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Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für den Fahrgastraum eines Fahrzeugs und insbesondere eine Luftmischvorrichtung zum Mischen kalter und warmer Luft, die durch einen Luftkanal strömt.
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Es ist bekannt, kalte und warme Luftströme in einer Klimaanlage für ein Fahrzeug zur Steuerung der Temperatur der Luft zu mischen, die in den Fahrgastraum geblasen wird. Da der Aufbau einer solchen Klimaanlage kompakt sein soll, besteht die Notwendigkeit, kalte und warme Luft innerhalb eines kleinen Volumens zu mischen. Dies ist jedoch schwierig, weil zwei getrennte Luftströme von kalter und warmer Luft die Tendenz haben, einen geschichteten Luftstrom zu bilden, der aufgrund der unterschiedlichen Dichte von kalter und warmer Luft aus einer Schicht kalter Luft und einer Schicht warmer Luft besteht. Dies führt zu einer inhomogenen Temperaturverteilung in der in den Fahrgastraum strömenden Mischluft.
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DE 10 2004 037 703 A1 beschreibt eine Klimaanlage, bei der die im Luftkanal angeordnete Heizeinrichtung mit einer Umhüllung versehen ist, durch die gegenüberliegende, die Heizeinrichtung umgehende Bypasskanäle für Faltluft ausgebildet werden, wobei in den Bypasskanälen Klappen zum Steuern des Luftdurchtritts angeordnet sind. In der gleichen Weise sind auf der stromabwärts der Heizeinrichtung geschlossenen Umhüllung Klappen in der Umhüllung zum Freigeben eines Querschnitts für Warmluft vorgesehen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Luftmischvorrichtung vorzuschlagen, mittels der getrennte Luftströme innerhalb eines kleinen Volumens gut durchmischt werden können, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass die zwei getrennten Luftströme mittels zweier Mischelemente, die einen Spalt zwischen sich bilden, gegeneinander geleitet werden, kreuzen sich die Luftströme im Bereich des Spaltes innerhalb eines kleinen Volumens, sodass gut durchmischte Luft den Spalt zwischen den zwei Mischelementen verlässt. Durch Verschieben der beiden Mischelemente relativ zu einer stationären Trennwand zwischen den beiden Luftströmen oder durch Verschieben der Trennwand relativ zu stationär angeordneten Mischelementen kann der Öffnungs- und Schließgrad der getrennten Luftkanäle eingestellt werden.
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Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 in einem schematischen Längsschnitt eine Klimaanlage im Zustand des Luftmischens,
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2 die Klimaanlage nach 1 im Zustand maximalen Kühlens,
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3 die Klimaanlage im Zustand maximalen Heizens,
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4–8 Ausführungsformen der Mischelemente in einer perspektivischen Ansicht von vorne,
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9 die Mischelemente in einer Rückansicht,
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10 eine Vorderansicht einer anderen Form einer Mischvorrichtung,
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11 eine weitere Ausführungsform einer Mischvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von vorne,
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12 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform,
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13 einen Längsschnitt der Ausführungsform von 8, und
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14 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Luftmischvorrichtung in einer Klimaanlage.
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In 1 bis 3 bildet ein Gehäuse 1 einer Klimaanlage einen Luftkanal 2, auf dessen stromabwärtiger Seite verschiedene Auslässe 2a, 2b und 2c ausgebildet sind, welche zu verschiedenen Bereichen im Fahrgastraum führen. Drehbare Klappen 1a bis 1c sind zum Öffnen und Schließen der Auslässe 2a bis 2c vorgesehen. Eine Kühleinrichtung 3, beispielsweise ein Verdampfer oder ein kühlender Wärmetauscher, ist in dem Luftkanal 2 zum Kühlen der hindurchströmenden Luft vorgesehen. Eine Heizeinrichtung 4 zum Heizen der durch sie hindurchströmenden Luft ist in einem Abstand stromabwärts von der Kühleinrichtung 3 positioniert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Heizeinrichtung 4 einen heizenden Wärmetauscher 4 und ein Hilfsheizelement 4a wie beispielsweise ein PTC-Heizelement. Zwischen Kühleinrichtung 3 und Heizeinrichtung 4 zweigt ein Bypasskanal 5 auf der oberen und der unteren Seite der Heizeinrichtung 4, 4a in der Weise ab, dass wenigstens ein Teil der von der Kühleinrichtung 3 kommenden Luft die Heizeinrichtung 4, 4a umgehen kann. Die Heizeinrichtung 4, 4a ist in einer Umhüllung 6 angeordnet. Die innere Seitenwand der beiden Bypasskanäle 5 wird durch die Außenseite der Umhüllung 6 und die äußere Seitenwand durch das Gehäuse 1 gebildet. Die Umhüllung 6 weist eine etwa kreisförmige axiale Verlängerung 6a auf der stromabwärtigen Seite aus, die einen Auslass 6b für die von der Heizeinrichtung 4, 4a kommende warme Luft bildet. Auf der Außenseite dieser Verlängerung 6a gehen die beiden Bypasskanäle 5 in einen ringförmigen Luftdurchtritt über, der einen ringförmigen Auslass der Bypasskanäle bildet.
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Stromabwärts von den Bypasskanälen 5 für Kaltluft und stromabwärts von dem Auslass 6b für warme Luft ist eine Luftmischvorrichtung vorgesehen, die bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ein erstes, äußeres Mischelement 7 und ein zweites, inneres Mischelement 8 umfasst, das innerhalb des rahmenförmigen äußeren Mischelementes 7 so angeordnet ist, dass ein Spalt 9 zwischen den beiden Mischelementen gebildet wird, durch den gemischte kalte und warme Luft die Mischvorrichtung verlässt, wie durch Pfeile x angedeutet.
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Das innere Mischelement 8 hat die Form einer Scheibe. Ein Vorsprung 8a ist in der Mitte des scheibenähnlichen Mischelementes 8 vorgesehen, wobei eine Luftführungsfläche 8b zwischen dem Vorsprung 8a und dem äußeren Umfang der Scheibe derart gekrümmt ausgebildet ist, dass die warme Luft radial nach außen in den Bereich vor dem Spalt 9 geführt wird. Das äußere Mischelement 7 hat bei diesen Ausführungsformen die Form eines Rings wie in 5 bis 9 gezeigt.
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Auf dem äußeren Umfang des äußeren Mischelements 7 ist ein zylindrischer Mantel 7a vorgesehen, der in einem ringförmigen Teil 1d des Gehäuses 1 geführt ist. Eine Luftführungsfläche 7b des äußeren Mischelementes 7 ist so gekrümmt, dass die durch die Bypasskanäle 5 strömende kalte Luft radial nach innen in den Bereich vor dem Spalt 9 geleitet wird, wie dies durch den Querschnitt des Mischelements 7 in 1 wiedergegeben ist.
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Die radiale Breite des ringförmigen Spalts 9 wird durch den Abstand zwischen dem Außendurchmesser des inneren Mischelements 8 und dem Innendurchmesser des äußeren Mischelements 7 begrenzt. Die beiden Mischelemente 7 und 8 sind in 1 bis 13 relativ zueinander in Achsrichtung verschiebbar, um die Breite des Luftdurchlasses in Form des Spaltes 9 in axialer Richtung zu steuern und den Öffnungs- oder Schließgrad der Bypasskanäle 5 und des Auslasses 6b der Umhüllung 6 zu verändern. Auf diese Weise kann die Temperatur der gemischten Luft, die durch den Spalt 9 ausströmt, durch die Menge an kalter Luft im Verhältnis zu der Menge an warmer Luft und umgekehrt eingestellt werden.
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Der Außendurchmesser des inneren Mischelementes 8 ist etwas größer als der Innendurchmesser des Auslasses 6b für warme Luft, sodass das innere Mischelement 8 in Achsrichtung zum Schließen des Auslasses 6b verstellt werden kann, wie dies 2 zeigt. Der Innendurchmesser des ringförmigen äußeren Mischelementes 7 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der Verlängerung 6a der Umhüllung 6, sodass das äußere Mischelement 7 zum Schließen der Bypasskanäle 5 in Achsrichtung verschoben werden kann, wie dies 3 zeigt, wobei der Innenrand des äußeren Mischelementes 7 an der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 anliegt. Diese Verlängerung 6a der Umhüllung 6 bildet eine Trennwand zwischen dem Durchtritt für kalte Luft in Form der Bypasskanäle 5 und dem Durchtritt für warme Luft in Form des Auslasses 6b. Zum Verschieben der beiden Mischelemente ist eine Versteileinrichtung in Form eines Zahnrades 10 vorgesehen, das mit einer Zahnstange 11, die mit dem inneren Mischelement 8 verbunden ist, und einer weiteren Zahnstange 12 in Eingriff steht, die über Streben 13a mit dem äußeren Mischelement 7 verbunden ist. Die Zahnstange 11 ist in einem etwa rechteckigen Gehäuse 13 geführt, wie 9 zeigt, dessen eine Seite als Zahnstange 12 ausgebildet ist. Das Zahnrad 10 ist auf einer Welle 10a fest angebracht, die sich in Querrichtung durch das Gehäuse 1 erstreckt und durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung verdrehbar ist. Die Welle 10a kann in Lagern im Gehäuse 1 drehbar gehalten sein.
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1 zeigt den Luftmischzustand der Klimaanlage, wobei ein Teil der kalten Luft durch die beiden Bypasskanäle 5 in den Mischbereich zwischen den beiden Mischelementen und warme Luft durch die Umhüllung 6 in den Mischbereich strömt. Ein Teil der kalten Luft von der Kühleinrichtung 3 strömt durch die Heizeinrichtung 4 und wird erwärmt. Die beiden Ströme kalter und warmer Luft werden im Mischbereich zwischen den beiden Mischelementen gegeneinander gerichtet, wie dies durch Pfeile in 1 wiedergegeben ist, sodass die beiden zunächst getrennten Luftströme innig vermischt werden. Die gemischte Luft strömt aus der Mischvorrichtung durch den Spalt 9 aus, wie durch Pfeile X angedeutet.
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Beide Mischelemente 7 und 8 haben eine kurze axiale Erstreckung oder Abmessung, sodass der Mischvorgang der beiden Luftströme innerhalb eines kleinen Volumens stattfinden kann. Die stromabwärtige Seite der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 hat eine gewisse radiale Erstreckung bzw. Dicke wegen des Unterschieds zwischen Außen- und Innendurchmesser. Die radiale Dicke des Endes der Verlängerung 6a entspricht etwa der radialen Breite des Spalts 9. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich Rippen 6c in Achsrichtung, die in radialer Richtung einen Abstand voneinander haben, um die radiale Abmessung der stromabwärtigen Seite der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 auszubilden. Diese radial beabstandeten Rippen 6c unterstützen das Vermischen der beiden Luftströme im Mischbereich vor dem Spalt 9.
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2 zeigt die Klimaanlage im Zustand maximalen Kühlens, wobei das innere Mischelement 8 durch Verdrehen des Zahnrads 10 so nach links verschoben ist, dass der Auslass 6b der Umhüllung 6 geschlossen ist. In dieser Stellung kann keine warme Luft in den Mischbereich einströmen und die gesamte kalte Luft wird durch die Bypasskanäle 5 geleitet. Das äußere Mischelement 7 ist gleichzeitig nach rechts durch Drehung des Zahnrads 10 so verschoben, dass der Spalt 9 zwischen den beiden Mischelementen eine maximale Breite in Achsrichtung hat, die durch das Ende der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 und den Innendurchmesser des äußeren Mischelementes 7 begrenzt wird.
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3 zeigt die Stellung der beiden Mischelemente im Zustand maximalen Heizens, wobei das äußere Mischelement 7 stromaufwärts so verschoben ist, dass die Bypasskanäle 5 durch das äußere Mischelement 7 geschlossen sind, während das innere Mischelement 8 gleichzeitig stromabwärts so verschoben ist, dass der Spalt 9 zwischen den beiden Mischelementen eine maximale Breite in Achsrichtung hat und nur warme Luft zu den Auslässen 2a bis 2c des Gehäuses 1 strömen kann. In 3 ist nur die Klappe 1a geöffnet, um die gesamte warme Luft zu einem Auslass zu leiten, der beispielsweise nahe der Windschutzscheibe des Fahrgastraums angeordnet ist.
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Im Mischzustand nach 1 haben die beiden Mischelemente 7 und 8 hauptsächlich eine Mischfunktion und die Funktion des Einstellens des Öffnungsgrades des Auslasses 6b und der Bypasskanäle 5, während im Zustand maximalen Kühlens nach 2 und im Zustand maximalen Heizens nach 3 die beiden Mischelemente zusätzlich die Funktion einer Klappe zum Öffnen und Schließen des Luftdurchtritts haben. Auf diese Weise kann der Aufbau der Klimaanlage sehr kompakt ausgebildet werden.
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1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform der Luftführungsflächen 7b und 8b der beiden Mischelemente 7 und 8, die glatt ausgebildet sind. Dies ist auch in 4 am äußeren Mischelement 7 und in 5 am inneren Mischelement 8 dargestellt. Eine zweite Ausführungsform ist in 4 wiedergegeben, wobei spiralförmig verlaufende Führungsrippen oder Leitflächen 14 auf der Vorderseite des inneren Mischelementes 8 vorgesehen sind, die die warme Luft von der Heizeinrichtung 4 nicht nur radial nach außen, sondern auch in Umfangsrichtung leiten, um die Vermischung mit der kalten Luft zu verbessern, die durch die gekrümmte Fläche des äußeren Mischelementes 7 radial nach innen geleitet wird.
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5 zeigt eine dritte Ausführungsform, wobei die Führungsrippen 15 nur an dem äußeren Mischelement 7 vorgesehen sind, die sich von dem äußeren Umfang zum inneren Umfang in einer gekrümmten Form derart erstrecken, dass die kalte Luft nicht nur radial nach innen, sondern auch in Umfangsrichtung in den Bereich des Spaltes 9 geleitet wird. Die Luftführungsfläche 8b des inneren Mischelementes 8 ist bei dieser Ausführungsform glatt ausgebildet.
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6 zeigt eine vierte Ausführungsform, wobei die Luftführungsrippen 14 und 15 an beiden Mischelementen in entgegengesetzte Umfangsrichtung verlaufen, sodass die beiden Luftströme in Umfangsrichtung gegeneinander geleitet werden, wobei die kalten und warmen Luftströme innig vermischt werden, bevor sie den Spalt 9 verlassen.
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7 zeigt eine fünfte Ausführungsform, wobei die beiden Mischelemente mit den Luftführungsrippen 14a und 15 derart versehen sind, dass die beiden Gruppen von Luftführungsrippen die Luftströme in die gleiche Umfangsrichtung leiten. Auf diese Weise erhält der Luftstrom aus vermischter kalter und warmer Luft einen Drall, wenn er durch den Spalt 9 austritt.
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8 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform, wobei ein Abzweigkanal 16 ausgebildet ist, der integral mit dem äußeren Mischelement 7 ausgebildet sein kann oder am äußeren Umfang des äußeren Mischelements befestigt sein kann. Dieser Abzweigkanal 16 ist vorzugsweise zwischen zwei Luftführungsrippen 15 positioniert, wobei die Luftführungsfläche 16a zwischen den beiden Führungsrippen eine solche Form hat, dass die Innenwand des Bypasskanals 5 in den Abzweigkanal 16 verlängert wird, damit kalte Luft durch den Abzweigkanal 16 zu einem nicht dargestellten Auslass des Gehäuses 1 geleitet werden kann, der für einen speziellen Kühlzweck vorgesehen ist. Die Position des Abzweigkanals 16 auf dem Umfang ist vorzugsweise im Bereich eines Bypasskanals 5 vorgesehen. Das Abzweigen von kalter Luft durch den Abzweigkanal 16 kann unabhängig von der Mischstellung des äußeren Mischelementes 7 vorgesehen sein. 13 zeigt das äußere Mischelement 7 im Zustand maximalen Kühlens, wobei der Auslass 6b für warme Luft durch das innere Mischelement 8 geschlossen ist.
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Es ist auch möglich, zwei oder mehrere solcher Abzweigkanäle 16 vorzusehen, die vom Außenumfang des äußeren Mischelementes 7 wegführen.
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Das Ausführungsbeispiel in den 4 bis 9 weist kreisförmige Mischelemente 7 und 8 auf. Es ist aber auch möglich, dass das äußere Mischelement 7' beispielsweise eine rechteckige Form hat, wobei das innere Mischelement 8' die Form einer etwa rechteckigen Platte haben kann, wie dies schematisch in einer Vorderansicht in 10 wiedergegeben ist. Mit 8a' ist eine langgestreckte Erhöhung bezeichnet, die dem Vorsprung 8a in 1 entspricht. Bei dieser Ausführungsform haben die beiden Mischelemente 7' und 8' ebenfalls gekrümmte Luftführungsflächen und sie sind relativ zueinander beweglich, um die Breite des Spaltes 9 zu steuern und den Luftdurchtritt für kalte und warme Luft freizugeben und zu schließen. Anstelle einer rechteckigen kann auch eine ovale Form des äußeren Mischelements 7' und des Spaltes 9 in Verbindung mit einem ovalen inneren Mischelement 8 vorgesehen werden.
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11 zeigt in einer perspektivischen Vorderansicht eine weitere Ausführugsform, wobei das äußere Mischelement zwei lang gestreckte Mischelemente 70a und 70b umfasst, die auf den beiden Seiten eines lang gestreckten inneren Mischelementes 80 angeordnet sind, das vorzugsweise einen etwa V-förmigen Querschnitt hat. Auf diese Weise werden zwei Spalte 9a und 9b zwischen dem inneren und den beiden äußeren Mischelementen gebildet. An den Enden der Mischelemente sind Seitenwände 71 vorgesehen, welche die beiden äußeren Mischelemente 70a und 70b miteinander verbinden.
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Die beiden Luftspalte 9a und 9b können an der oberen und an der unteren Seite entsprechend den Auslässen der beiden Bypasskanäle 5 in den 1 bis 3 vorgesehen sein. Diese Spalte 9a und 9b können durch ein ovales inneres Mischelement und entsprechend gekrümmte äußere Mischelemente auch eine gekrümmte Form haben. Die Form eines einzelnen etwa ringförmigen Spalts 9 oder zweier Spalte 9a, 9b kann an die Form des Auslasses der Bypasskanäle 5 angepasst sein.
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Es ist auch möglich, nur einen Bypasskanal 5 vorzusehen, der die Heizeinrichtung 4 umgeht. Bei einer solchen Ausführungsform kann nur der obere Teil der Mischvorrichtung in den 1 bis 3 vorgesehen sein, wobei das obere Mischelement dem oberen Teil des Mischelements 7 und das untere Mischelement etwa der oberen Hälfte des Mischelements 8 in 1 entspricht. Hierbei kann das untere Mischelement den gesamten Auslass 6b der Umhüllung 6 verschließen bzw. abdecken.
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Bei einer solchen Ausführungsform ist es auch möglich, einen Abzweigkanal ähnlich dem Abzweigkanal 16 an dem inneren Mischelement 8 vorzusehen, um warme Luft zu einem Auslass des Gehäuses abzuzweigen.
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12 zeigt eine Ausführungsform mit einem ersten Kanal 50 entsprechend einem Bypasskanal 5 und einem zweiten Kanal 40 entsprechend einem von der Heizeinrichtung 4 kommenden Warmluftkanal, wobei die beiden Kanäle 40 und 50 durch eine Trennwand oder ein Element 60 voneinander getrennt sind, das ein stromabwärtiges Ende 60a aufweist, dessen Dickenabmessung im Wesentlichen der Breite des Spaltes 9 zwischen dem ersten Mischelement 7 und dem zweiten Mischelement 8 entspricht, die in axialer Richtung des Luftkanals 2 gleichzeitig oder unabhängig voneinander verstellt werden können, sodass der Öffnungs- und Schließgrad jedes Kanals 40, 50 durch Verstellen der Mischelemente 7 und 8 in Pfeilrichtung eingestellt werden kann.
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Die beiden Kanäle 40 und 50 haben im Mischbereich einen Auslass 40a und 50a, der durch die verschiebbaren Mischelemente 7 und 8 freigegeben und geschlossen werden kann.
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Die beiden Auslässe 40a und 50a können eine unterschiedliche Gestalt und/oder Größe haben. In einem solchen Fall ist das Mischelement, das als Klappe für den betreffenden Auslass dient, der Form des Auslasses angepasst.
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14 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Luftmischvorrichtung in einer Klimaanlage entsprechend der in 1 bis 3, wobei das innere und äußere Mischelement 7 und 8 stationär angeordnet oder im Gehäuse 1 fest angebracht sind. Zum Einstellen des Öffnungsgrades des Auslasses der Bypasskanäle 5 und des Warmluftauslasses 6b sind Ringelemente 100 und 200 in Achsrichtung verstellbar vorgesehen, wobei das äußere Ringelement 100 beispielsweise auf dem Außenumfang der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 und das innere Ringelement 200 auf dem Innenumfang der Verlängerung 6a durch eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung verschiebbar ist. Die beiden Ringelemente 100 und 200 können gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen verstellt werden wie die Mischelemente in 1 oder sie können unabhängig voneinander verstellt werden.
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Im Mischzustand der Klimaanlage in 14 sind die beiden ringförmigen Elemente 100 und 200 so positioniert, dass das stromabwärtige Ende jedes Ringelements im Wesentlichen mit dem stromabwärtigen Ende der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 ausgerichtet ist, sodass der Auslass der Bypasskanäle 5 und der Auslass 6b für die warme Luft zwischen dem inneren Mischelement 8 und dem stromabwärtigen Ende der Verlängerung 6a der Umhüllung 6 maximal offen sind.
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Im Zustand maximalen Kühlens ist das innere Ringelement 200 in Achsrichtung auf die stromabwärtige Seite so verschoben, dass das stromabwärtige Ende des Ringelementes 200 an dem äußeren Rand des inneren Mischelementes 8 anliegt, sodass der Durchlass für warme Luft geschlossen ist.
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Im Zustand maximalen Heizens befindet sich das innere Ringelement 200 in der in 14 wiedergegebenen Stellung, während das äußere Ringelement 100 in Achsrichtung zur stromabwärtigen Seite so verstellt ist, dass das stromabwärtige Ende des Ringelementes 100 an dem inneren Rand des äußeren Mischelements 7 anliegt.
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Die beiden Ringelemente 100 und 200 haben die Funktion von axial verstellbaren Trennwänden zwischen kalter und warmer Luft, die auch in einer Luftmischvorrichtung nach 12 vorgesehen sein können, wenn die Mischelemente 7 und 8 stationär vorgesehen sind.
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Bei der Ausführungsform nach 12 können die Mischelemente 7 und 8 stationär angeordnet sein, wobei das Trennelement 60 zwischen den beiden Kanälen 40 und 50 z. B. zweiteilig so ausgebildet werden kann, dass die in 12 durch gestrichelte Linien angedeuteten Teile 60a und 60b relativ zueinander in Achsrichtung des Luftkanals 2 verstellt werden können, um die Auslässe 40a und 50a zu öffnen und zu schließen.
