DE102004052074A1

DE102004052074A1 - Luftklappe mit Gegengewicht

Info

Publication number: DE102004052074A1
Application number: DE200410052074
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-04-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rückschlag-Luftklappe für eine Fahrzeugheiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, umfassend ein an einer Rotationsachse angelenktes Luftstromsteuerelement, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftstromsteuerelement zumindest ein Gegengewicht zugeordnet ist, beispielsweise an der Rotationsachse angelenkt und/oder mit dem Luftstromsteuerelement verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Rückschlagluftklappe für eine luftführende Einrichtung, insbesondere in einer Fahrzeugheiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage. Derartige Rückschlagklappen dienen im Allgemeinen dazu, einen Luftstrom in Abhängigkeit von dessen Bewegungsrichtung entweder zuzulassen oder teilweise oder vollständig zu sperren.

Es sind im Stand der Technik bereits vielfältige Ausführungen von Rückschlagklappen beschrieben, die sich gemeinhin dadurch auszeichnen, dass sie an einer ihrer Außenkanten an einer Drehachse angelenkt sind. Die Anordnung dieser Rückschlagklappen im Luftstrom erfolgt im Allgemeinen so, dass das Eigengewicht der Klappe verwendet wird, um diese in eine Ausgangs- bzw. Verschlussposition zu führen, wenn keine Druckbeaufschlagung gegeben ist. Somit stellt das Eigengewicht der Klappe insbesondere in Verbindung mit deren Anordnung ein wichtiges Kriterium für das Öffnung- und Schließverhalten dar.

Je nach Ausrichtung des Luftkanals und der Rückschlagklappe bezüglich der Erdbeschleunigung weisen die Rückschlagklappen des Standes der Technik einen höheren oder geringeren Anfangswiderstand gegenüber anströmender Luft auf. Darüber hinaus ändert sich bei den bekannten Ausführungsformen der Öffnungswiderstand in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel. Dieses nichtlineare Öffnungs- und Schließverhalten der bekannten Rückschlagklappen stellt ein Problem bei der gezielten und dosierten Zuführung bzw. Abschottung von Luft dar.

Dieses nichtlineare Verhalten wird ferner beträchtlich durch das Eigengewicht der Rückschlagklappe beeinflusst. Die Nichtlinearität des Öffnungs- und Schließverhaltens von Luftklappen ist im Allgemeinen stärker ausgeprägt je höher das Eigengewicht der Klappe ist. Somit ist der Fachmann darauf beschränkt, Rückschlagklappen von einem gewissen Eigengewicht zu verwenden, um das gewünschte Verhalten zu erzielen. Dies bringt unweigerlich eine Einschränkung der Auswahl an Materialien mit sich, welche für die Luftklappenherstellung verwendet werden können.

Da neben dem Gewicht der Klappe auch das dadurch erzeugt Drehmoment einen erheblichen Einfluss auf das Öffnungs- und Schließverhalten hat, bestehen neben der Materialbeschränkung auch noch Beschränkungen bei der Wahl der möglichen Designs. Weitausladende Klappen von großer Fläche erzeugen im Allgemeinen ein größeres Drehmoment an der Drehachse, als Rückschlagklappen mit geringer radialer Erstreckung. Folglich muss eine Rückschlagklappe ein gegebenes Gewicht- Größeverhältnis erfüllen, um den geforderten Eigenschaften genügen zu können.

Es besteht daher ein Bedarf an einer Rückschlag-Luftklappe, die die oben genannten Nachteile teilweise oder vollständig ausschließt und die insbesondere derart konstruiert ist, dass Einschränkungen bei der Materialauswahl und der Formgebung keine bzw. eine nur nachgeordnete Rolle spielen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Luftklappe gemäß des unabhängigen Anspruchs 1, wobei besondere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen dargelegt sind.

Es wird eine Rückschlag-Luftklappe bereitgestellt für eine Fahrzeugheiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, umfassend ein an einer Rotationsachse angelenktes Luftstromsteuerelement, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftstromsteuerelement zumindest ein Gegengewicht zugeordnet ist. Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass ein Gegengewicht ein Gewicht ist, welches sich bezüglich des Luftstromsteuerelements zumindest teilweise, insbesondere im wesentlichen jenseits der geometrischen Mitte der Rotationsachse befindet.

Wie bereits erwähnt, wirken Rückschlagluftklappen gemein hin so, dass sie, getrieben durch ihr Eigengewicht, selbständig in eine Verschlussposition fallen und nur unter Einwirkung von Druckkräften in einer Freigabeposition gehalten werden. Es war für den Fachmann daher nicht naheliegend, dem Eigengewicht des im Luftstrom stehenden Steuerelements ein Gewicht zuzuordnen, das diesem entgegenwirkt. Besonders im Bereicht der Fahrzeugheiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlagen wurde es nicht in Erwägung gezogen, ein solches Gegengewicht zu verbauen, da für den Fachmann eine Gewichts- und Kostenreduzierung als vorrangige Ziele bestanden. Es hat sich jedoch überraschend herausgestellt, dass durch die Zuordnung eines Gegengewichts zu einem Luftstromsteuerelement gerade im Kraftfahrzeugheiz- und Belüftungssektor, gravierende Vorteile über den Stand der Technik entstehen. So werden zum einen die Öffnungscharakteristiken der Rückschlagklappe vom Gewicht und Design des Luftstromsteuerelements entkoppelt. Dies erlaubt die Auswahl aus verschiedensten Materialien, die den unterschiedlichen Ansprüchen an Steifigkeit, Gewicht und Beständigkeit gegenüber Verwitterung, Rost und Zersetzung gerecht werden. Zum anderen kann die Sensibilität der Luftklappe durch geeignete Wahl und Positionierung des Gegengewichts je nach Bedarf stufenlos eingestellt werden.

Ein besonderer Aspekt im Bereich der Kraftfahrzeugheiz- und Belüftungsanlagen ist, dass auf die Luftklappe neben der Erdbeschleunigung vor allem auch Brems- und Kurvenbeschleunigungen wirken. Dies hat zur Folge, dass die Öffnungs- und Schließcharakteristiken herkömmlichen Luftklappensysteme zusätzlich von der aktuellen Beschleunigungssituation des Fahrzeugs, in welchem sie verbaut sind, abhängen. Durch das Bereitstellen eines Gegengewichts, zugeordnet einem Luftstromsteuerelement, wie in Anspruch 1 definiert, wird dem Fachmann ein Mittel bereitgestellt, mit dem er das Öffnungs- und Schließverhalten der Luftklappe auch von den aktuell wirkenden Beschleunigungen entkoppeln kann.

Insbesondere können durch die erfindungsgemäße Bereitstellung eines Gegengewichts die Öffnungscharakteristika der Luftklappe auch derart verändert werden, dass beispielsweise das Luftstromsteuerelement mit erhöhter Kraft in einer Verschlussposition gehalten wird, und somit aus dieser nur durch größere Druckeinwirkung durch den Luftstrom herausbewegt werden kann. Darauf würden nur Luftströme von einem gewissen Schwelldruck zugelassen. Im weiteren Verlauf kann durch entsprechende Positionierung und Dimensionierung des Gegengewichts das Verhalten der Luftklappe derart gesteuert werden, dass sie sich quasi schwerelos in einer geöffneten Position im Luftstrom befindet. Gemäß einer solchen Ausführungsform wäre dann der durch das Luftstromsteuerelement erzeugte Widerstand auf den Luftstrom vernachlässigbar, sobald der Anfangswiderstand für die Öffnung der Klappe überwunden ist. Je nach Ausführungsform können daher die Öffnungs- und Schließcharakteristika von Luftklappen durch die erfindungsgemäße Zuordnung eines Gegengewichts auf verschiedenste Weise beeinflusst werden, ohne dabei größeren Beschränkungen bei der Wahl der räumlichen Ausgestaltung des Luftstromsteuerelements unterworfen zu sein.

Bevorzugt ist das dem Luftstromsteuerelement zugeordnete Gegengewicht ein an der Rotationsachse angelenktes Gegengewicht.

Durch Anlenken des Gegengewichts an der Rotationsachse kann dieses ein Drehmoment auf die Rückschlagluftklappe ausüben. Dieses kann bei geeigneter Wahl des Gewichts und der Ausgestaltung des Gegengewichts derart eingestellt werden, dass das vom Luftstromsteuerelement erzeugte Drehmoment ganz oder teilweise aufgehoben oder aber in bestimmten Positionen verstärkt wird. Vorteilhaft ist insbesondere eine ganz oder teilweise Aufhebung des Drehmoments des Luftstromsteuerelements in einer geöffneten Position, so dass die Rückschlagluftklappe sozusagen schwerelos im Luftstrom schwebt. Vorteilhaft ist eine Anlenkung des Gegengewichts an der Rotationsachse auch in der Form, dass ein Drehmoment erzeugt wird, welches in einer Verschlussposition des Luftstromsteuerelements die Schließwirkung verstärkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Gegengewicht im wesentlichen entgegen der Erstreckungsrichtung des Luftstromsteuerelements. Dadurch wird ein Drehmoment erzeugt, das dem Drehmoment des Luftstromsteuerelements direkt entgegenwirkt. Dies führt je nach Dimensionierung und Platzierung des Gegengewichts von einer Verringerung über eine Aufhebung bis hin zu einer Umkehrung des Drehmoments, das vom Luftstromsteuerelement erzeugt wird. Durch Reduzierung der wirkenden Hebelkraft des Luftstromsteuerelements ist es möglich, dieses im Luftkanal befindliche Element praktisch schwerelos zu gestalten, so dass vorteilhafterweise geringste Luftdrücke genügen, um die Luftklappe in Bewegung zu versetzten. Dies betrifft sowohl den Öffnungsdruck, der die Luftklappe aus einer Verschlussposition in eine geöffnete Position bewegt, als auch entgegengesetzt gerichtete Luftströmungen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die radiale Erstreckung des Gegengewichts geringer als die radiale Erstreckung des Luftstromsteuerelements. Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass das Gesamtvolumen der Rückschlagluftklappe gering bleibt und in erster Linie durch die Erstreckung des Luftstromsteuerelements bestimmt wird. Dies ist insbesondere im Fahrzeugsektor wünschenswert, da hier nur engste Räume zur Verfügung stehen. Die geometrische Form sowohl des Luftstromsteuerelements, als auch des Gegengewichts ist dabei frei zu gestalten. So muss beispielsweise das Gegengewicht nicht zwangsläufig ein rechteckiges Profil aufweisen, sondern kann von beliebiger Form sein, auch halbkreisförmig, tropfenförmig oder halbtropfenförmig, besonders bevorzugt sich zur Rotationsachse hin verjüngend.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anlenkung des Gegengewichts an der Rotationsachse ebenenversetzt zur Anlenkung des Luftstromsteuerelements. Dies erlaubt es in vorteilhafter Weise, dass die Rotationsachse an einem Gehäuserand eines Luftkanals verbaut wird. Während sich das Luftstromsteuerelement im wesentlichen rechtwinklig von dieser Gehäusewand in den Luftkanal hinein erstreckt, kann bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform dennoch ein Gegengewicht an der Rotationsachse befestigt werden, indem dieses Gegengewicht in einer versetzten Ebene, die sich außerhalb der Begrenzungen der Gehäusewand befindet, ausgebildet ist. Besonders bevorzugt erfolgt die Anlenkung dieser versetzten Ebene an der Rotationsachse in einem Bereich, der orthogonal zum Bereich der Anlenkung des Luftstromsteuerelements liegt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Luftstromsteuerelement zumindest an dessen Umfangsrand mit Dichtmitteln versehen. Dadurch wird ein luftdichter Abschluss des Luftkanals bereitgestellt, wenn sich das Luftstromsteuerelement in einer Position des vollständigen Verschlusses befindet. Indem eine solche vollständige Abdichtung möglich ist, ist es ferner möglich, auch eine Steuerung geringster Luftströme vorzunehmen. Besonders von Vorteil ist, dass die Dichtwirkung der Dichtmittel unter Umständen von dem Druck entgegenströmender Luft verstärkt wird, vor allem dann, wenn es sich bei den Dichtmitteln um elastische Materialien handelt, die unter Druckbeaufschlagung eine Versiegelung durch deren Anpassung bewirken.

Bevorzugt wird die Winkelposition der Luftklappe an der Rotationsachse im wesentlichen bestimmt durch den anliegenden Luftstrom. Damit ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass Einflussfaktoren auf die Position der Luftklappe, wie beispielsweise Eigengewicht und Beschleunigungswirkung, gänzlich ausgeschlossen sind. Dies führt zu einem besonders günstigen Verhalten der Luftklappe, da kein Rückstau der auftreffenden Luft gebildet wird. Durch eine derartige Ausgestaltung wird vielmehr sichergestellt, dass sich die Luftklappe quasi schwerelos im Luftstrom befindet und praktisch widerstandsfrei diesen in Durchtrittsrichtung passieren lässt. Allein Luftströmungen in entgegengesetzter Richtung werden von der Rückschlagluftklappe gesteuert oder gegebenenfalls vollständig geblockt, wobei sich das Luft stromsteuerelement wiederum quasi schwerelos durch den Luftstrom hin zur Verschlussposition bewegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Verhältnis der Drehmomente, erzeugt von dem Luftstromsteuerelement und dem Gegengewicht zwischen 0,8 und 1,2, weiter bevorzugt zwischen 0,9 und 1,1 und besonders bevorzugt bei ca. 1. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Hebelwirkung sowohl vom Luftstromsteuerelement als auch vom Gegengewicht annähernd gleich dimensioniert sind. Dies erlaubt es durch geeignete Anordnung beider Elemente an der Rotationsachse, die gewünschten Öffnungs- und Schließcharakteristika einzustellen. Besonders bevorzugt sind die beiden Drehmomente entgegengerichtet. Dadurch lässt sich eine Öffnungs- und Schließcharakteristik herstellen, die linear über den gesamten Öffnungsbereich der Luftklappe ist. Darüber hinaus wird dadurch besonders vorteilhaft sichergestellt, dass jegliche auf die Luftklappe wirkenden Beschleunigungskräfte den selben Betrag am Luftstromsteuerelement sowie am Gegengewicht entfalten.

Besonders bevorzugt ist die Luftklappe gegenüber Vertikal- und Horizontalkräften im wesentlichen ausbalanciert. Dadurch ist es möglich, dass die Luftklappe frei von Beschleunigungskräften rotierbar ist. Besonders im Fahrzeugheiz-, -belüftungs- oder -klimaanlagenbereich ist so sichergestellt, dass die Position der Luftklappe in keinem Moment von der aktuell wirkenden Brems- oder Kurvenbeschleunigung beeinflusst wird. Dies ist besonders wünschenswert, da andernfalls die Luftstromregulierung je nach aktueller Fahrsituation beeinflusst würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Luftstromsteuerelement und das Gegengewicht aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Für das im allgemeinen weiter ausladende Luftstromsteuerelement wird bevorzugt ein Material von erhöhter Steifigkeit verwendet, so dass ein Verwinden des Elements im Luftstrom und somit die Entstehung von unkontrollierten Luftdurchlässen verringert bzw. gänzlich verhindert wird. Demgegenüber kann für die Ausgestaltung des Gegengewichts ein Material gewählt werden, was primär die Anforderungen an Gewicht und günstiger Verfügbarkeit erfüllt. Besonders bevorzugt ist das Gegengewicht aus einem Material höherer Dichte ausgebildet, so dass bereits mit geringeren Volumina die erfindungsgemäße Wirkung des Gegengewichts bereitgestellt werden kann.

Es ist weiter bevorzugt, dass das Gegengewicht aus einem elastischen Material, insbesondere Polymermaterial ausgebildet ist. Demgemäß können zum einen Polymere von hoher spezifischer Dichte zum Einsatz kommen, die ein Gegengewicht mit einer gewünschten Hebelwirkung erzeugen. Die Dosierung und Platzierung des Gewichts ist dabei besonders einfach und kostengünstig durch portionsweisen Auftrag des Materials möglich. Zudem kann die Formgebung des Gegengewichts im kostengünstigen Press-/Gussverfahren erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht das Gegengewicht in einer Verschlussposition des Luftstromsteuerelements in Anschlag mit dem Wandungsabschnitt des Luftkanals. Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass bei einer Schließbewegung des Luftstromsteuerelements von einer geöffneten Position hin zu einer Verschlussposition beim In-Kontakt-treten des Luftstromsteuerelements mit einem Wandungsabschnitt auch das Gegengewicht mit einem Wandungsabschnitt in Kontakt tritt. Da je nach Druckschwankungen die Verschlussposition mit relativ hohen Winkelgeschwindigkeiten erreicht wird, entstehen dadurch mitunter Geräusche und Verschleiß. Durch gleichzeitiges In-Kontakt-treten des Luftstromsteuerelements und des Gegengewichts mit jeweils einem Abschnitt der Wandung werden die abrupten Bremskräfte verteilt. Dies führt neben einer Geräuschreduzierung insbesondere zu einer Reduzierung des Verschleißes der Luftklappe.

Ein derartiger Verschleiß oder eine Verformung des Luftstromsteuerelements ist unerwünscht, da dann die bestimmungsgemäße Aufgabe der Luftstromsteuerung nicht mehr erfüllt werden kann. Demgegenüber sind die Anforderungen an den Formerhalt des Gegengewichts geringer, da dieses keine luftdichte Versiegelung mit der Wandung des Luftkanals bereitstellen muss. Daher ist es besonders bevorzugt, die auftretenden Schließkräfte insbesondere durch das Auftreffen des Gegengewichts auf der Gehäusewand aufzufangen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform trifft daher beim Schließen der Rückschlagluftklappe das Gegengewicht früher mit einem Wandungsabschnitt zusammen als das Luftstromsteuerelement. Dadurch wird sichergestellt, dass die auftretenden Schließkräfte durch das Gegengewicht abgefangen werden. Da vorteilhafterweise das Gegengewicht eine geringere Auflagefläche auf der Gehäusewand und insbesondere eine geringere Resonanzfläche aufweist, wird durch das Auftreffen des Gegengewichts auf der Gehäusewand ein bedeutend geringeres Geräusch erzeugt als durch das Auftreffen des Luftstromsteuerelements auf der Gehäusewand. Sofern das Gegengewicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung aus einem elastischen Material ausgebildet ist, wird dieses Auftreffen ferner wirkungsvoll gedämpft, sowohl hinsichtlich einer Geräuschdämpfung als auch einer Verschleißminderung. Des weiteren ist bei einer elastischen Ausführung des Gegengewichts sichergestellt, dass nach Dämpfung der Schließbewegung das Luftstromsteuerelement seine vollständige Verschlussposition erreichen kann, indem das Material des Gegengewichts nachgibt.

Bevorzugt weist das Gegengewicht einen aerodynamisch günstigen Querschnitt auf. Dies dient vorteilhafterweise der Reduzierung von Luftstaus und somit der Geräuschreduzierung im Luftkanal. Besonders bevorzugt weist das Gegengewicht einen abgerundeten, sich entgegen der Richtung des Luftstroms verjüngenden und besonders bevorzugt spitz zulaufenden Querschnitt auf. Demnach wird die am Gegengewicht vorbeiströmende Luft in aerodynamisch günstiger Weise am Gegengewicht vorbeigeführt, wobei große Flächen, auf denen die Luft frontal auftreffen könnte, vermieden werden. Dadurch dass das Gegengewicht dem Luftstrom eine nur minimale Angriffsfläche bietet, wird ferner der Einfluss des auf das Gegengewicht wirkenden Luftdrucks auf die Position der gesamten Luftklappe minimiert.

Besonders bevorzugt weist das Gegengewicht einen Querschnitt auf, der die Form eines symmetrisch halbierten Tropfens hat. Darin sind die Vorteile der aerodynamischen Verjüngung entgegen der Richtung des Luftstroms verbunden mit einer kompakten Volumenausdehnung im unteren Bereich des Halbtropfens, so dass ein Gegengewicht aus einem Material hoher Dichte auf geringstem Raum mit geringstem Platzbedarf realisiert werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden, lediglich beispielhaft angegebenen Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen, welche auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, in welchen gilt:
1 zeigt schematisch in Schnittansicht einen Teil einer luftführenden Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen Luftklappe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
2 zeigt ein vereinfachtes Druck-Öffnungswinkel-Diagramm einer erfindungsgemäßen Luftklappe, sowie einer Luftklappe des Standes der Technik.
3 zeigt schematisch in Schnittansicht weitere bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Luftklappen.
In 1 ist ein Teil einer luftführenden Einrichtung einer Fahrzeugheiz-, -belüftungs- und/oder -klimaanlage dargestellt. Dieser umfasst Wandlungsabschnitte 2 eines Luftkanals, dessen eine Öffnung durch das Luftstromsteuerelement 3 verschlossen ist. Das Luftstromsteuerelement 3 ist drehbar an der Rotationsachse 5 angelenkt und derart ausgebildet, dass es in einer Verschlussposition an einer unteren Gehäusewand 2a aufliegt. Dem Luftstromsteuerelement 3 zugeordnet und ebenfalls an der Rotationsachse 5 angelenkt, befindet sich das Gegengewicht 4. Dieses besitzt eine bedeutend geringere radiale Erstreckung und weist eine halbtropfenförmige Verbreiterung an dessen mittleren Bereich auf. Die Anlenkung des Gegengewichts 4 an der Rotationsachse 5 erfolgt ebenenversetzt an einem Bereich, der orthogonal zum Bereich der Anlenkung des Luftstromsteuerelements steht. Dadurch ragt das Gegengewicht 4 am Gehäuserand des Luftkanals 2 vorbei.
Das Luftstromsteuerelement ist in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform mit Dichtmitteln 6 versehen, die sich entlang dessen Rand erstrecken. Damit kommen die Dichtmittel 6 insbesondere in einer Verschlussposition am Rand des unteren Gehäuseabschnitts 2a zu liegen, was zu einem luftdichtem Verschließen zwischen Luftstromsteuerelement 3 und Gehäuse 2 führt.
2 stellt ein Diagramm einer Änderung des Öffnungswinkels in Abhängigkeit von der Druckänderung des anliegenden Luftstroms dar. Die gestrichelte Linie zeigt ein Beispiel des Öffnungsverhaltens einer Luftklappe des Standes der Technik. Bei einer anfänglichen Drucksteigerung ändert sich der Öffnungswinkel überdurchschnittlich stark. Je höher die Druckänderung ist, desto geringer ändert sich der Öffnungswinkel, bis letztlich sehr hohe Drücke eine quasi asymptotische Annäherung des Öffnungswinkels an die Maximalstellung bewirken. Demgegenüber zeigt die durchgezogene Linie eine erfindungsgemäße Luftklappe mit Gegengewicht. In dieser Ausführungsform wurde das Gegengewicht so dimensioniert, dass es das Eigengewicht der Luftklappe gänzlich kompensiert. Dabei wird deutlich, dass bereits geringste Druckänderungen zu einem erhöhten Öffnungswinkel führen, und diese Winkeländerung über den gesamten zur Verfügung stehenden Winkelbereich linear in Zusammenhang mit der Druckänderung steht. Der maximale Öffnungswinkel wird nicht erst bei maximalen Drücken erreicht, sondern bereits bei relativ niedrigen. Ferner erfolgt die Annäherung der Luftklappe an den maximalen Winkelbereich nicht asymptotisch sondern ebenfalls steil linear. Bemerkenswert ist vor allem, dass bereits bei sehr geringem Δp eine Änderung des Öffnungswinkels erfolgt, was auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Luftklappe zurückzuführen ist.
3 zeigt schematische Darstellungen einer Luftklappe, umfassend ein Luftstromsteuerelement 33, das sich in einem Luftkanal 32 angeordnet befindet. Das Luftstromsteuerelement 33 ist an einer Rotationsachse 35 drehbar befestigt und kann im Luftkanal 32 frei schwenken. Dem Luftstromsteuerelement 33 zugeordnet ist ein Gegengewicht 34, welches ebenfalls an der Rotationsachse 35 angelenkt ist. Bei der speziellen, in 3 gezeigten Ausführungsform ist das vom Gegengewicht erzeugte Drehmoment kleiner als das vom Luftstromsteuerelement erzeugte. Somit kann für das Schließverhalten der Luftklappe die Erdbeschleunigung ausgenutzt werden. Diese unterstützt die Bewegung der Luftklappe in eine geschlossene Position, solange kein Luftstrom, angedeutet durch den Pfeil, anliegt. Je nach Dimensionierung und Positionierung des Gegengewichts 34 kann die Öffnungs- und Schließcharakteristik der Luftklappe weiter beeinflusst werden.
Wie in 3a gezeigt, kann das Gegengewicht um einen gewissen Winkel entgegen der Öffnungsrichtung versetzt an der Rotationsachse angelenkt sein. Im konkret gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel 10° zur Ebene des Luftstromsteuerelements und das vom Gegengewicht erzeugte Drehmoment beträgt 80% des vom Luftstromsteuerelement 33 erzeugten Drehmoments. Bei Anliegen eines Luftstroms entlang der durch den Pfeil angedeuteten Richtung baut sich vor dem Luftstromsteuerelement 33 ein Druck auf, mit dem Ziel, das Luftstromsteuerelement aus seiner Verschlussposition um die Rotationsachse 35 zu drehen. Die in 3a gezeigte Anordnung des Gegengewichts 34 wirkt jedoch anfänglich dem Öffnungsdruck des Luftstroms entgegen, da es von der Erdanziehungskraft beschleunigt ein Drehmoment an der Drehachse in der Richtung der Verschlussposition erzeugt. Somit muss der anliegende Luftstrom einen gewissen Schwelldruck aufweisen, um die Luftklappe anfänglich zu öffnen. Sobald der Schwelldruck überschritten ist, öffnet sich die Luftklappe anfänglich schwer. Wenn jedoch das Gegengewicht 34 den senkrecht über der Achse liegenden Zenith überschritten hat, erzeugt die Erdbeschleunigung am Gegengewicht ein Drehmoment, welches in Öffnungsrichtung wirkt. Somit wird nach einem Öffnungswinkel des Luftstromsteuerelements von mehr als 10° eine weitere Öffnung der Luftklappe durch das Gegengewicht 34 unterstützt. Dies bedeutet insbesondere, dass auch das Schließverhalten der Luftklappe beeinflusst wird. So führt eine geringfügige Abnahme des Luftstroms nicht zwangsläufig zu einem vollständigen Zurückfallen des Luftstromsteuerelements in die Verschlussposition. Vielmehr ist die Luftklappe in einer weit geöffneten Position quasi ausbalanciert mit einem geringen Übergewicht des Luftstromsteuerelements. Somit wird erst eine nahezu vollständige Abnahme des Luftstroms eine Bewegung des Luftstromsteuerelements in eine Verschlussposition zulassen. Kurz vor Erreichen der Verschlussposition wird die Schließwirkung wiederum durch das Eigengewicht des Gegengewichts unterstützt.
Wie in 3b gezeigt, lassen sich die Öffnungs- und Schließcharakteristiken durch entsprechende Positionierung und Dimensionierung des Gegengewichts noch in anderer Weise beeinflussen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gegengewicht in einem Winkel von 10% zur Ebene des Luftstromsteuerelements in Öffnungsrichtung an der Rotationsachse angeordnet. Somit wird bei einem anfänglichen Luftdruck, der sich durch den Luftstrom, der sich vor dem Luftstromsteuerelement aufbaut, die Luftklappe relativ leicht geöffnet, da das vom Gegengewicht erzeugte Drehmoment in Öffnungsrichtung der Luftklappe wirkt. Somit ist es möglich, bereits bei geringsten Luftströmungen einen Durchlass bei der Luftklappe zu erzeugen. Umgekehrt, wird die Luftklappe erst bei einem nahezu vollständigem Abnehmen des Luftstroms in Pfeilrichtung schließen.
Es wurde folglich eine Luftklappe für eine Fahrzeugheiz-, -belüftungs- und/oder -klimaanlage beschrieben, bei der eine Beeinflussung der Öffnungs- und Schließcharakteristik durch Zuordnung eines Gegengewichts zu einem Luftstromsteuerelement gewährleistet ist. Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend beispielhaft unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen vollständig beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar sind. Die Beschreibung ist daher nicht als einschränkend sondern als lediglich als beispielhaft zu werten, wobei der Schutzbereich durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Rückschlag-Luftklappe für eine Fahrzeugheiz-, -belüftungs- und/oder -klimaanlage, umfassend ein an einer Rotationsachse (5) angelenktes Luftstromsteuerelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftstromsteuerelement (3) zumindest ein Gegengewicht (4) zugeordnet ist.
Luftklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (4) an der Rotationsachse (5) angelenkt und/oder mit der Luftklappe verbunden ist.
Luftklappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (4) und das Luftstromsteuerelement (3) im wesentlichen auf unterschiedlichen Seiten einer Ebene vorliegen, die durch die geometrische Mitte der Rotationsachse (5) verläuft.
Luftklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (4) und das Luftstromsteuerelement als integrales Bauteil ausgeführt sind.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gegengewicht (4) im wesentlichen entgegen der Erstreckungsrichtung des Luftstromsteuerelements (3) erstreckt.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Erstreckung des Gegengewichts (4) geringer ist als die radiale Erstreckung des Luftstromsteuerelements (3).
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkung des Gegengewichts (4) an der Rotationsachse (5) ebenenversetzt zur Anlenkung des Luftstromsteuerelements (3) ist.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftstromsteuerelement (3) und/oder das Gegengewicht zumindest an dessen Umfangsrand mit Dicht- und/oder Dämpfmitteln (6) versehen ist.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Drehmomente, erzeugt von dem Luftstromsteuerelement (3) und dem Gegengewicht (4), zwischen 0,8 und 1,2, bevorzugt zwischen 0,9 und 1,1 und besonders bevorzugt bei ca. 1 liegt.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftklappe gegenüber Vertikal- und Horizontalkräften im Wesentlichen ausbalanciert ist.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftstromsteuerelement und das Gegengewicht aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind, wobei bevorzugt das Gegengewicht aus einem Material höherer Dichte ausgebildet ist.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Endpositionen des Luftstromsteuerelements, bevorzugt in dessen Verschlussposition, das Gegengewicht in Anschlag mit einem Wandungsabschnitt (2) steht.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht einen aerodynamisch günstigen Querschnitt, insbesondere einen abgerundeten, sich entgegen der Richtung des Luftstroms verjüngenden und besonders bevorzugt spitz zulaufenden Querschnitt aufweist.
Luftklappe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht einen halbtropfenförmigen Querschnitt aufweist.