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Die
Erfindung betrifft eine Luftmischklappe für Belüftungs-, Heizungs- oder Klimaanlagen
in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Aus
der
DE 198 42 875
A1 ist eine Luftmischklappe für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs
bekannt. Dabei umfasst die Klimaanlage einen Verdampfer und einen
Heizkern, die etwa horizontal angeordnet sind. In der Klimaanlage
ist eine Luftmischklappe zum Einstellen des Strömungsverhältnisses zwischen der durch
den Heizkern hindurchtretenden Luft und der durch einen Bypasskanal
hindurchtretenden Luft angeordnet. An einer Fläche der Luftmischklappe, die
an der Seite des Bypasskanals angeordnet ist, sind Luftführungsplatten
zum Führen von
Luft ausgebildet. Hierbei handelt es sich um im Wesentlichen flach
ausgebildete Luftmischklappen, von deren einen, in Richtung des
Bypasskanals im denselben verschließenden Zustand gerichteten
Seite die Luftführungsplatten
senkrecht abstehen. Ein Gebläse
ist so angeordnet, dass die Luft in der Luftblasrichtung etwa horizontal
geblasen wird und hiernach nach oben in Richtung zum Heizkern strömt. Die Luftführungsplatten
führen
die Luft von der Vorderseite aus in Richtung zu der Rückseite
der Luftblasrichtung. Somit können
in der Klimaanlage die Strömungsverteilung
und die Temperaturverteilung der in Richtung zu dem Fahrgastraum
hin zu blasenden Luft vergleichmäßigt werden.
Derartige Luftmischklappen lassen jedoch noch Wünsche offen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
verbesserte Luftmischklappe zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe
wird gelöst
durch eine Luftmischklappe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine
Luftmischklappe, insbesondere für
eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, vorgesehen, mit einem an der Luftmischklappe
vorgesehenen Luftleitelement, welches von einer Fläche der
Luftmischklappe absteht, wobei die Luftmischklappe als eine im Wesentlichen
teilzylindrische Klappe oder im Querschnitt zur Schwenkachse bogenförmig ausgebildete
Klappe ist. Dabei fällt
bevorzugt die Schwenkachse mit der Mittelachse des entsprechenden
Zylinders zusammen. Eine derartige Luftmischklappe ist bevorzugt
in der Kraftfahrzeug-Klimaanlage zwischen dem vom Heizer kommenden
Luftkanal und dem direkt vom Verdampfer kommenden Bypasskanal vor
dem Luftmischbereich der Klimaanlage angeordnet, wobei die Luftmischklappe
beide Luftströme
regelt, so dass im Gegensatz zur o.g.
DE 198 42 875 A1 nur eine
Luftmischklappe erforderlich ist.
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Durch
das Luftleitelement, das an der gekrümmten Luftmischklappe angebracht
oder ausgebildet ist, lässt
sich das Regelverhalten linearisieren, so dass die Regelung vereinfacht
wird und eine direkte Stellbewegungsübertragung – ohne winkelabhängige Übersetzung
mit Hilfe beispielsweise eines Kurvengetriebes – möglich ist. Dies hat unter anderem auch
Vorteile in Hinblick auf die Regelkurven von Rechts- und Linkslenkervarianten,
welche durch das Vorsehen eines Luftleitelements einen vergleichbaren
Verlauf erhalten.
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Das
Luftleitelement ist bevorzugt in einem Winkel von 5° bis 45°, insbesondere
10° bis
40° und besonders
bevorzugt von 15° bis
35°, zur
radialen Richtung – bezogen
auf die Schwenkachse – geneigt. Durch
die entsprechende schräge
Ausbildung wird die Linearität
des Verhältnisses
von Temperaturdifferenz und Verstellweg der Luftmischklappe optimiert, so
dass sich das Regelverhalten vereinfacht.
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Das
Luftleitelement ist bevorzugt auf der Teilzylinderinnenfläche der
Luftmischklappe angeordnet, wobei bei der Luftmischklappe bei Betrieb
bevorzugt die Schwenkachse in Strömungsrichtung nach dem Teilzylinder
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist das Luftleitelement parallel zur Schwenkachse der Luftmischklappe
verlaufend angeordnet, jedoch ist auch ein schräger Verlauf entlang der Fläche der
Luftmischklappe möglich,
welcher gegebenenfalls zusätzliche
positive Einflüsse auf
eine gezielte Luftverteilung oder -verwirbelung im Mischbereich
haben kann.
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Der Übergang
von Luftmischklappe zu Luftleitelement ist bevorzugt im Fußbereich
abgerundet ausgebildet, was die Luftleitfunktion etwas verbessert
und zudem die Festigkeit erhöht.
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Das
Luftleitelement ist vorzugsweise – gegebenenfalls abgesehen
vom Fußbereich – gerade ausgebildet,
jedoch ist auch ein leicht gekrümmter Verlauf
des Luftleitelements möglich,
um die Luft optimal zu leiten.
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Bevorzugt
ist das Luftleitelement zwischen zwei senkrecht zur Schwenkachse
verlaufenden Verbindungsflächen
der Luftmischklappe verlaufend ausge bildet, wobei mindestens eine
der Verbindungsflächen
gegebenenfalls auch beabstandet vom entsprechenden Ende der Luftmischklappe
angeordnet sein kann. Dabei dienen die Verbindungsflächen der
Erhöhung
der Stabilität,
so dass das Luftleitelement beispielsweise etwas dünner ausgelegt
werden kann, wodurch Material- und somit auch Gewichtseinsparungen
möglich
sind.
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Das
Luftleitelement ist bevorzugt außermittig angeordnet, wobei
es im eingebauten Zustand bevorzugt leicht in Richtung Warmluftkanal
verschoben angeordnet ist, jedoch ist die exakte Anordnung auch abhängig vom
Warmluftkanal- und Kaltluftkanalverlauf und der Ausgestaltung des
anschließenden Mischbereichs.
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Das
Luftleitelement ist bevorzugt zum Warmluftkanal hin gegenüber der
radialen Richtung verlaufend angeordnet, jedoch ist auch in diesem
Fall die exakte Anordnung abhängig
vom Warmluftkanal- und Kaltluftkanalverlauf und der Ausgestaltung
des anschließenden
Mischbereichs und zudem von der mittigen oder außermittigen Anordnung des Luftleitelements.
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Das
Luftleitelement weist vorzugsweise eine Länge von maximal der Hälfte und
minimal einem Fünftel
des Radius des Teilzylinders bei aufeinander fallender Mittel- und
Schwenkachse auf, um das Regelverhalten optimal zu linearisieren.
Die Länge
beträgt
zudem bevorzugt +/– 50%,
insbesondere +/– 20%,
des Abstands des Luftleitelements in gerader Linie vom näher liegenden
in Schwenkachsenrichtung verlaufenden Ende der Luftmischklappe.
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Bevorzugt
ist, insbesondere bei langen Luftleitelementen, eine Rippe zwischen
der Innenmantelfläche
der bogenförmigen
oder teilzylindrischen Klappe und einer Seite des Luftleitelements
vorgesehen. Diese Rippe verläuft
bevorzugt in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse und verhindert
ein Einfallen des Luftleitelements nach dem Spritzgießen. Die
Rippe endet be vorzugt im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich er
Schwenkachse der Klappe.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird die erfindungsgemäße Luftmischklappe in einer Heizungs-
und/oder Klimaanlage, insbesondere für ein Kraftfahrzeug eingesetzt,
die zumindest eines der folgenden Bauteile umfasst: Wärmetauscher,
Heizkörper,
Verdampfer, Filter, Mischkammer, einen oder mehrere Strömungskanäle und eine
oder mehrere Steuerklappen zur Verteilung der Luft auf die Austrittskanäle
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen
ausschnittsweise dargestellten Schnitt durch eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
mit erfindungsgemäßer Luftmischklappe
gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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2 eine
perspektivische Ansicht der Luftmischklappe gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
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3 einen
Schnitt quer zur Schwenkachse der Luftmischklappe von 2,
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4 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Linearisierung durch ein an einer
teilzylindrischen Luftmischklappe, wie beim Ausführungsbeispiel beschrieben,
vorgesehenes Luftleitelement in Vergleich mit einer herkömmlichen
Luftmischklappe ohne Luftleitelement, wobei die Temperaturdifferenzen über dem
Klappenverstellweg jeweils für
den linken und rechten Fußraum
bei einer Klappenstellung Defrost/Fußraum dargestellt sind,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer Luftmischklappe gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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6 eine
andere perspektivische Ansicht der Luftmischklappe von 5,
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7 eine
seitliche Ansicht der Luftmischklappe von 5,
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8 einen
Schnitt entlang Linie VIII-VIII in 7,
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9 eine
andere seitliche Ansicht der Luftmischklappe von 5,
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10 einen
Schnitt entlang Linie X-X in 9,
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11 einen
Schnitt entlang Linie XI-XI in 9,
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12 eine
weitere Seitenansicht, und
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13 einen
Schnitt entlang Linie XIII-XIII in 12.
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Eine
Kraftfahrzeug-Klimaanlage 1 weist ein Luft von der Umgebung
und/oder aus dem Fahrzeuginnenraum ansaugendes und dem Fahrzeuginnenraum
temperiert über
ein Luftkanalsystem, welches durch mehrere mittels Klappen regelbare Öffnungen 2 im
Luftverteilergehäuse 3 angedeutet
ist, zuführendes
Gebläse
(nicht dargestellt), einen Verdampfer 4 und einen Heizer
(nicht dargestellt) auf, wobei zur Temperierung der dem Fahrzeuginnenraum
zuführenden
Luft eine teilzylindrische Luftmischklappe 5 vorgesehen
ist, welche in 1 in einer Stellung dargestellt
ist, in welcher der vom Verdampfer 4 kommende Kaltluftstrom
K und der vom Heizer kommende Warmluftstrom W gemischt werden.
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Die
Luftmischklappe 5 ist um eine Schwenkachse 6 verschwenkbar,
welche etwa in Strömungsrichtung
in Verlängerung
der den Kaltluftstrom K und den Warmluftstrom W trennenden Wand 7,
parallel zu und beabstandet von derselben angeordnet ist. Die Schwenkachse 6 bildet
die Mittelachse des fiktiven Zylinders, von welchem die Luftmischklappe 5 ein
Segment ist, und der entsprechende Teil im Folgenden als Teilzylinder
bezeichnet wird. Vorliegend hat der Teilzylinder einen Radius von
ca. 75 mm, wobei der Segmentwinkel ca. 70° beträgt.
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An
der Teilzylinderaußenfläche sind
parallel zur Schwenkachse 6 verlaufend zwei in radialer
Richtung nach außen überstehende,
Dichtflächen
bildende Ränder 8 vorgesehen,
welche mit Anlageflächen am
Luftverteilergehäuse 3 zusammenwirken
und im Bedarfsfall dafür
sorgen, dass der Kaltluft- oder Warmluftkanal K bzw. W vollständig abgedichtet
ist, und keine kalte oder warme Luft in den nachfolgenden Mischraum 9 und
zu den Öffnungen 2 gelangt. Vorliegend
ist der warmluftkanalseitige Rand 8W direkt am Ende der
Teilzylinderaußenfläche ausgebildet,
während
der kaltluftkanalseitige Rand 8K beabstandet von dem entsprechenden
anderen Ende der Teilzylinderaußenfläche angeordnet
ist, so dass eine Nase 10 übersteht, welche der Unterstützung der Luftschichtung
dient. Zusätzlich
können
an den Rändern 8 Dichtlippen,
beispielsweise angespritzt, ausgebildet sein.
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Zwischen
der Schwenkachse 6 der Luftmischklappe 5 und dem
Teilzylinder sind zwei Verbindungsflächen 11 und 12 ausgebildet,
wobei die in 2 untere Verbindungsfläche 11 etwa
am unteren Ende des Teilzylinders angeordnet ist, während die obere
Verbindungsfläche 12 beabstandet,
vorliegend etwa 25% der Gesamtlänge
der Luftmischklappe 5, vom oberen Ende des Teilzylinders
angeordnet ist. Dabei ist oberhalb der oberen Verbindungsfläche eine
Wand 13 parallel zur Schwenkachse 6 in einem äußeren Bereich
bis zur Nase 10 verlaufend ausgebildet (vgl. 2),
wobei die Wand 13 nicht in radialer Richtung ausgerichtet
ist, sondern zur tangentialen Ebene des Teilzylinders im Bereich
des Zusammentreffens von Teilzylinder und Wand 13 in einem
Winkel von unter 90° geneigt
ausgerichtet ist. Die untere Verbindungsfläche 11 weist einen
Ausschnitt 14 auf, welcher nasenseitig angeordnet ist.
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Auf
der Teilzylinderinnenfläche
ist ein Luftleitelement 15 zwischen der oberen und der
unteren Verbindungsfläche 12 und 11 ausgebildet,
welches parallel zur Schwenkachse 6 verläuft und
in einem Winkel α von
15° zur
radialen Richtung in Richtung Warmluftkanal W geneigt ausgebildet
ist. Die Länge beträgt vorliegend
ca. 30 mm, also etwas weniger als die Hälfte des Radius des Teilzylinders
und etwa dem Abstand in gerader Linie zum näheren Ende des Teilzylinders
entsprechend. Das Luftleitelement 15 ist etwa mittig zwischen
den beiden Rändern 8K und 8W angeordnet.
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In 4 ist
ein Diagramm zur Verdeutlichung der Linearisierung durch ein an
einer teilzylindrischen Luftmischklappe, wie beim Ausführungsbeispiel
zuvor beschrieben, vorgesehenes Luftleitelement in Vergleich mit
einer herkömmlichen
Luftmischklappe ohne Luftleitelement dargestellt, wobei die Temperaturdifferenzen über dem
Klappenverstellweg jeweils für
den linken und rechten Fußraum
bei einer Klappenstellung der Klappen an den regelbaren Öffnungen 2 „Defrost/Fußraum" dargestellt sind.
Wie aus dem Diagramm deutlich zu erkennen, ist der Kurvenverlauf
der Temperaturdifferenz über
dem Klappenverstellweg der Luftmischklappen mit Luftleitelement (graues
Dreieck mit durchgezogener Linie: Fußraum links, graues großes Quadrat
mit X mit gestrichelter Linie: Fußraum rechts) deutlich linearer
als der Kurvenverlauf der Luftmischklappen ohne Luftleitelement
(schwarze kleine Raute mit durchgezogener Linie: Fußraum links,
schwarzes kleines Quadrat mit gestrichelter Linie: Fußraum rechts),
so dass sich ein einfachere Zusammenhang zwischen Verstellweg und
Temperatur und somit eine einfachere Regelbarkeit ergibt.
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Die 5 bis 13 zeigen
das zweite Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Luftmischklappe 105.
Hierbei sind mit dem ersten Ausführungsbeispiel
gleiche oder gleichwirkende Teile mit um 100 höheren Bezugszeichen versehen.
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Die
Luftmischklappe 105 ist um ihre Schwenkachse 106 verschwenkbar
in einem Luftverteilergehäuse
(nicht dargestellt) angeordnet, welches im Wesentlichen dem des
ersten Ausführungsbeispiels
entspricht, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird.
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Die
Schwenkachse 106 bildet – entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel – die Mittelachse
eines fiktiven Zylinders, von welchem die Luftmischklappe 105 ein
Segment ist, und der entsprechende Teil im Folgenden als Teilzylinder
bezeichnet wird. Vorliegend hat der Teilzylinder einen Radius von ca.
76 mm, wobei der Segmentwinkel ca. 70° beträgt.
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An
der Teilzylinderaußenfläche sind,
parallel zur Schwenkachse 106 verlaufend, zwei in radialer Richtung
nach außen überstehende,
Dichtflächen
bildende Ränder 108 und
ein weiterer an der einen Seitenfläche in axialer Richtung überstehender,
Dichtflächen
bildender Rand 108 vorgesehen, die aus einem weicheren
Material an der Luftmischklappe 105 angespritzt sind. Diese
Ränder 108 wirken
mit Anlageflächen
am Luftverteilergehäuse
zusammen und sorgen im Bedarfsfall dafür, dass der Kaltluft- oder Warmluftkanal
K bzw. W vollständig
abgedichtet ist, und keine kalte oder warme Luft in den nachfolgenden
Mischraum und zu den Öffnungen
gelangt. Vorliegend ist der warmluftkanalseitige Rand 108W direkt
am Ende der Teilzylinderaußenfläche ausgebildet
(in 8 unteren angeordneter Rand 108W, der in
den 10 und 11 im
Detail dargestellt ist), während
der kaltluftkanalseitige Rand 108K beabstandet von dem
entsprechenden anderen Ende der Teilzylinderaußenfläche angeordnet ist, so dass
wiederum eine Nase 110 übersteht,
welche der Unterstützung
der Luftschichtung dient. Zusätzlich
sind an den Rändern 108 Dichtlippen 108' vorgesehen.
Die Dichtlippen 108' verlaufen
etwa parallel zur Außenfläche des
Luftmischklappe 105, wobei vorliegend die nach außen ragende
Dichtlippe 108'a deutlich kürzer ausgebildet
ist als die nach innen ragende Dichtlippe 108'i.
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Auf
einer der Seitenflächen
der Luftmischklappe 105, gebildet durch die Verbindungsflächen 111,
ist ferner der zuvor genannte, weitere Rand 108S ausgebildet,
welcher in 13 im Detail dargestellt ist.
Der weitere Rand 108S verläuft in Umfangsrichtung der
Luftmischklappe 105 und endet gekrümmt, wobei das Ende des Randes 108S etwa
parallel zur Seitenfläche
verläuft
und der Überstand etwa
der Dicke des Randes 108S entspricht.
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Zwischen
der Schwenkachse 106 der Luftmischklappe 105 und
dem Teilzylinder sind zwei Verbindungsflächen 111 und 112 ausgebildet,
wobei die in 5 links dargestellte Verbindungsfläche 111 etwa
am Ende des Teilzylinders angeordnet ist, während die obere Verbindungsfläche 112 beabstandet, vorliegend
etwa 25% der Gesamtlänge
der Luftmischklappe 105, vom anderen Ende des Teilzylinders
angeordnet ist. Dabei ist – entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel – endseitig
der Verbindungsfläche 112 eine
Wand 113 parallel zur Schwenkachse 106 in einem äußeren Bereich
bis zur Nase 110 verlaufend ausgebildet (vgl. 5),
wobei die Wand 113 nicht in radialer Richtung ausgerichtet ist,
sondern zur tangentialen Ebene des Teilzylinders im Bereich des
Zusammentreffens von Teilzylinder und Wand 113 in einem
Winkel von unter 90° geneigt ausgerichtet
ist.
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Auf
der Teilzylinderinnenfläche
ist ein Luftleitelement 115 zwischen den beiden Verbindungsflächen 112 und 111 ausgebildet,
welches parallel zur Schwenkachse 106 verläuft und
in einem Winkel α von
30° zur
radialen Richtung in Richtung Warmluftkanal W geneigt ausgebildet
ist. Die Länge
beträgt vorliegend
ca. 40 mm, also etwa die Hälfte
des Radius des Teilzylin ders. Das Luftleitelement 115 ist
etwas nach außen
versetzt vom Rand 108K auf der Zylinderinnenseite angeordnet
(siehe 8).
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Über die
Länge des
Luftleitelements 115 sind zwei sich in radialer Richtung
erstreckende Stützrippen 116 verteilt
in Längsrichtung
der Schwenkachse zwischen den beiden Verbindungsflächen 111 und 112 angeordnet.
Die Stützrippen 116 enden
im Bereich des freien Endes des Luftleitelements 115, wobei
sie beabstandet vom Luftleitelement 115 in radialer Richtung
bezüglich
der Schwenkachse 106, d.h. senkrecht zum Teilzylinder enden.