelung
bzw. Luftführungskanalgabelung
montiert werden. Denkbar wäre
dadurch auch, in der Gehäusewandung
einen ringfömigen Durchbruch
vorzusehen, durch die eine weitere Luftströmung geführt werden kann.
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Ferner kann es von Vorteil sein,
daß die Schwenkachsen
der Luftklappen gemeinsam eine im wesentlichen kontinuierliche Linie
ausbilden, die nicht parallele Abschnitte umfaßt. Optimaleinfacherweise entspricht
die von den Schwenkachsen der Luftklappen ausgebildete im wesentlichen
kontinuierliche Linie praktisch einen Teil der geometrischen Form
des Luftführungskanals,
in die die Luftklappenanordnung einbringbar ist, insbesondere der
des Umrisses des Luftführungskanals.
Weiterhin ist es von Vorteil, daß der Verlauf der kontinuierlichen
Linie von zumindest einen Teil des Umriß des Luftführungskanals eingeschrieben
wird. Dadurch kann auf einfache Weise eine Geometrie bereitgestellt
werden, die den gesamten lichten Querschnitt des Luftführungskanals
bezüglich
der Luftströmung
abschirmen kann.
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Ferner kann es von Vorteil sein,
daß die
Luftklappen im wesentlichen synchron betätigt werden, insbesondere dann,
wenn nur eine weitere Luftströmung
durch die Durchbrüche
geführt
wird. Die Betätigung
der Luftklappen kann beispielsweise durch eine Boudenzugeinrichtung
ausgeführt
werden. Denkbar wäre
auch, eine Staudruckregelung mittels den Luftklappen jeweils zugeordneten
Federelementen auszubilden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Luftklappenschwenkachsen zumindest teilweise als Filmscharniere
dargestellt. Die Verwendung von Filmscharnieren ist herstellungstechnisch
dahingehend vorteilhaft, daß es
z. B. möglich
ist, sämtliche Luftklappen
mit einem peripheren Dicht- und Anlenkungsbereich einstückig herzustellen.
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Um eine möglichst einfache Betätigung der Luftklappen
gewährleisten
zu können,
ist es bevorzugt, daß die
Luftklappen miteinander gekoppelt sind, insbesondere einer Nockenspuranordnung,
wobei jedoch auch andere Kopplungsmechanismen, die zeitgleich auch
als Betätigungseinrichtung
dienen können,
denkbar sind, wie z. B. ein entlang der Klappenschwenkachsen geführter Bowden-Zug
oder dergleichen.
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Die Luftklappenanordnung kann insbesondere
auch eine Frischluft-/Umluftsteuerung darstellen, wenn entsprechende
Durchbrüche
in der Kanalwandung ausgebildet sind. Die spezifische Anwendung
als Frischluft-/Umluftsteuerung ist dahingehend vorteilhaft, daß für beide
Luftströme
eine große Durchströmfläche zur
Verfügung
steht, nämlich
einmal der lichte Querschnitt und andererseits eine periphere Luftzuführ, die
durch rundherum angeordnete Durchtritte bereitgestellt wird. Ein
weiterer Vorteil kann darin bestehen, daß anders als bei bisher bestehenden
Frischluft-Umluft-Konzepten beide Luftströmungen in einem sogenannten
Mischmodus praktisch parallel geführt werden können, so
daß die Gefahr
einer Rückströmung reduziert
ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlicher beim Lesen der folgenden, lediglich
beispielhaften und nicht einschränkend
angeführten
Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
erfolgt. Darin zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer derzeit bevorzugten
Luftklappenanordnung;
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2 einen
Ausschnitt der Luftklappenanordnung aus 1;
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3 einen
Querschnitt der Luftklappenanordnung aus 1 und 2.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer derzeit
bevorzugten Ausführungsform
einer Luftklappenanordnung 1 für den Einsatz in einem in 1 nicht dargestellten Luftführungskanal
mit einem kreisförmigen
Querschnitt.
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Durch die Luftklappenanordnung 1 verläuft ein
erster Luftstrom 2 und ein zweiter Luftstrom 3,
die in einem Mischbereich 4 zusammengeführt werden. Der erste Luftstrom 2 wird
in axialer Richtung in die Luftklappenanordnung 1 eingeleitet
und der zweite Luftstrom 3 wird im wesentlichen in radialer
Richtung eingeleitet.
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Die Luftklappenanordnung 1 weist
eine Mehrzahl von Luftklappen 5 auf, die zwischen einer parallelen
Stellung zum ersten Luftstrom 2 und einer im wesentlichen
senkrechten Stellung zum ersten Luftstrom 2, in der diese
den Luftführungskanal
bezüglich
des ersten Luftstroms 2 sperren, verschwenkbar gelagert
sind. Durch eine entsprechende Positionierung der Luftklappen 5 kann
der Anteil des ersten Luftstroms 2 und der des zweiten
Luftstroms 3 variiert werden. Die in 1 dargestellte Positionierung der Luftklappen 5 schirmt
den nachfolgenden Bereich des Luftführungskanals bezüglich des
ersten Luftstroms 2 ab, so daß der Luftführungskanal ausschließlich durch
den zweiten Luftstrom 3 beschickt wird. Die Luftklappen 5 weisen
an ihren Schwenkachsen einen kugelförmigen Nocken 6 auf, der
jeweils in einer zugeordneten Nockenspur 7 geführt wird.
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Die Nockenspuren 7 sind
in einem Betätigungsring 8 zusammengefaßt. Dieser
ist drehbar gelagert und wird durch einen in 1 nicht dargestellten Boudenzug angesteuert.
Die Nockenspuren 7 weisen in axialer Richtung einen linearen
ansteigenden bzw. abfallenden Verlauf auf, dadurch werden die Nocken 6 durch
verdrehen des Betätigungsrings 8 nach
oben oder unten verschoben und somit das jeweilige Luftsteuerelement 5 nach
oben bzw. nach unten verschwenkt. Die Luftklappen 5 werden
synchron betätigt
und weisen alle denselben Schwenkwinkel auf und verändern den
Luftstrom 2 isometrisch. Das heißt, daß der Luftstrom 2 beim
Eintritt in die Luftklappenanordnung 1 im wesentlichen
die gleiche Form aufweist, wie beim Austritt aus der Luftklappenanordnung 1,
da beim Verschwenken der Luftklappen 5 zwar der lichte
Querschnitt verändert
wird, die geometrische Form des Querschnitts wird dabei aber praktisch
beibehalten.
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Weiterhin ist ein Anschlag vorgesehen,
der durch mehrere zum Mittelpunkt verlaufende Stützverstrebungen 10 ausgebildet
ist, die in einem mittig angeordneten Konus 11 münden. In
der in 1 dargestellten
Position der Luftklappen 5 überlappen die Stützverstrebungen 10 teilweise
zwei benachbarte Luftklappen 5 und unterstützen somit
die Sperrfunktion der Luftklappen 5 bezüglich des ersten Luftstroms 2.
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2 zeigt
einen Ausschnitt der Luftklappenanordnung 1 aus 1 in einer für den zweiten Luftstrom 3 geschlossener
und für
den ersten Luftstrom 2 geöffneter Positionierung der
Luftklappen 5.
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Die Luftklappen 5 sind in
einer parallelen Positionierung zum ersten Luftstrom 2,
verschließen
in dieser Position die ihnen jeweils zugeordneten Durchbrüche 9 und
schirmen dadurch den zweiten Luftstrom 3 vom Luftführungskanal
ab.
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3 zeigt
einen Querschnitt der Luftklappenanordnung 1 aus 1 und 2. In 3 besonders
gut zu sehen ist, wie durch Drehen des Betätigungsringes 8 die
Luftklappen 5 verschwenkt werden können und der freie Querschnitt
der Luftklappenanordnung 1 dadurch verändert wird.
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Durch entsprechendes Verschwenken
der Luftklappen 5 ist der Anteil des Ersten 2 und
des zweiten Luftstroms 3 einstellbar. Optimalerweise wird der
sich an die Luftklappenanordnung 1 anschließende Mischluftstrom,
im Vergleich zu den eingebrachten Luftströmungen 2, 3 zwar
beschleunigt, ähnlich dem
Prinzip einer Düse,
jedoch werden dadurch keine nachteiligen Querkomponenten in den
Mischluftstrom eingebracht.
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Zusammenfassend ist festzustellen,
daß das erfindungsgemäße Konzept
darauf beruht, die Luftströmungen
umzulenken und dabei das Strömungsprofil
in der geometrischen Form beizubehalten. Dies wird durch eine Luftklappenanordnung
erreicht, die ähnlich
dem Prinzip einer Düse
zwar den freien Querschnitt verändern
kann, jedoch über
den gesamten Regelbereich die Form des Querschnitts praktisch beibehält.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
vorangehend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
vollständig
beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene
Veränderungsmöglichkeiten
im Rahmen der beiliegenden Ansprüche
möglich
sind, ohne von dem erfindungsgemäßen Konzept
und dem beanspruchten Schutz abzuweichen. Beispielsweise können zur
Betätigung der
Luftklappen ebenso Federelemente, die bei einem definierten Staudruck
die Luftsteuerelemente 5 öffnen, verwendet werden. Weiterhin
soll erkannt werden, daß durch
einfache Veränderung
der Luftklappengeometrie nahezu jeder beliebige Luftführungskanal
mit der hier offenbarten Luftklappenanordnung ausgestattet werden
kann.