DE102004003196A1

DE102004003196A1 - Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102004003196A1
Application number: DE102004003196A
Authority: DE
Inventors: Klaus Arold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-18
Also published as: US20050202773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Luftkanal (1) und einem einen Strömungsquerschnitt des Luftkanals durchsetzenden Gitter (2), wobei stromauf des Gitters ein Strömungshindernis angeordnet ist. Um insbesondere bei geringem zur Verfügung stehendem Bauraum die Strömung im Strömungsquerschnitt mit möglichst geringem Druckverlust zu vergleichmäßigen, ist das Gitter (2) ungleichmäßig mit Öffnungen (2.1, 2.3) durchsetzt, so dass es in einem Sperrbereich (1.3) des Lüftungsquerschnitts eine große Versperrung und in einem Durchlassbereich (1.4) des Lüftungsquerschnitts eine geringe Versperrung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Belüftungseinrichtung ist in der EP 672 551 B1 offenbart. Diese Belüftungseinrichtung weist einen Luftkanal auf, der im Bereich seiner Auslassöffnung durch ein Gitter begrenzt ist, welches den Strömungsquerschnitt vollständig abdeckt. Um den Ausströmquerschnitt des Luftkanals einerseits mit diffus ausströmenden und andererseits mit strahlartig direkt anströmenden Zonen zu versehen, weist das Abschlussgitter in den jeweiligen Zone gleichgestaltete und gleichmäßig verteilte, düsenartige Öffnungen auf, welche sich in Durchströmungsrichtung entweder diffusorartig erweitern oder strahldüsenartig verengen. Diffusoröffnungen und Strahlöffnungen weisen dabei ungefähr gleichbemaßte Durchmesser und Abstände auf. Zur Regulierung von Luftmenge und Verteilung auf zwei Auslassbereiche ist eine Luftklappe vorgesehen. Um eine gleichmäßige Durchströmung des Gitters zu erreichen, sind Luftklappe und Gitter weit voneinander beabstandet und vor dem Gitter eine Einlage aus Vliesmaterial angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Belüftungseinrichtung mit einem Luftkanal zu schaffen , der insbesondere bei geringem zur Verfügung stehenden Bauraum über den Strömungsquerschnitt gleichmäßig verteilte Strömungsgeschwindigkeiten aufweist. Dabei soll insbesondere der Strömungswiderstand gering gehalten werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Belüftungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Belüftungseinrichtung weist ein dem Strömungsquerschnitt des Luftkanals durchsetzendes Gitter auf, das stromab in unmittelbarer Nähe eines Strömungshindernisses, insbesondere im Strömungsnachlauf des Hindernisses angeordnet ist und über seine Fläche ungleichmäßig mit Öffnungen durchsetzt ist. Die ungleichmäßige Durchsetzung mit Öffnungen bewirkt, dass das Gitter in seiner Fläche Bereiche mit verschieden großen Versperrungen aufweist. Die unterschiedliche Anordnung und/oder Ausbildung der Öffnungen des Gitters ist an eine ebenso ungleichmäßige Ausbildung der Stege des Gitters gebunden. Die dadurch hervorgerufenen unterschiedlichen Strömungsquerschnitte in der Fläche des Gitters bewirken die unterschiedlichen Versperrungsgrade.

Das erfindungsgemäße Gitter ist gleicht die durch ein stromauf angeordnetes Strömungshindernis hervorgerufene Ungleichmäßigkeit der Strömung aus. Die Strömungsunterschiede zeigen sich in untergleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen, bzw. ungleichmäßigen Verteilungen des absoluten Drucks im Strömungsquerschnitt. Die Öffnungen des Gitters sind so vorgesehen, dass sie einen, eine große Versperrung aufweisenden Sperrbereich und einen, eine geringe Versperrung aufweisenden Durchlassbereich ausbilden. Der Ausgleich der Strömungs- bzw. Druckunterschiede im Strömungsquerschnitt wird durch besagte ungleichmäßige Durchsetzung mit Öffnungen des Gitters erreicht, wobei die konstruktive Anordnung von Durchlass- und Sperrbereich auf karakteristische Strömungsausbildungen in der Nachlaufströmung des Strömungshindernisses abgestimmt ist. Dabei ist der die hohe Versperrung auf weisende Sperrbereich Zonen hohen absoluten Drucks und der geringe Versperrungen aufweisende Durchlassbereich Zonen niedrigen absoluten Drucks des Strömungsquerschnitts zugewiesen. Dadurch wird im Strömungsquerschnitt stromab des Gitters eine Vergleichmäßigung der Strömung im Querschnitt des Luftkanals erreicht.

Durch die Anordnung des Gitters im Nahbereich des Strömungshindernisses ist ein Strömungsausgleich bei geringem Bauraumbedarf möglich. Durch die gezielte Ausbildung von Durchlass- und Sperrbereich sind im Gegensatz zum Stand der Technik keine weiteren Vergleichmäßigungsmaßnahmen, wie beispielsweise eine Vlieseinlage vor dem Gitter und eine große Lauflänge zwischen Strömungshindernis und Gitter notwendig. Dadurch ist eine Vergleichmäßigung der Strömung mit einem sehr geringen Strömungswiderstand und geringerem Bauraumbedarf als beim Stand der Technik erreicht. Weiterhin ist insbesondere durch die Anordnung des Gitters im Nahbereich des Strömungshindernisses die Abstimmung der Anordnung von Durchlass- und Sperrbereich auf die Nachlaufströmung des Strömungshindernisses möglich.

Um bei einer besonderen Ausführungsform der Belüftungseinrichtung unterschiedliche Versperrungen der Fläche des Gitters bei gleich großen Öffnungen zu erreichen, welche beispielsweise in einer besonderen Querschnittsform und Größe für das Geräuschbild besonders vorteilhaft sind, sind die Öffnungen des Gitters unterschiedlich voneinander beabstandet und bilden dadurch Stege verschiedener Breite und somit Durchlass- und Sperrbereiche aus.

Um bei einer besonderen Ausführungsform der Belüftungseinrichtung die Versperrungsgrade insbesonder mit wenig Druckverlust anpassen zu können, sind im Gitter Öffnungen unter schiedlicher Querschnittsflächen und Querschnittsformen ausgebildet. Dabei kann der Versperrungsgrad des Gitters durch Variation der Größe der Querschnittsfläche der Öffnungen selbst oder auch bei gleichen Größen der Querschnittsflächen über Variation der Form der Öffnung, wie beispielsweise der Längen-/Breitenverhältnisse der Öffnungen abgestimmt werden. Durch eine entsprechende Abstimmung des Gitters kann das Geräuschbild der Belüftungseinrichtung verbessert werden.

Eine besondere Ausgestaltung der Belüftungseinrichtung ist mit einem Gitter ausgestattet, welches innerhalb des Sperrbereichs, bzw. des Durchlassbereichs unterschiedliche Versperrungsgrade aufweist. Im Gitter sind dabei innerhalb der o. g. Bereiche unterschiedlich beabstandete und/oder ausgebildete Öffnungen vorgesehen. Dabei können sich die Öffnungen bzw. der Versperrungsgrad, beispielsweise entlang einer Längenerstreckung in der Fläche des Gitters, kontinuierlich bzw. stetig verändern, so dass ein weicher Übergang zwischen Sperrbereich und Durchlassbereich möglich ist, wobei die Änderung des Versperrungsgrades entlang der Länge wegen der Gitteröffnungen nur diskret veränderlich, also quasistetig ist. Im Extremfall kann sich jedoch eine oder mehrere beispielsweise schlitzförmige Öffnung mit entlang ihrer länglichen Erstreckung unterschiedlicher Breite vom Durchlassbereich, in welchem sie eine große Breite aufweist, bis zum Sperrbereich, in welchem Sie eine geringe Breite aufweist, erstrecken. Dabei ist eine Vielzahl von formlichen Varianten mit gleicher Funktion denkbar.

Eine besondere Ausführungsform der Belüftungseinrichtung weist stromauf des Gitters eine Umlenkung des Luftkanals entlang einer Kurve auf, welche in diesem Fall als Strömungshindernis wirksam ist. Dabei sind dem kurvenäußeren Querschnittsbereich des Luftkanals bzw. dem geometrisch zugeord neten Flächenbereich des Gitters der Sperrbereich und dem kurveninneren Querschnittsbereich der Durchlassbereich zugeordnet. Dadurch wird die Geschwindigkeits- bzw. Drucküberhöhung entlang der kurvenäußeren umlenkenden Wand und im davor angeordneten Strömungsquerschnitt und die im Kurveninneren liegende Niederdruckzone ausgeglichen. Stromab des Gitters erfolgt eine gleichmäßige Durchströmung des Strömungsquerschnitts des Luftkanals.

Bei einer Ausführungsform der Belüftungseinrichtung befindet sich stromauf des Gitters ein Störkörper im Strömungsquerschnitt des Luftkanals. Dabei ist zum Ausgleich des absoluten Drucks im Strömungsquerschnitt dem Strömungsschatten des Störkörpers der Durchlassbereich des Gitters und den Druchtrittsquerschnitten neben dem Störkörper die Sperrquerschnitte zugeordnet. Stromab des Gitters erfolgt eine gleichmäßige Strömung des Strömungsquerschnitts des Luftkanals.

Bei einer besonderen Ausbildung der Belüftungseinrichtung handelt es sich bei dem Störkörper um eine Absperrklappe. Dabei ist einem Öffnungsschlitz der Absperrklappe ein Sperrbereich und einer Schwenkachse der Absperrklappe ein Durchlassbereich zugeordnet. Durch die Zuordnungen von Sperrbereich und Durchlassbereich werden der Strömungsschatten der Absperrklappe im Bereich der Schwenkachse und die strahlartigen Strömungsgeschwindigkeitsüberhöhungen an den Öffnungsschlitzen ausgeglichen. Dabei kann das Gitter durch konstruktive Anordnung und Ausbildung der Öffnungen auch auf einen besonderen, evtl. besonders kritischen Betriebspunkt oder Öffnungswinkel der Klappe ausgelegt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Belüftungseinrichtung dargestellt. Dabei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung der Belüftungseinrichtung entlang der länglichen Erstreckung des Luftkanals und
2 eine Schnittdarstellung der Belüftungseinrichtung quer zur länglichen Erstreckung des Luftkanals.
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Belüftungseinrichtung mit einem Luftkanal 1 der quer zu seiner länglichen Erstreckung durch sein Gehäuse 1.1 begrenzt ist. Der Luftkanal 1 ist entlang des dargestellten Pfeils durchströmt. Der weitere Verlauf des Luftkanals stromauf ist in der Zeichnung nicht weiter dargestellt. Stromab ist der Luftkanal 1 durch die Endöffnung 1.2 begrenzt. Stromauf der Endöffnung 1.2 ist quer zur Durchströmungsrichtung ein sich über die gesamte Querschnittsfläche des Luftkanals erstreckendes Gitter 2 angeordnet. Durch die von der Endöffnung distanzierte Anordnung liegt das Gitter beispielsweise zusätzlich durch Luftleitlamellen verdeckt, außerhalb des direkten Sichtbereichs am Luftaustritt. Das Gitter 2 weist Öffnungen 2.1 bzw. 2.3 und Gitterstege 2.2 bzw. 2.4 auf. Die benachbart zu der in der Schnittdarstellung geschnittenen Kanalwand angeordneten Öffnungen 2.1 weisen einen geringeren Öffnungsquerschnitt als die entfernt von beiden geschnittenen Kanalwänden angeordneten Öffnungen auf. Ebenso weisen die nahe der geschnittenen Kanalwände angeordneten Stege 2.2 des Gitters 2 in der Fläche des Gitters eine größere Breite als die entfernt von beiden geschnittenen Kanalwänden angeordneten Stege 2.4 auf. Durch diese verschieden große Ausführung der Öffnungen 2.1 bzw. 2.3 und die verschieden breit ausgeführten Stege 2.2 bzw. 2.4 ist im oberen und unteren Nahbereich der geschnittenen Kanalwand 1.1 ein Sperrbereich 1.3 und im von beiden ge schnittenen Wandbereichen entfernten Mittelbereich des Strömungsquerschnitts ein Durchlassbereich 1.4 gestaltet.
Stromauf des Gitters 2 ist im Kanal eine Absperrklappe 3 angeordnet. Die Absperrklappe 3 ist als zweischenklige Klappe mit einer mittig angeordneten Schwenkachse 3.1 ausgebildet. Zur Regulierung des Luftstroms im Luftkanal 1 ist die Absperrklappe 3 um ihre mittige Schwenkachse 3.1 schwenkbar und kann von einer Schließstellung, in der sie an beiden in der Schnittdarstellung geschnittenen Kanalwänden des Gehäuses 1.1 anliegt, bis zu einer Öffnungsstellung, in der sie weitestgehend entlang der länglichen Erstreckung des Luftkanals 1 ausgerichtet ist, bewegt werden.
In 1 ist die Absperrklappe 3 in einer zwischen den beiden Endstellungen, Schließstellung einerseits und Öffnungsstellung andererseits, befindlichen Teilöffnungsstellung dargestellt. Dabei ist zwischen der Schließkante der Absperrklappe 3 und dem in der Schnittdarstellung geschnittenen Wandbereiche des Gehäuses 1.1 beidseitig je ein Öffnungsschlitz 3.2 freigegeben. Durch den gegen den vollen Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 kleinen Strömungsquerschnitt der Öffnungsschlitze 3.2 erfolgt eine starke Geschwindigkeitsüberhöhung mit einer strahlartigen Strömungsausbildung entlang der in der Darstellung geschnittenen Gehäusewände des Gehäuses 1.1. Im mittleren Querschnittsbereich des Strömungsquerschnitts des Luftkanals 1 ergibt sich durch die Abdeckung der Absperrklappe 3 im Bereich der Schwenkachse 3.1 ein totwasserartiger Strömungsschatten. Durch die Geschwindigkeitsüberhöhung entlang der Wand ergibt sich im Nahbereich der Wand unmittelbar stromab der Absperrklappe 3 eine starke Überhöhung des dortigen absoluten Drucks gegenüber dem absoluten Druck im mittleren Bereich des Strömungsquerschnittes hinter der Schwenkachse 3.1. Das unmittelbar hinter der Absperrklappe 3 angeordnete Gitter 2 bewirkt durch die starke Versperrung des Sperrbereichs 1.3 beziehungsweise den dortigen großen Strömungswiderstand, welcher dem wandnahen Bereich und damit dem Strömungsnachlauf des Öffnungsschlitzes 3.2 zugeordnet ist, und weiterhin durch den geringen Strömungswiderstand des Durchlassbereichs 1.4, welcher der Schwenkachse 3.1 beziehungsweise dem Strömungsnachlauf des Absperrklappenkörpers zugeordnet ist, eine Vergleichmäßigung der Strömung, also gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten über den Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 stromab des Gitters 2, insbesondere im Querschnitt der Endöffnung 1.2. Die direkte konstruktive Zuordnung des Sperrbereichs 1.3 zur Zone hohen absoluten Drucks und die des Durchlassbereichs 1.4 zur Zone niedrigen absoluten Drucks ermöglicht eine Strömungsvergleichmäßigung mit sehr geringem Bauraumbedarf und niedrigem Druckabfall.
2 zeigt eine Schnittdarstellung quer zur länglichen Erstreckung des Luftkanals 1 entlang der Schnittlinie II-II in 1. Der Luftkanal 1 weist ein Gehäuse 1.1 mit annähernd rechteckigem, in den Ecken abgerundetem Querschnitt auf. Im Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 ist das Gitter 2 über die gesamte Querschnittsfläche angeordnet und bindet umlaufend an den Wandbereichen des Gehäuses 1.1 an. In der Fläche des Gitters 2 sind verschieden große Öffnungen, wie beispielsweise 2.1 bzw. 2.3, vorgesehen. Die Öffnungen weisen unterschiedliche Abstände und unterschiedliche Querschnittsflächen auf. Im in Einbaulage oberen und unteren wandnahen Bereich des Gitters 2 sind kleinere Öffnungen 2.1 und in der Fläche breitere Stege 2.2 vorgesehen. Im von diesen beiden Wandungen beabstandeten mittleren Querschnittsbereich entlang der Schwenkachse 3.1 der hinter dem Gitter angeordneten Absperrklappe 3 sind Öffnungen größeren Querschnitts 2.3 und Stege 2.4 mit in der Fläche des Gitters 2 geringerer Breite vorgesehen. Zwischen den Reihen von Öffnungen 2.1 kleinen Querschnitts und Öffnungen 2.3 großen Querschnitts sind Reihen von Öffnungen mittleren Querschnitts angeordnet. Diese bilden einen Übergangsbereich zwischen dem durch die kleinen Öffnungen 2.1 und breiten Stege 2.2 gebildeten Sperrbereich 3.1 und dem durch die großen Öffnungen 2.3 und schmalen Stege 2.4 gebildeten Durchlassbereich 1.4. Die Öffnungen des Gitters 2 sind rechteckig und geradkantig dargestellt, können zur Verbesserung des Geräuschbildes vorteilhafterweise mit abgerundeter Querschnittskontur und mit verrundeten Kanten ausgeführt sein.

Claims

Belüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Luftkanal und einer den Luftkanal stromab begrenzenden Ausströmöffnung, sowie einem einen Strömungsquerschnitt des Luftkanals durchsetzenden Gitter, wobei stromauf des Gitters ein Strömungshindernis angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (2) zum Ausgleich der durch das Strömungshindernis (3) hervorgerufenen Druckunterschiede im Strömungsquerschnitt ungleichmäßig mit Öffnungen (2.1, 2.3) durchsetzt ist, so dass es in einem Sperrbereich (1.3) des Lüftungsquerschnitts eine große Versperrung und in einem Durchlassbereich (1.4) des Lüftungsquerschnitts eine geringe Versperrung aufweist.
Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zur Bildung unterschiedlich großer Versperrungen in der Fläche des Gitters (2) unterschiedlich beabstandet sind.
Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen zur Bildung unterschiedlich großer Versperrungen in der Fläche des Gitters (2) unterschied liche Querschnittsflächen und/oder Querschnittsformen aufweisen.
Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (2) innerhalb des Sperrbereichs (1.3) und/oder Durchlassbereichs (1.4) unterschiedliche Versperrungsgrade aufweist und sich insbesondere entlang mindestens einer Längenerstreckung in der Fläche des Gitters (2) stetig verändert.
Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Gitters (2) eine Umlenkung des Kanals entlang einer Kurve vorgesehen ist, die als Strömungshindernis wirksam ist und im Gitter dem kurvenäußeren Querschnittsbereich der Sperrbereich (1.3) und dem kurveninneren Querschnittsbereich der Durchlassbereich (1.4) zugeordnet sind.
Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Gitters (2) ein Störkörper im Luftkanal (1) angeordnet ist, wobei der Durchlassbereich (1.4) dem Strömungsschatten des Störkörpers zugeordnet ist.
Belüftungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Störkörper um eine Absperrklappe (3) handelt, wobei einem Öffnungsschlitz (3.2) der Absperrklappe ein Sperrbereich (1.3) und einer Schwenkachse (3.1) der Absperrklappe (3) der Durchlassbereich (1.4) zugeordnet ist.