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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Aerothermie, insbesondere angewendet auf
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge.
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Sie zielt insbesondere auf eine Mehrfach-Klappenanordnung oder ein Vielklappenregister ab,
welche bzw. welches es ermöglicht, den Durchsatz einer Luftströmung abhängig von der
Position der Klappen der Anordnung bzw. des Registers zu verändern.
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In an und für sich bekannter Weise verfügen solche Anordnungen über eine Vielzahl von über
eine einzelne Steuerung synchronisierten Klappen, wie dies beispielhaft beschrieben ist in der
WO-A-96/16827.
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In den meisten Fällen sind die schwenkbaren Klappen bezüglich ihrer mittleren
Symmetrieachse angelenkt und werden gleichzeitig insgesamt in derselben Richtung mittels eines
Mechanismus, wie ein Pleuel oder Gestänge, angetrieben.
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Die Verwendung solch einer Anordnung bzw. eines Registers bringt die Einführung einer
Lateralkomponente in der Luftströmung mit sich, welche somit nach oben oder nach unten
versetzt vorliegen wird mit Bezug auf das Chassis oder Gehäuse, welches die Klappen trägt,
wobei eine Homogenität der Strömung lediglich erreicht wird, wenn eine volle
Öffnungsstellung gegeben ist.
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In dieser Weise wird man für jegliche Zwischenpositionen zwischen der Verschlußstellung
und der Vollöffnungsstellung eine unzureichende Luftüberstreichung von z. B. der Oberfläche
eines Wärmetauschers oder einer Mischkammer, die sich flußabwärtsliegend der
Mehrklappenanordnung befindet, antreffen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mehrfachklappen-Anordnungsstruktur
vorzuschlagen, die es ermöglicht, diese Nachteile abzuschwächen, indem für beliebige
zwischengelagerte Positionen der Anordnung oder des Registers eine flußabwärtsliegende
Strömung bereitgestellt ist, die im wesentlichen keine Lateralkomponente enthält und somit
wesentlich wirkungsvoller in Bezug auf die Konzeption des Klimasystems ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Register ist an und für sich
bekannt, wie beispielhaft beschrieben in dem Dokument GB 1 296 921, wobei eine
Mehrfachklappenanordnung einen Rahmen umfaßt, der eine Vielzahl an schwenkbaren Klappen
trägt, die drehbar um untereinander parallele Achsen montiert sind, wobei diese Rotation
durch einen gemeinsamen Antriebsmechanismus in solch einer Weise gesteuert wird, daß die
Position der Klappen verändert werden kann zwischen einer Maximal-Durchsatzposition, in
welcher die Klappen eine minimale Neigung aufweisen mit Bezug auf die Richtung der die
Anordnung durchquerenden Luftströmung, und einer Null- oder Minimal-Durchsatzposition,
in welcher die Klappen eine maximale Neigung mit Bezug auf die genannte Richtung zeigen,
wobei der Antriebsmechanismus das Verschwenken der Klappen der Anordnung in solch
einer Weise veranlaßt, daß die Klappen jeweils um ein entsprechendes Winkelausmaß, jedoch
in entgegengesetzter Richtung von einer Klappe zur nächsten, verschwenkt werden.
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Erfindungsgemäß trägt der freie Rand von Klappen der Anordnung in dem Berührungsbereich
mit der benachbarten Klappe ein verformbares Dichtheits- und Anlageteil, welches an seinem
freien Ende über eine abgerundete Überdicke in Wulstform verfügt.
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Gemäß einer gewissen Anzahl an optionalen vorteilhaften Merkmalen:
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- kann die Anzahl der Klappen gerade sein;
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- bei einer bevorzugten Ausführungsform können in der Null-Durchsatzposition die
jeweiligen freien Ränder von benachbarten Klappen miteinander in Berührung treten;
wobei in diesem Fall der freie Rand von Klappen vorteilhafterweise in dem
Berührungsbereich mit der benachbarten Klappe ein verformbares Dichtheits- und
Anlageteil umfaßt, insbesondere ein an der Klappe angespritztes Teil, wobei dieses Teil
insbesondere an dem freien Ende davon über eine abgerundete wulstförmige Überdicke
verfügt;
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- die Ober- und/oder Unterseiten von Klappen können Rauhigkeiten bzw. Unebenheiten
aufweisen, die aerodynamische Geräusche reduzieren, vorgesehen, um lokal die
Luftströmung durch Anhaftungseffekt der Grenzschicht zu verändern.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ferner deutlich beim Lesen der
detaillierten folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, welche auf die
beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, in welchen gilt:
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht von unterschiedlichen Elementen
eines Kraftfahrzeugklimasystems.
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Fig. 2 und 3 zeigen die Positionen der Klappen der Anordnung, jeweils in maximal
geöffneter Position bzw. in Verschlußposition.
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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Klappe.
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Fig. 5 zeigt die Art und Weise, in welcher die Verschlußdichtheit der Klappen
der Anordnung bzw. des Registers erhalten wird.
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Fig. 6 zeigt eine Variante des Dichtheitsteils mit einer Doppellippe,
verwendbar mit einer Struktur gemäß Fig. 5.
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Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Registers bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Fig. 8 ist eine analoge Darstellung zu Fig. 3 für diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 9 und 10 sind Schnittansichten einer Klappe einer erfindungsgemäßen
Anordnung, welche Mittel zur Abschwächung der aerodynamischen
Geräusche trägt.
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Fig. 11, 12 und 13 sind Aufsichten von Klappen der Fig. 9 und 10, jeweils gesehen entlang
den Linien XI-XI, XII-XII bzw. XIII-XIII.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein Klimasystem 10 für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen
Heizkörper 12, gegebenenfalls einen Widerstand bzw. Elektroheizgerät 14, insbesondere ein CTP-
Widerstandselement, gegebenenfalls einen Verdampfer 16 eines Kühlsystems und zwei
Mehrfachklappenanordnungen 18, 20, die es ermöglichen, die Luftströmungen im unteren Bereich
(warme Luft) und im oberen Bereich (kalte Luft oder gekühlte Luft) zu dosieren.
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Jede dieser Anordnungen bzw. jedes dieser Register 18, 20 verfügt über eine ähnliche
Struktur mit einer Vielzahl von angelenkten Klappen 22, die schwenkbar um ihre Längs-
Mittelachse ausgebildet sind. Wie man es insbesondere in den Fig. 2 und 3 erkennen kann,
erfolgt die Rotation dieser Klappen in für die Erfindung kennzeichnender Weise symmetrisch
von einer Klappe zur nächsten, das heißt, daß für eine Klappe, die sich im Uhrzeigersinn
dreht, sich die benachbarte Klappe in umgekehrter Richtung drehen wird.
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Die unterschiedlichen Klappen sind an einem Rahmen montiert, der über
Zwischenwandungen oder Streben 24, 26 verfügt, die zur Versteifung dienen (um die Struktur der
Gesamtanordnung zu versteifen) und andererseits ein dichtendes Verschließen der Anordnung
ermöglichen: In der Tat gelangen in der geschlossenen Position (Fig. 3) die freien Ränder von
jeder Klappe in Anlage gegen die Wandungen 24 oder 26 (oder gegen den Rand des Rahmens
28 für die Endklappen), wobei dieser Kontakt bzw. diese Berührung dichtend gestaltet ist in
einer Weise, wie sie im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 dargelegt werden
wird.
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Der Vorteil dieser Konfiguration ist daran zu sehen, daß die Luftströmung austrittsseitig der
Anordnung keine Lateralkomponente mehr enthält, wie dies dargestellt wurde durch die
Pfeile 30 und 32, und dies unabhängig von der Position der Anordnung bzw. des Registers.
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Das Fehlen einer Lateralkomponente, in Abhängigkeit der Position der Klappen der
Anordnung, ermöglicht es im unteren Abschnitt, insbesondere die Entfernung oder den Abstand
zwischen der unteren Anordnung 20 und dem Heizkörper 12 zu reduzieren, da dieser mit
einer besonders homogenen und senkrechten Luftströmung bei maximal möglicher Abmessung
des Heizkörpers beaufschlagt wird.
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Diese Annäherung ermöglicht es, die gesamte Anordnung des Klimasystems heizkörperseitig
kompakter zu gestalten, trotz der eventuellen Präsenz eines elektrischen
Widerstandselementes 14.
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Was die Anordnung 18 bzw. das Register 18 im oberen Teil betrifft, so wird die kalte
Luftströmung, von dem Verdampfer 16 kommend (oder einfach von der Frischluftansaugung), die
Anordnung 18 senkrecht bei maximaler Abmessung durchqueren bis hin zu der Mischkammer
36, wo die Kaltluftströmung mit der Warmluftströmung vermengt wird, die von dem
Heizkörper 12 über den Kanal 38 herrührt, wobei die so gemischte Luft zu dem Innenraum
über ein Störgitter 40 verteilt werden wird.
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Die spezielle Struktur der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglicht es, daß die jeweiligen
Kaltluft- und Warmluftströme sich praktisch senkrecht treffen (Pfeile 30, 32 einerseits und 42
andererseits in Fig. 1). Die Vermischung ist so in optimaler und regelmäßiger Weise
dargestellt, und zwar unabhängig von der spezifischen Position der Klappen des Registers oder der
Anordnung 18, die nicht die Strömungsrichtung der Kaltluftströmung stören.
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Fig. 4 zeigt die Struktur einer Klappe, die in der Form eines einstückig geformten oder
gegossenen bzw. spritzgegossenen Teiles ausgebildet sein kann, aus metallischem Werkstoff oder
Kunststoff, umfassend ein Stirnrad oder Ritzel 44, welches ein Antreiben des Blattes oder
Flügels 46 ermöglicht, welches bzw. welcher um einen Lagerzapfen 48 schwenkt. Das
Stirnrad 44 ist mit dem Flügel 46 über eine steife Achse 50 verbunden. Der Eingriff von
Stirnrädern 44 ermöglicht einen einfachen Antrieb in umgekehrter Richtung von einer Klappe
bezüglich der sich anschließenden. Eines der Stirnräder der Anordnung oder des Registers wird
angetrieben in an und für sich klassischer Weise mittels eines Systems mit Pleuel bzw.
Gestänge, mit Nocken, mit Mikromotor etc., um die Position der Klappen der Anordnung auf die
gewünschte Klimatisierungstemperatur anzupassen.
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In Fig. 5 ist in nicht beanspruchter Weise dargestellt, wie die Dichtheit beim Verschließen des
Registers bzw. der Anordnung erhalten werden kann. In der geschlossenen Konfiguration
gelangt jeder freie Rand 52 der Klappe 22 in Berührung mit der Strebe 24, 26, die zum
Zwecke einer zufriedenstellenden Dichtheit mit einem weichen Dichtungs- und Anlageteil 54
versehen ist, z. B. angespritzt, umfassend einen sich verjüngenden Abschnitt 56, gegen welchen
der freie Rand 52 der Klappe in Anlage gelangt (und symmetrisch diesbezüglich der freie
Rand der benachbarten Klappe). Alternativ, und wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, kann man
ein angeformtes oder angespritztes Teil 54 vorsehen, welches zwei distinkte Lippen 58, 58
umfaßt, jeweils bestimmt, um in Berührung zu treten mit den freien Rändern von zwei
benachbarten Klappen.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die Anordnung
nicht über Streben 24, 26 verfügt, so daß der lichte Querschnitt für die Luft erhöht werden
kann und gleichzeitig der Luftwiderstand verringert werden kann, der gebildet wird von der
Anordnung oder dem Register in der vollständig oder teilweise geöffneten Position.
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Um ein dichtes Verschließen sicherstellen zu können, sind die freien Enden oder Ränder 52
von jeder Klappe 22 mit einem Teil bzw. einer Dichtung 60 versehen, z. B. angeformt oder
angespritzt, wobei das Sperren oder Verschließen dadurch realisiert wird, daß einander
gegenüberstehende Teile oder Dichtungen 60 in Berührung treten, wie man dies in Fig. 8
erkennen kann, die die Anordnung in der vollständig geschlossenen Position darstellt. Die
äußersten freien Enden oder Ränder gelangen in Berührung mit den Seiten 28, 28 des Rahmens der
Anordnung bzw. des Registers.
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Die angespritzte Dichtung 60 verfügt vorteilhafterweise und wie in den Figuren dargestellt
über eine an dem distalen Ende stark abgerundete Form, ähnlich zu einem Wulst oder einem
Tropfen, wodurch es ermöglicht wird, aerodynamische Pfeifgeräusche abzuschwächen, die
bedingt sind durch Veränderungen des Regelluftdurchsatzquerschnittes.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann man vorsehen, an den
Klappen Mittel vorzusehen zum Zwecke der Reduzierung des Geräusches, welches bedingt ist
durch die Ablösung der Luftschicht an den Flügeln bzw. Blättern der Klappen.
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In der Tat wird sich in aerodynamischer Sichtweise der Flügel bzw. das Blatt von jeder
Klappe darstellen wie eine geneigte Fläche mit einem variablen Winkel mit Bezug auf die
Luftströmung, wobei diese Winkelveränderung eine Veränderung des Durchsatzes veranlaßt von
typischerweise 0 bis 300 kg/h.
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Man kann feststellen, daß bei einer Neigung in der Größenordnung von 50º etwa ein
Strömungsgeräusch auftritt. Dieses Phänomen ist bedingt durch die Ablösung der Grenzschicht
der oberen bzw. Anströmseite des geneigten Blattes bzw. Flügels; beidseitig der sich
ablösenden Grenzschicht bildet sich eine Druckdifferenz aus, die dieses Geräusch erzeugt.
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In für die Erfindung kennzeichnender Weise kann die Ober- und/oder Unterseite bzw. die
Anström- und/oder Abströmseite 64, 66 versehen sein an der Oberfläche der Klappe mit
einem Hindernis, dessen Rolle darin besteht, eine zusätzliche Anhaftung der Grenzschicht
bezüglich der Oberfläche des Flügels bzw. Blattes der Klappe zu erzeugen, und dies zum
Zwecke der Reduktion von daraus resultierendem aerodynamischen Geräusch.
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Diese Hindernisse können unterschiedliche Formen annehmen, wie in den Fig. 9 bis 13
dargestellt.
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Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform, die in den Fig. 9 und 11 dargestellt ist, geht es
darum, an dem gesamten mittleren Teil des Flügels bzw. Blattes der Klappe oder an einem
Teil davon (an dem Teil, der sich zwischen den zwei Dichtungsteilen 60 befindet) eine
Quadrillage bzw. Verrippung 64 vorzusehen, z. B. resultierend aus dem Gießen oder Spritzgießen,
und zwar an der einen oder den beiden Flächen 62 und 64.
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Alternativ und wie in den Fig. 10, 12 und 13 dargestellt, kann man die Hindernisse auch in
der Form von isolierten Reliefstrukturen 68 oder 70 ausbilden, die an einer oder mehreren
Linien angeordnet sein können, oder entsprechend einer komplexeren Konfiguration oder in
zufälliger Weise, und zwar ebenfalls an der einen oder beiden der Flächen 62, 64 des Flügels
oder Blattes der Klappe.