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Die Erfindung betrifft eine Steuerklappe für eine Vorrichtung
zum Temperieren und Belüften von Kraftfahrzeugen nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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 üblicherweise 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 (Fig. 8, 9) sind üblicherweise zu einer
Einheit zusammengefaßt, von der entsprechende Belüftungskanäle
ausgehen. Eine solche Vorrichtung (Fig. 8, 9) 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
ein Luftverteilergehäuse 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 nimmt das Gehäuse 103 einen im wesentlichen
walzenförmigen Querschnitt auf, wobei im axialen Bereich des
walzenförmigen Bereichs des Gehäuses 103 ein Hohlkanal 105
angeordnet ist. Das Gehäuse 103 ist innen hohl ausgebildet, wobei der
Hohlkanal 105 an den Stirnflächen des Gehäuses 103 mündet, so
daß der Hohlkanal in dem walzenförmigen Gehäuseteil des Gehäuses
103 eine Art Nabe, jedoch mit unregelmäßiger Form ausbildet.
Zwischen dem Hohlkanal 105 bzw. seiner umlaufenden, ihn
begrenzenden Wandung und einer ebenen unteren Wandung 106 ist ein
Wärmetauscher 107 angeordnet. Dem Wärmetauscher 107 in etwa
gegenüberliegend ist oberhalb des Wärmetauschers 107 an dem
Hohlkanal 105 eine Temperatursteuerklappe 108 angeordnet. Die
Temperatursteuerklappe 108 ist in der Draufsicht in etwa
rechteckig langgestreckt ausgebildet und erstreckt sich über die
gesamte Innenlänge des Gehäuses 103. Längsaxial weist die Klappe
108 eine Achse 109 auf, mit der die Klappe 108 im Gehäuse 103
schwenkbar, insbesondere von außen antreibbar schwenkbar
gelagert ist. Die Achse 109 ist dabei derart zu einer Längsseite 110der Klappe 108 versetzt angeordnet, daß die Klappe 108 einen
breiten Klappenflügel 108a und einen schmalen Klappenflügel 108b
ausbildet. Die Klappe erstreckt sich mit ihrem Bereich 108a bis
in den Bereich des Verdampfers 104, jedoch ohne diesen zu
berühren, wobei oberhalb des Verdampfers 104 das Gehäuse 103 etwas
nach innen eingezogen ist, so daß ein Anschlag 111 für die
Klappe 108, insbesondere eine äußere Längskante 112 des Klappenteils
108 entsteht. Oberhalb der Klappe 108 ist in einem oberen
Bereich des walzenförmigen Gehäuses 103 ein dreigeteilter Auslaß
113 vorhanden, welcher sich über die gesamte Länge des
walzenförmigen Gehäuses 103 erstreckt und sich von diesem kaminartig
wegerstreckt, wobei der Auslaß 113 einen mittleren Auslaß 113a
zum Abtauen einer Scheibe sowie zwei seitliche Auslässe 113b zum
Belüften des Fahrzeuginneren über Öffnungen im Armaturenbrett
aufweist.
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In einem unteren Bereich der Vorrichtung befindet sich ein
Auslaß 114 für Luft, die in den Fußraum strömen soll.
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Durch die Steuerklappe 118 wird der durch die Gebläseschnecke
101 gebildete Luftstrom nach dem Durchtritt durch den Verdampfer
104 in einen ersten Teilluftstrom 120 und einen zweiten
Teilluftstrom 121 aufgeteilt. Der erste Teilluftstrom 120 gelangt am
Anschlag 111 vorbei in den Auslaß 113 und in einen durch eine
Trennwand 122 im Gehäuse 103 gebildeten Kanal 117, welcher Luft
zum Fußraumauslaß 114 leitet.
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Der zweite Teilluftstrom wird durch den Abwärmetauscher 107
gedrückt und an der Trennwandung 122 entlang bis oberhalb des
Hohlkanals 105 und der Klappe 108 geleitet und gelangt in den
Auslaß 113 und über den Fußraumkanal 117 zum Auslaß 114.
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Weiterhin kann dem Abwärmetauscher 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 Teilluftstroms 121
sorgt.
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Ferner besitzt das Gehäuse 103 zwischen dem Verdampfer 104 und
dem Motorabwärmetauscher 107 eine Einziehung 115, die sich im
Querschnitt nasenartig als längs verlaufende Leiste in das
Innere des Gehäuses 103 erstreckt, wobei ein Anschlag 116 für die
Längskante 112 der Klappe 108 gebildet wird. Im folgenden wird
die Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung nach dem Stand
der Technik kurz erläutert. Liegt die Klappe 108 mit der
Längskante 112 am Anschlag 111 an, wird die gesamte Luft, die durch
den Verdampfer 104 geführt wurde, durch einen durch die Klappe
108 und den Hohlkanal 105 im Inneren und die Wandung des
Gehäuses 103 im Äußeren begrenzten Luftkanal gedrückt und gelangt
einen bogenförmigen Strömungsweg beschreibend zu den Auslässen
113 und 114, welche in diesem Fall ausschließlich mit Warmluft
beaufschlagt werden.
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Liegt die Längskante 112 der Klappe 108 am Anschlag 116 an, wird
keinerlei Luft durch den Motorabwärmetauscher 107 gedrückt und
in die Auslässe 113, 114 gelangt lediglich kühle Luft. Befindet
sich die Kante 112 der Klappe 108 zwischen den Anschlägen 111,
116, wird Luft sowohl durch den Motorabwärmetauscher 107
gedrückt als auch oberhalb des Kanals 105 direkt als Kaltluft in
den Kanal 113 gedrückt. Hierbei ist von Nachteil, daß die
Warmluft und die Kaltluft im Mischbereich 118 parallel zueinander
fließen und sich kaum vermischen, so daß überproportional viel
Warmluft in den Kanal 117, der zum Ausgang 114 für den
Fußbereich führt, geleitet wird, und die Kaltluft, kaum mit Warmluft
vermischt, in den Bereich des Auslasses 113 gelangt. Dies führt
dazu, daß der Fußbereich üblicherweise zu stark aufgeheizt wird,
während beispielsweise die Windschutzscheibe nicht ausreichend
defrostet wird und ein vom Fahrer oder Insassen als unangenehm
empfundener inhomogener Temperaturaufbau im Fahrzeuginneren
herrscht. Dieser Vorgang ist auch in Fig. 7 dargestellt, wo die
Luftklappe lediglich beispielhaft dargestellt ist und im
Mischbereich der kalte Luftstrom und der warme Luftstrom lediglich
parallel aneinander vorbeigeführt werden, ohne sich zu mischen
(Fig. 7).
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Ein weiterer großer Nachteil wird durch die Klappengeometrie
bedingt, denn eine derartig aufgebaute ebene Klappe führt zu
deutlichen Strömungsverlusten hinter der Klappe und zu
Strömungsgeräuschen. Ferner können Vibrationen durch ein Schwingen
der Klappe erzeugt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerklappe für eine
Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von
Kraftfahrzeuginnenräumen zu schaffen, welche eine bessere Durchmischung von kalter
und warmer Luft und damit eine homogenere Temperaturverteilung
ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Steuerklappe zu
schaffen, welche eine deutlich verminderte Geräuschentwicklung
gewährleistet und Vibrationen der Klappe verhindert.
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Die Aufgaben werden mit einer Steuerklappe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird anhand einer
Zeichnung im folgenden näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäße
Steuerklappe;
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Fig. 2 schematisch einen Detailquerschnitt durch eine
erfindungsgemäße Steuerklappe im eingebauten Zustand in
einem Verteilergehäuse einer Belüftungsvorrichtung;
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Fig. 3 eine Vorrichtung zum Temperieren und Belüften von
Kraftfahrzeugen aufweisend eine erfindungsgemäße
Steuerklappe;
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Fig. 4 eine Darstellung der Temperaturverteilung in einem
Luftverteilergehäuse einer Vorrichtung zum Belüften
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Fig. 5 eine Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung in
einem Luftverteilergehäuse einer Vorrichtung zum
Belüften von Kraftfahrzeugen aufweisend eine
erfindungsgemäße Steuerklappe;
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Fig. 6 einen Vergleich der Luftaustrittstemperaturen am
Defrosterauslaß und am Fußraumauslaß zwischen dem Stand
der Technik und der Erfindung;
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Fig. 7 die Funktionsweise und Temperaturverteilung im Stand
der Technik;
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Fig. 8 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik in einer
schematischen perspektivischen Ansicht von oben;
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Fig. 9 eine Vorrichtung nach Fig. 8 in einer geschnittenen
Ansicht;
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Fig. 10 die Temperaturverteilung in einem Luftverteilergehäuse
einer Vorrichtung zum Belüften von Kraftfahrzeugen
gemäß dem Stand der Technik;
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Fig. 11 eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung der Luft in
einem Verteilergehäuse einer Vorrichtung zum Belüften
von Kraftfahrzeugen nach dem Stand der Technik;
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Fig. 12 eine Farbdarstellung der Fig. 4;
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Fig. 13 eine Farbdarstellung der Fig. 5;
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Fig. 14 eine Farbdarstellung der Fig. 10;
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Fig. 15 eine Farbdarstellung der Fig. 11.
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Eine erfindungsgemäße Steuerklappe 1 ist in der Draufsicht etwa
rechteckig langgestreckt ausgebildet und erstreckt sich über die
gesamte Innenlänge des Gehäuses 103. Längsaxial weist die Klappe
1 eine Achse 4 auf, mit der die Klappe 1 in einem Gehäuse 103
schwenkbar, insbesondere von außen antreibbar schwenkbar
gelagert ist. Die Achse 4 ist bezüglich der Quererstreckung der
Klappe 1 versetzt angeordnet, so daß die Klappe 1 einen schmalen
Klappenflügel 2 und einen breiten Klappenflügel 3 aufweist. 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. Die
erfindungsgemäße Steuerklappe 1 ist beispielsweise, wie oben beschrieben,
in einer Vorrichtung zum Belüften eines Kraftfahrzeuges
angeordnet.
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Die Steuerklappe 1 weist eine erste Flachseite 10 und eine
zweite Flachseite 11 auf. Auf einer der Flachseiten 10 oder 11,
zweckmäßigerweise der Flachseite 10, welche dem Kaltluftstrom
120 zugewandt ist, sind bezüglich der Längserstreckung der
Klappe 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 Schenkelstege 12 weisen
jeweils eine freie Begrenzungskante 13 auf. An den freien Kanten
13, zumindest teilbereichsweise, vorzugsweise im Bereich des
breiten Klappenflügels 3 diesen überdeckend, ist ein Leitelement
15 angeordnet, welches sich vorzugsweise über die gesamte
Längserstreckung der Klappe 1 erstreckt und beabstandet zur
Flachseite 10 angeordnet ist, so daß durch jeweils zwei Schenkelstege
12, einen Teilbereich des breiten Klappenflügels 3 und einen
Teilbereich des Leitelements 15 ein Durchströmschacht 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 beispielsweise
gekrümmt geformt, daß die Durchströmschächte 16 sich in
Strömungsrichtung des durchströmenden Fluids verengen, so daß das Fluid
beim Durchtritt durch die Strömungsschächte 16 beschleunigt
wird. Somit ist eine Düseneinrichtung geschaffen, welche im
Kaltluftstrom der Vorrichtung zur Belüftung eines
Kraftfahrzeuges angeordnet ist und gewährleistet, daß ein Teilstrom des
Kaltluftstromes durch die Schächte 16 beschleunigt wird. In
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird dieser
Kaltluftteilstrom beschleunigt in den Warmluftteilstrom 121 verbracht, so
daß sich somit bereits unterhalb des Mischbereiches 118 eine
verbesserte Vermischung des Warmluftteilstroms mit dem
Kaltluftteilstrom ergibt.
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Erfindungsgemäß ist das Gehäuse 103 im Bereich des Anschlages
111 derart modifiziert, daß eine Teilwandung 30 dichtend oder
nahezu dichtend mit der Längsbegrenzungskante 18 des
Leitelements 15 zusammenwirkt, wenn die Klappe 1 in ihrer oberen
Anschlagstellung im Bereich des Anschlages 111 liegt. Dies hat den
Vorteil, daß im Falle einer nur geringen Auslenkung der Klappe
1 aus der oberen Anschlagstellung bis zu einem gewissen Maß der
gesamte Kaltluftstrom durch die Schächte 16 geleitet wird, so
daß für eine Klappenstellung in der Nähe der Stellung "100%
Heizen" der gesamte Kaltluftstrom durch die Düsenschächte 16
geleitet wird und somit eine verbesserte Vermischung mit der
Warmluft erfolgt.
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Die Wandung 30 bildet an deren unteren Ende einen Anschlag 111
aus, gegen den in einer "100% Heizen"-Stellung die Klappe 1 mit
einer beispielsweise entlang der Kante 6 angebrachten Dichtlippe
31 anliegt und so abdichtet.
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Die Wandung 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 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 Fig. 4 und 10 zeigt die unterschiedliche
Temperaturverteilung in dem Gehäuse 103, wobei deutlich
erkennbar ist, daß ein Kaltluftstrom 120, welcher in Fig. 10 direkt in
den Auslaß 113 gelangt, durch die Steuerklappe 1 (vgl. Fig. 4)
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 Fig. 5 und 11 ergibt, daß die Kaltluft in
den Schächten 16 stark beschleunigt wird und daß oberhalb der
Klappe ein Wirbel 40 ausgebildet ist, der für eine zusätzliche
Verwirbelung im Mischbereich 118 sorgt.
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Aus dem Diagramm gemäß Fig. 6 geht hervor, daß bei einer 84%-
Stellung der Klappe, z. B. "84% Heizen", der
Temperaturunterschied zwischen den Defrosterdüsen und den Fußaustrittsdüsen von
25 K gemäß dem Stand der Technik auf 14 K gemäß der Erfindung
reduziert werden konnte.
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Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Steuerklappe gemäß der
Erfindung durch die Stege 12 und das Leitelement 15 eine Versteifung
erfährt, die zusätzlich dafür sorgt, daß die Klappe im Gehäuse
weniger zum Klappern neigt und somit nachteilige Geräusche
vermindert sind.