DE102007014836B4

DE102007014836B4 - Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen

Info

Publication number: DE102007014836B4
Application number: DE102007014836.6A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Richter Gerald; Dipl.-Ing. Malig Christoph; Dipl.-Ing. Degenhardt Olaf
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: US7879122B2; JP2008230597A; US20080229721A1; JP4895051B2; DE102007014836A1

Abstract

Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen, in Luftströmungsrichtung (5) aufweisend einen Luftfilter (1), ein Gebläserad (2) und einen Abströmkanal (7), dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsleiteinrichtung (8) als Gehäuse vorgesehen ist, die das Gebläserad (2) und den Abströmkanal (7) derart umschließend aufnimmt, dass das Gebläserad (2) sowohl von seiner Oberseite (4) als auch von seiner Unterseite (3) Luft vom Luftfilter (1) erhaltend zweiflutig ausgebildet ist, wobei die Gebläseachse (6) abweichend von der Strömungsrichtung (5) ausgerichtet ist und dass der Luftfilter (1) stetig keilförmig oder unstetig stufenförmig und an die Schrägstellung der Gebläseachse (6) angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen, welche der Reinigung und Bereitstellung eines Luftvolumenstromes für die Belüftung von Fahrzeugen dient.
Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um in Fahrzeugbelüftungsanlagen sicherzustellen, dass die in der Fahrzeugklimaanlage behandelte Luft vor der thermischen Luftbehandlung mechanisch soweit vorgereinigt wird.
Im Stand der Technik sind verschiedene Anlagentypen bekannt. In bisherigen Anwendungen wurde der Luftfilter häufig im Bereich des Windlaufes im Motorraum angeordnet. Dies beinhaltet, dass im Umluftbetrieb angesaugte Luft aus der Fahrzeugkabine nicht mitgefiltert wurde. Besonders nachteilig an dieser Lösung ist, dass es verstärkt zu einer Verschmutzung des Verdampfers und damit verbunden zu einer erhöhten Geruchsbelästigung durch die entstehenden Ablagerungen am Verdampfer und am Heizungswärmeübertrager kommt. Vom Luftstrom mitgerissene Partikel können die Wärmeübertrager auch mechanisch durch ihre abrasive Wirkung beeinträchtigen.
In modernen Fahrzeugbelüftungsanlagen ist die Anordnung eines Luftfilters direkt vor dem Gebläse üblich. Diese Variante der Anordnung des Luftfilters vor dem Gebläserad ist in 5 als Ausgestaltung nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei wird, im Unterschied zur vorangehend beschriebenen Variante, auch die Luft aus dem Umluftbetrieb gefiltert, jedoch bestehen Nachteile bei dieser Ausgestaltung in den zu großen Bauraumabmessungen dieser Anlagen.
Die Anordnung des Luftfilters direkt vor dem Gebläserad führt zu einer begrenzten Nutzung der insgesamt zur Verfügung stehenden Filterfläche bei gleichzeitigem Druckverlustanstieg, da der größte Teil der angesaugten Luft im Bereich über der Gebläseradöffnung durch den Luftfilter eingesaugt wird und über die Randbereiche nur stark vermindert Luft strömt. Zudem beschränkt die konstante Höhe des Filters die optimale Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes.
Bei einer Anordnung des Filters hinter dem Gebläse entfällt der Schutz des Laufrades des Gebläses vor großen Schmutzpartikeln, was zu einer Beschädigung des Laufrades führen kann. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden in der Regel Schutzgitter vor dem Gebläserad angeordnet, wodurch zusätzliche Aufwendungen erforderlich sind.
Aus der DE 37 40 133 C2 ist eine Belüftungseinrichtung für Fahrzeuge bekannt, wobei die Schmutzsammeleinrichtung als Auffangwanne ausgebildet ist, die am Luftfilter gehalten und zusammen mit diesem entnehmbar ist.
Die DE 100 12 972 C1 offenbart eine Belüftungsvorrichtung für Fahrzeuge, bei welcher zur Erzielung einer kompakten Bauweise bei guter Zugänglichkeit des Luftfilters zwecks Filterwechsels in der oberen und/oder in der unteren Gehäusewand des Ansauggebläses eine Filterwechselöffnung vorgesehen ist.
In der DE 196 03 456 A1 ist eine Innenluft- und Außenluft-Schalteinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage offenbart. Dabei ist ein Filter im Hinblick darauf angeordnet, unter einem rechten Winkel einen Luftstrom von einem Innenluft-Einlass und einem Außenluft-Einlass aus zu einem Einlassanschluss zu kreuzen. Der Filter ist aus einem Filterelement hergestellt, das in einer gewellten Gestalt durch Falten gebildet ist und das so deformierbar ist, dass die Breite des Filters in Achsrichtung des Drehschiebers verkürzt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gesamten in die Klimaanlage eintretenden Luftstrom zu filtern und gleichzeitig eine Reduktion des Druckverlustes und eine Verlängerung der Filterstandzeiten zu erreichen. Insbesondere soll der zusätzliche Einsatz eines Schutzgitters bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen gelöst, welche in Luftströmungsrichtung einen Luftfilter, ein Gebläserad und einen Abströmkanal aufweist. Die Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsleiteinrichtung für die Luft in Form eines Gehäuses vorgesehen ist, welches das Gebläserad und den Abströmkanal derart umschließend angeordnet ist, dass das Gebläserad sowohl von seiner Oberseite als auch von seiner Unterseite Luft vom Luftfilter erhaltend zweiflutig ausgebildet ist.
Dabei wird konzeptionell die Anordnung des Filters vor dem Gebläserad realisiert. Durch die Anordnung des Filters direkt vor dem Gebläserad bei gleichzeitiger Umströmungsmöglichkeit des Abströmkanals für die einströmende Luft in der Strömungsleiteinrichtung wird erreicht, dass auch die Randbereiche des Filters effektiv durch diesen weiteren Strömungspfad durchströmt werden. Der Einsatz der Strömungsleiteinrichtung, welche in Form eines das Gebläse und den Abströmkanal vollständig aufnehmenden Gehäuses ausgebildet ist, ermöglicht letztlich die Ausbildung eines zweiflutigen Gebläses, welches sowohl von der Oberseite des Gebläserades als auch von der Unterseite des Gebläserades Luftströme aufnimmt und über den Abströmkanal abführt.
Der Strömungspfad der Luft wird erfindungsgemäß durch eine Strömungsleiteinrichtung in Form eines Gehäuses begrenzt. Die Luft strömt über den Filter zunächst in das Gehäuse ein. Der Luftstrom über der Oberseite des Gebläserades strömt direkt von der Oberseite des Gebläserades in den Abströmkanal. Der restliche Luftstrom umströmt den Abströmkanal und gelangt an der Unterseite des Gebläserades in dessen Wirkungsbereich und anschließend in den Abströmkanal. Somit besteht ein direkter Strömungspfad zur Oberseite und ein zunächst gleichgerichteter und später umgelenkter, indirekter Strömungspfad zur Unterseite des Gebläserades. Das Anströmen der Luft zu beiden Seiten des Gebläserades wird als zweiflutige Funktionsweise bezeichnet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Gebläseachse abweichend von der Achse der Strömungsrichtung der Luft ausgerichtet. In besonders vorteilhafter Weise ist eine erfindungsgemäße Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen ausgebildet, wenn die Gebläseachse in einem Winkel α zwischen 8° und 12° von der Achse der Strömungsrichtung abweichend ausgebildet ist. Nach den vorliegenden Untersuchungen ist eine Neigung der Gebläseachse in einem Winkel α von 10° zur Achse der Strömungsrichtung der Luft besonders vorteilhaft.
Die Filterfläche und damit die Standzeit des Filters können durch vorteilhafte Ausführungsformen des Filters unter optimaler Nutzung des Bauraumes bei dieser Anordnung zusätzlich erhöht werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Filter variable Faltenhöhen aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Luftfilter stetig keilförmig und an die Schrägstellung der Gebläseachse angepasst ist. Eine alternative Ausgestaltungsform dazu sieht vor, dass der Luftfilter unstetig stufenförmig und an die Schrägstellung der Gebläseachse angepasst ist. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, wenn der Luftfilter in drei Stufen unstetig stufenförmig ausgebildet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftfilter- und Gebläsevorrichtung mit einem Luftfilter ausgestattet, der im Bereich der Oberseite des Gebläserades eine größere Höhe aufweist als im Bereich der Durchströmung der Luft für die Unterseite des Gebläserades.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn der Luftfilter aus gefaltetem Papier ausgebildet ist, was eine besonders kosteneffiziente Ausführung des Luftfilters ermöglicht.
Durch die Schrägstellung der Gebläseachse sind signifikante Verbesserungen in zweierlei Hinsicht erreichbar. Zum Ersten wird der Bauraum verringert, weil in der vorgesehenen Weise der Luftfilter näher an dem Gebläseeintritt ausgebildet werden kann. Dabei wird die Anströmfläche des Filters nicht nur durch die unmittelbar wirkenden Kräfte auf die Strömung von der Oberseite des Gebläserades erfasst, sondern in gleicher Weise durch die Strömung von der Unterseite des Gebläserades.
Die Filterfläche und damit die Standzeit des Filters kann durch bestimmte Ausführungsformen des Filters zur optimalen Nutzung des Bauraumes bei dieser Anordnung erhöht werden. Insbesondere ist damit die Nutzung variabler Faltenhöhen möglich. Die Faltenhöhe kann dabei zum Beispiel linear mit der Länge abnehmen, was zu einem keilförmigen Filter führt oder aber auch konvex oder konkav verlaufen. In Verbindung mit der Schrägstellung des Gebläses ist zum Beispiel die keilförmige Form des Filters besonders vorteilhaft. Vereinfacht ist auch die stufenförmige Gestaltung des Filters vorteilhaft möglich.
Nachfolgend wird der Funktionsablauf der Anlage beschrieben. Zunächst wird die Luft in üblicher Weise durch ein Klappensystem zum Filter geführt. Nachfolgend durchströmt die Luft den Luftfilter über seiner gesamten Fläche und tritt in die Strömungsleiteinrichtung ein. Durch die Öffnungen des als Radiallüfter ausgeführten zweiflutigen Gebläses von der Ober- und der Unterseite wird die Luft anschließend im Unterschied zu den Ausgestaltungen nach dem Stand der Technik nicht nur von oben dem Gebläserad und dem Abströmkanal zugeführt, sondern auch von unten eingesaugt, nachdem der nicht an der oberen Gebläseradseite angesaugte Teilluftstrom den Abströmkanal umströmt hat und von unten in das Gebläserad eintritt.
Besonders vorteilhaft bei der dargestellten Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die effektive Nutzung der gesamten Filterfläche bei gleichzeitiger Reduktion des Druckverlustes durch den Filter möglich wird. Besonders hervorzuheben ist weiterhin, dass für die Filteranordnung nur ein geringer Bauraum erforderlich ist und weiterhin eine Steigerung des Gebläsewirkungsgrades durch Ansaugen von beiden Laufradseiten, der Oberseite und der Unterseite, möglich ist. Letztlich führt die Vergrößerung der effektiven Filterfläche auch zu einer Steigerung, beziehungsweise Verlängerung, der Filterstandzeit und zu einer Verbesserung der Filterleistung. Dies wird im Wesentlichen verursacht durch die Schrägstellung des Gebläsemotors zur verbesserten Verdampferanströmung bei unterschiedlicher Lage von Gebläsemotor zu Verdampfer. Der Abstand zwischen dem Filter und dem Gebläseeinlauf liegt bevorzugt zwischen 3 und 15 Millimeter und die Filterhöhen liegen zwischen 10 und 40 Millimeter.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Luftfilter- und Gebläsevorrichtung mit schräggestellter Gebläseachse und konstanter Filterhöhe im Querschnitt,
2: Luftfilter- und Gebläsevorrichtung mit schräggestellter Gebläseachse und keilförmig ausgebildetem Filter im Querschnitt,
3: Luftfilter- und Gebläsevorrichtung mit schräggestellter Gebläseachse und stufenförmig ausgebildetem Filter im Querschnitt,
4: Luftfilter- und Gebläsevorrichtung in perspektivischer Darstellung,
5: Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach dem Stand der Technik.
In 1 ist eine Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen dargestellt, welche einen Luftfilter 1 und ein Gebläserad 2 mit zugehörigem Gebläsemotor 9 offenbart. Das Gebläserad 2 fördert die Luft unmittelbar in einen Abströmkanal 7, durch welchen die Luft schließlich den weiteren Elementen der Klimaanlage zugeführt wird. Der Abströmkanal umschließt das Gebläserad 2 entlang seines Umfangs und nimmt die axial dem Gebläserad 2 zuströmende und radial abströmende Luft auf.
Die in die Filtereinheit einströmende Luft gelangt in Strömungsrichtung 5 durch den gefalteten Filter 1 hindurch in die Gebläsevorrichtung. Unmittelbar den Luftfilter 1 aufnehmend, ist eine Strömungsleiteinrichtung 8 in Form eines Gehäuses ausgebildet, in welcher das Gebläse als Kombination von Gebläserad 2 und Gebläsemotor 9 als Unterkomponente mit der dargestellten Schrägstellung der Gebläseachse 6 eingebracht ist. Bei laufendem Gebläserad 2 wird die Luft durch den Luftfilter 1 angesaugt und zweiflutig sowohl direkt von oben als auch von unten axial in das Gebläserad 1 transportiert. Die den Luftfilter 1 passierenden Luftmengen, welche seitlich am Gebläserad 2 und am Abströmkanal 7 vorbeiströmen, gelangen schließlich über die Unterseite 3 des Gebläserades 2 in den Abströmkanal 7, wohingegen ein Teilstrom direkt von oben in das Gebläserad 2 gelangt.
In 2 ist eine weitere Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen dargestellt, welche im Unterschied zu der in 1 dargestellten Vorrichtung einen keilförmig ausgebildeten Filter 1 aufweist. Die keilförmige Ausbildung des Filters 1 führt zu einer Erhöhung der Filterfläche durch eine Verlängerung der einzelnen Filterpapierlamellen. Der durch das Gebläserad 2 erzeugte Ansaugdruck wird zunächst durch einen Luftvolumenstrom ausgeglichen, der unmittelbar an der Oberseite 4 des Gebläserades 2 einströmt. Sofern in dem Bereich die Filterhöhe nicht variiert wird, wird in erster Linie auf direktem Wege Luft durch den Filter 1 hindurch in das Gebläserad 2 und den Abströmkanal 7 gelangen. Sofern jedoch der Filterwiderstand an der unmittelbar der Oberseite 4 des Gebläserades 2 zugewandten Seite vergrößert wird, so wird korrespondierend dazu die Luft auch durch die Bereiche des Filters 1 verstärkt strömen, welche nicht unmittelbar der Unterseite 3 des Gebläserades 2 zugeordnet sind, Dadurch wird die Durchströmung des Filters verbessert und vergleichmäßigt.
Die Schrägstellung der Gebläseachse 6 führt weiterhin dazu, dass das Gebläse näher zum Filter 1 angeordnet werden kann. In 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt. Dabei ist der Filter 1 stufenförmig ausgebildet, sodass über diese Abstufungen eine Anpassung der Filterfläche an die schräg gestellte Lüfterachse gewährleistet ist.
Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen. Die Strömungsleiteinrichtung 8 ist in der perspektivischen Darstellung als Gehäuse für das Gebläse und den Abströmkanal 7 ausgebildet. In dieser Ansicht ist die Oberseite 4 des Gebläserades 2 zu sehen. Weiterhin sind die Bereiche für den Strömungspfad der Luft erkennbar, die an dem Abströmkanal 7 vorbei zur Unterseite des Gehäuses 8 gelangen und von dort von unten zur Unterseite 3 des Gebläserades 2. Diese Strömungspfade werden nach dieser Darstellung bevorzugt über die Eckbereiche des Gehäuses 8 führen. Der Gebläsemotor 9 liegt unter dem Gebläserad 2. Die Auflageflächen des Filters 1 in der Ausgestaltung als stufenförmiger Filter 1 sind an den Längskanten des Gehäuses 8 dargestellt.
In 5 schließlich ist der Stand der Technik dargestellt. Das Gebläse mit dem Gebläserad 2 und dem Gebläsemotor 9 ist einflutig und lediglich von der Oberseite anströmbar ausgebildet. Dies führt, als besonderer Nachteil, im Wesentlichen dazu, dass die Strömungsverteilung dann im Filter 1 in abgestufter Intensität zum Zentrum der Gebläseachse hin erfolgt. Außerdem ist der Bauraum für diese herkömmlichen Anordnungen sehr hoch, da man gewisse Synergien zur gemeinsamen Nutzung von Komponenten nicht mehr nutzen kann.
Bezugszeichenliste

1: Luftfilter
2: Gebläserad
3: Unterseite des Gebläserades
4: Oberseite des Gebläserades
5: Strömungsrichtung
6: Gebläseachse
7: Abströmkanal
8: Strömungsleiteinrichtung, Gehäuse
9: Gebläsemotor

Claims

Luftfilter- und Gebläsevorrichtung für Fahrzeugbelüftungsanlagen, in Luftströmungsrichtung (5) aufweisend einen Luftfilter (1), ein Gebläserad (2) und einen Abströmkanal (7), dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsleiteinrichtung (8) als Gehäuse vorgesehen ist, die das Gebläserad (2) und den Abströmkanal (7) derart umschließend aufnimmt, dass das Gebläserad (2) sowohl von seiner Oberseite (4) als auch von seiner Unterseite (3) Luft vom Luftfilter (1) erhaltend zweiflutig ausgebildet ist, wobei die Gebläseachse (6) abweichend von der Strömungsrichtung (5) ausgerichtet ist und dass der Luftfilter (1) stetig keilförmig oder unstetig stufenförmig und an die Schrägstellung der Gebläseachse (6) angepasst ist.
Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseachse (6) in einem Winkel α zwischen 8° und 12° von der Strömungsrichtung (5) ausgerichtet ist.
Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseachse (6) in einem Winkel α von 10° von der Strömungsrichtung (5) ausgerichtet ist.
Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfilter (1) in drei Stufen unstetig stufenförmig und an die Schrägstellung der Gebläseachse (6) angepasst ist.
Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfilter (1) im Bereich der Oberseite des Gebläserades (4) eine größere Höhe aufweist als im Bereich der Durchströmung für die Unterseite des Gebläserades (3).
Luftfilter- und Gebläsevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfilter (1) aus gefaltetem Filterpapier ausgebildet ist.