DE102007020724A1

DE102007020724A1 - Klimagerät für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007020724A1
Application number: DE200710020724
Authority: DE
Inventors: Gerald Richter; Thomas Ehlers; Mario Dr. Opiela
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2007-04-28
Filing date: 2007-04-28
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-29
Also published as: DE102007020724B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für Kraftfahrzeuge, mit dem Luft unterschiedlicher Temperatur gemischt und in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet werden kann, wobei Strömungskanäle umfasst sind, die dafür sorgen, dass die Einleitung von Luftströmen (3, 4) unterschiedlicher Temperatur so erfolgt, dass die Luftströme (3, 4) unterschiedlicher Temperatur in mindestens einen Bereich, in dem sie zusammengeführt werden, weitgehend parallel einströmen, und Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) für Luft, die zu unterschiedlichen Orten im Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll, in einer Weise benachbart angeordnet sind, dass die Projektion der Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) auf eine Querschnittsfläche des Strömungsweges, die in Strömungsrichtung unmittelbar vor den Abgriffen (12, 13, 14, 15, 16) liegt und die von den zusammengeführten Luftströmen (3, 4) durchströmt wird, weitgehend abdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für Kraftfahrzeuge, insbesondere zur Temperierung des Fahrzeuginnenraumes.
Stand der Technik
Unter Klimageräten im Sinne der Erfindung sind dabei Vorrichtungen zu verstehen, die durch Bereitstellung von mindestens zwei Luftströmen unterschiedlicher Temperatur und einer variierbaren Mischung dieser Luftströme die Einleitung von Luft mit einstellbarer Temperatur in den Fahrzeuginnenraum ermöglichen. Die Bereitstellung der Luftströme unterschiedlicher Temperatur erfolgt dabei in der Regel dadurch, dass ein Luftstrom über einen Wärmetauscher geleitet wird, wobei sich die Temperatur dieses Luftstroms entweder erhöht oder verringert, und ein zweiter Luftstrom beispielsweise ohne Passage eines derartigen Wärmetauschers bereitgestellt wird. Dieser zweite Luftstrom weist dabei in der Regel annähernd Umgebungstemperatur auf. Die verwendeten Wärmetauscher sind beispielsweise Bestandteil eines Kältekreislaufs einer Klimaanlage oder zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraumes in den Kühlkreis des Verbrennungsmotors integriert. Zur Erzielung einer gewünschten Temperatur der in den Fahrzeuginnenraum eingeleiteten Luft werden die beiden unterschiedlich temperierten Luftströme entsprechend gemischt, wobei in üblichen Klimageräten Mittel zur Beeinflussung des Mischungsverhältnisses umfasst sind. Diese Mittel zur Beeinflussung des Mischungsverhältnisses umfassen dabei in erster Linie bewegliche Klappen, mit denen Strömungsquerschnitte in von den Luftströmen durchströmten Bereichen variiert werden können.
In herkömmlichen Klimaanlagen erfolgt die Mischung der unterschiedlich temperierten Luftströme in einer Mischkammer, wobei die Strömungsquerschnitte der Einlässe für die unterschiedlich temperierten Luftströme durch entsprechende Klappen variiert werden können. Dadurch wird ein Volumenstromverhältnis vorgegeben, in welchem die unterschiedlich temperierte Luft in die Mischkammer einströmt. Des weiteren sind in der Mischkammer Abgriffe in Form von Öffnungen angeordnet, über die in der Mischkammer zur Verfügung stehende Mischluft abgegriffen und über entsprechende Strömungskanäle an Orte geleitet wird, an denen die wunschgemäß temperierte Luft in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet werden soll. Diese Orte der Einleitung befinden sich typischerweise im Fußbereich, im Bereich des Armaturenbrettes sowie in der Nähe der Frontscheibe eines Fahrzeuges, wobei Letzteres gleichzeitig der Enteisung der Frontscheibe und/oder der Kondensatvermeidung an der Innenseite der Frontscheibe dient.
Aufgrund der häufig eingeschränkten Baufreiheit im Fahrzeug ist einerseits die Mischkammer in Klimageräten häufig relativ kompakt ausgelegt und andererseits die Anordnung der Abgriffe für Mischluft derart realisiert, dass sich eine möglichst kurze Kanalführung zu den Orten der Einleitung der Luft in den Fahrzeuginnenraum ergibt. Diese Randbedingungen führen jedoch in herkömmlichen Klimageräten teilweise zu erheblichen Nachteilen. Aufgrund der kompakten Auslegung der Mischkammer kommt es ohne zusätzliche Beeinflussung des Strömungsverhaltens der in die Mischkammer eingeleiteten Luftströme bis zur Erreichung der einzelnen Abgriffe für Mischluft nicht zu einer vollständigen Durchmischung der in die Mischkammer eingeleiteten Luftströme. Damit verbunden ist eine inhomogene Temperaturverteilung innerhalb der Mischkammer, die sich in einer unterschiedlichen Temperierung der Mischluft an verschiedenen Orten innerhalb der Mischkammer äußert. Die von den jeweiligen Abgriffen in die zugehörigen Kanäle und zu den jeweiligen Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum geführte Luft hat demzufolge ebenfalls jeweils eine andere Temperatur. Diese sogenannte Temperaturschichtung wird jedoch von einzelnen Fahr zeugherstellern in Form von Spezifizierungen auf Maximalwerte begrenzt. Herkömmliche Klimageräte weisen ohne zusätzliche Maßnahmen zur Mischung der in die Mischkammer eingeleiteten Luftströme teilweise Temperaturschichtungen auf, die das vierfache der in den Spezifikationen festgeschriebenen Maximalwerte betragen können.
Als Maßnahmen zur Verbesserung der Mischung der in die Mischkammer eingeleiteten Luftströme sind Strömungsleitstrukturen bekannt, die zu einer stärkeren Verwirbelung der eingeleiteten Luftströme führen. Damit lässt sich die Temperaturverteilung innerhalb der Mischkammer zumindest im Bereich der Abgriffe in gewissem Maße homogenisieren. Eine derartige erzwungene Verwirbelung ist jedoch mit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes des Gesamtsystems sowie mit einer erhöhten Geräuschentwicklung und einem unerwünschten zusätzlichen Energieverbrauch verbunden.
Eine weitere bekannte Maßnahme zur Verringerung der Temperaturschichtung im Fahrzeuginnenraum bildet die Nutzung zusätzlicher Kanäle, über die warme oder kalte Luft gezielt zu einzelnen Auslässen geführt wird, wodurch eine gewisse Inhomogenität der Temperaturverteilung innerhalb der Mischkammer toleriert werden kann. Die Einführung zusätzlicher Kanäle ist jedoch mit einem erhöhten Aufwand und zusätzlichen Kosten verbunden und trägt häufig ebenfalls zur Erhöhung des Energieverbrauches und des Strömungswiderstandes eines derart ausgestatteten Klimagerätes bei.
Ein weiterer Nachteil der vorgestellten bekannten Systeme besteht darin, dass einer konstruktiv bedingten Temperaturschichtung häufig nur an bestimmten Arbeitspunkten des Klimagerätes definiert entgegengewirkt werden kann, da sich eine Veränderung der gewünschten eingeleiteten Luftmenge und die damit verbundene Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Klimagerätes auf Druckveränderungen innerhalb des Klimagerätes unterschiedlich stark auswirken, was zwangsläufig zu einer Veränderung der Mischungsverhältnisse innerhalb der Mischkammer und einer Veränderung der Druckverhältnisse vor den einzelnen Abgriffen führt. Dadurch müssen beispielsweise Kompensationsströme in den zusätzlichen Kanälen bei Veränderung des Gesamtdurchsatzes des Klimagerätes ebenfalls erneut an die geforderte Temperaturschichtung angepasst werden bzw. strömungsleitende Strukturen mit einer Veränderung des Gesamtdurchsatzes geometrisch verändert werden. Es liegt in der Natur der Sache, dass sich derart komplizierte Anpassungen mit überschaubarem Aufwand nur für wenige ausgewählte Arbeitspunkte kalibrieren lassen.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Klimagerät anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand, geringem Energieverbrauch und einer geringen Geräuschentwicklung bei unterschiedlichen Luftdurchsätzen eine vorgegebene Temperaturschichtung in einem Fahrzeuginnenraum realisieren kann.
Technische Lösung
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Klimagerät mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 14 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Klimagerätes.
Der Kern der Erfindung besteht darin, an den Abgriffen für Luft, die über unterschiedliche Kanäle zu den Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll, bewusst auf eine möglichst vollständige Durchmischung der Luftströme unterschiedlicher Temperatur zu verzichten und diese Durchmischung erst in den einzelnen Kanälen, die von den Positionen der Abgriffe zu den Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum führen, erfolgen zu lassen. Dazu werden erfindungsgemäß alle Abgriffe in einer Ebene angeordnet, welche von den eingeleiteten Luftströmen unterschiedlicher Temperatur durchströmt wird, wobei die Ebene so gewählt wird, dass sich in dieser Ebene eine Temperaturverteilung einstellt, die bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten nur geringen Schwankungen unterliegt. Dies ist auf jeden Fall in unendlich großem, zumindest jedoch ausreichend großem Abstand vom Ort der Zusammenführung der eingeleiteten Luftströme unterschiedlicher Temperatur gegeben, da dort eine vollständige Durchmischung der eingeleiteten Luftströme vorliegt. Diese Position lässt sich jedoch aus konstruktiven Gründen und den Erfordernissen einer kompakten Ausgestaltung von Einbaugeräten in Kraftfahrzeugen nicht nutzen. Eine weitere Position, an der sich eine zwar extrem inhomogene, jedoch stabile Temperaturverteilung einstellt, liegt in dem Bereich, in dem die eingeleiteten Luftströme unterschiedlicher Temperatur zusammengeführt werden, wenn die Einlässe, durch die die Einleitung der einzelnen Luftströme unterschiedlicher Temperatur erfolgt, dicht benachbart angeordnet sind. Die Kenntnis der Temperaturverteilung in der Ebene in der die Abgriffe angeordnet werden, ermöglicht es, die geometrische Begrenzung der einzelnen Abgriffe so zu gestalten, dass sich auch in den Eintrittsflächen der einzelnen Abgriffe eine bestimmte Temperaturverteilung einstellt. Wird die Ebene in der die Abgriffe angeordnet werden zudem so gewählt, dass sich über den von den einzelnen Abgriffen eingenommenen Flächenbereich eine konstante oder bekannte relative Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit einstellt, die sich nicht oder nur unwesentlich mit einer Variation der absoluten Strömungsgeschwindigkeit verändert, so sind die Volumenanteile der unterschiedlich temperierten Luftströme, die in die einzelnen Abgriffe einströmen, relativ genau festgelegt und vom Gesamtdurchsatz eines erfindungsgemäßen Klimagerätes weitgehend unabhängig.
Diese vorteilhaften Randbedingungen sind in Klimageräten gegeben, mit denen Luft unterschiedlicher Temperatur gemischt und in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet wird, wenn Strömungskanäle umfasst sind, die dafür sorgen, dass die Einleitung von Luftströmen unterschiedlicher Temperatur so erfolgt, dass die Luftströme unterschiedlicher Temperatur in mindestens einen Bereich, in dem sie zusammengeführt werden, weitgehend parallel einströmen und Abgriffe für Luft, die zu unterschiedlichen Orten im Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll, in einer Weise benachbart angeordnet sind, dass die Projektion der Öffnungen der Abgriffe auf eine Querschnittsfläche des Strömungsweges, die in Strömungsrichtung unmittelbar vor den Abgriffen liegt, und die von den zusammengeführten Luftströmen durchströmt wird, weitgehend abdeckt. Unter weitgehender Abdeckung sind dabei Ausführungen zu verstehen, bei denen die Öffnungen der Abgriffe nur durch Trennwände mit geringem Querschnitt bzw. kleine undurchlässige Flächenbereiche von einander getrennt sind, wodurch sich zwischen den einzelnen Öffnungen der Abgriffe oder um die Öffnungen herum keine nennenswerten Staueffekte ausbilden. Durch die weitgehende Identität zwischen der durchströmten Querschnittsfläche und der Projektion der Gesamtheit der Öffnungen der Abgriffe auf diese Querschnittsfläche kann bei Sicherstellung entsprechend geringer Strömungswiderstände gewährleistet werden, dass die einströmenden Luftströme ihren Strömungszustand weitgehend beibehalten, wenn sie in den Bereich der Abgriffe gelangen.
Vorteilhafte Wirkungen
Die Anforderungen an die beschriebenen geometrischen Ähnlichkeitsbeziehungen lassen sich erfindungsgemäß auf vorteilhafte Weise realisieren, wenn die Öffnungen der Abgriffe in einer Ebene liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Öffnungen der Abgriffe in einer Ebene liegen, die nahezu senkrecht durchströmt wird. In diesem Falle entspricht die Projektion der Öffnungen der Abgriffe auf die Querschnittsfläche des Strömungsweges weitgehend der tatsächlichen Form der Öffnungen der Abgriffe. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass in diesem Falle die einzelnen Bereiche der Öffnungen der Abgriffe, in die erfindungsgemäß unvollständig durchmischte Luft einströmen kann, in etwa den gleichen Abstand zum Ort der Zusammenführung der eingeleiteten Luftströme aufweisen können, was die Unabhängigkeit des erfindungsgemäßen Prinzips von der tatsächlichen absoluten Strömungsgeschwindigkeit erhöht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Öffnungen der Abgriffe zusammen einen rechteckigen Bereich abdecken und der Querschnitt, der von der zu mischenden Luft durchströmt wird, ebenfalls eine rechteckige Form aufweist. In diesem Fall kann durch die parallele Einleitung der unterschiedlich temperierten Luftströme eine Temperaturschichtung realisiert werden, die sich erst allmählich durch die vollständige Durchmischung der eingeleiteten Luftströme abbaut, wobei sich ein Temperaturgradient ausbilden kann, der parallel zu einer Seite des Rechteckes ausgerichtet ist bzw. eine Hauptkomponente in diese Richtung aufweist.
Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, wenn eine Trennwand vorhanden ist, welche für ein paralleles Einströmen unterschiedlich temperierter Luftströme in den Bereich, in dem sie zusammengeführt werden sollen, sorgt, wobei die Trennwand parallel zu einer Seite des rechteckigen Bereiches verläuft, der durch die Öffnungen der Abgriffe abgedeckt wird.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist es, wenn die einzelnen Öffnungen der Abgriffe ihre Haupterstreckung in Richtung des sich ausbildenden Temperaturgradienten aufweisen, also senkrecht zu einer die Temperaturschichtung bewirkenden Struktur, beispielsweise der bereits beschriebenen Trennwand, ausgerichtet sind und in dieser Richtung den gesamten Strömungsquerschnitt einnehmen. Das lässt sich beispielsweise realisieren, wenn die Öffnungen der Abgriffe durch Trennwände von einander getrennt sind, die in Strömungsrichtung ausgerichtet sind und nicht parallel zu der Trennwand verlaufen, welche die einströmenden Luftströme von einander separiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trennwände, welche die Öffnungen der Abgriffe von einander trennen, in Strömungsrichtung ausgerichtet sind und senkrecht zu dieser Trennwand verlaufen.
Beide Ausführungsformen lassen sich wahlweise realisieren, wenn die Ausrichtung der Trennwände, welche die Öffnungen der Abgriffe von einander trennen, variabel ist.
Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn die Trennwände, welche die Öffnungen der Abgriffe von einander trennen, Bestandteil eines Formteils sind, welches in den Strömungsweg der von den zusammengeführten Luftströmen durchströmt wird, eingesetzt ist und in seiner Erstreckung dem Querschnitt des Strömungsweg entspricht. Dieses Formteil kann beispielsweise ein Formteil aus Kunststoff sein und als Spritzgussteil hergestellt werden. Ein separates Bauteil gewährleistet zudem eine einfache Austauschbarkeit und Anpassbarkeit an unterschiedliche Anforderungen, was insbesondere für Nachrüstlösungen interessant sein kann.
Besonders stabile Verhältnisse und geringe Temperaturunter schiede zwischen den einzelnen Öffnungen der Abgriffe lassen sich realisieren, wenn die Abgriffe unmittelbar im Anschluss an die Trennwand angeordnet sind. In diesem Fall wird der Bereich, in dem eine zumindest teilweise Durchmischung der eingeleiteten Luftströme unterschiedlicher Temperatur erfolgt bevor die Mischluft in die einzelnen Öffnungen der Abgriffe einströmt, sehr klein gehalten und Querströmungen, die durch unterschiedliche Strömungswiderstände der den einzelnen Abgriffen nachgelagerten Strukturen bedingt sein könnten, weitgehend ausgeschlossen.
Eine besonders einfache Regelung der gewünschten Temperatur der in den Fahrzeuginnenraum einzuleitenden Luft lässt sich vornehmen, wenn mindestens eine Mischtür umfasst ist, welche das Volumenstromverhältnis zwischen den Luftströmen unterschiedlicher Temperatur, die in den Bereich in dem sie zusammengeführt werden, eingeleitet werden, einstellt. Vorteilhafterweise kann die Mischtür ein schwenkbares Bauteil sein, welches um eine Achse schwenkbar ist, die parallel zum Ende der Trennwand verläuft, welche die einzuleitenden unterschiedlich temperierten Luftströme vor ihrer Zusammenführung separiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1a und 1b eine schematische Darstellung eines Ausschnittes aus einer erfindungsgemäßen Klimaanlage im Bereich der Luftmischung;
2 eine schematische Darstellung eines rechteckig ausgestalteten Strömungskanals für Mischluft;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Anordnung von Abgriffen;
4 eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Strömungskanal für zu mischende Luftströme mit Schnittrichtung in Richtung eines sich einstellenden Temperaturgradienten;
5 eine weitere Darstellung von erfindungsgemäß ausgestalteten Abgriffen mit beweglichen Trennwänden; und
6 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimagerätes mit erfindungsgemäß ausgestalteten Abgriffen und Anbindung an weiterführende Luftkanäle.
Ausführungsform der Erfindung
1a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnittes aus einer erfindungsgemäßen Klimaanlage im Bereich der Luftmischung. Das Klimagerät umfasst ein Gehäuse 1, dessen Wandungen gleichzeitig strömungsbegrenzende Flächen im Bereich der Luftmischung und Luftzuführung bilden. Im unteren Bereich der Darstellung befindet sich eine Trennwand 2 in Mittelposition, die den unteren Bereich des Gehäuses 1 in zwei symmetrisch ausgelegte Strömungswege aufteilt. Diese Strömungswege werden von Luft unterschiedlicher Temperatur durchströmt, wobei in den linken Strömungsweg ein Luftstrom 3 niedriger Temperatur eingeleitet wird und in den rechten Strömungsweg ein Luftstrom 4 höherer Temperatur eingeleitet wird. Am oberen Ende der Trennwand 2 ist eine Mischtür 5 über ein Gelenk 6 schwenkbeweglich angebracht. Die Mischtür 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Bauteil mit zwei winklig zueinander angeordneten Flügeln ausgeführt und so ausgestaltet, dass eine Verschwenkung um die durch das Gelenk 6 festgelegte Schwenkachse, die parallel zum Ende der Trennwand 2 verläuft, welche die einzu leitenden unterschiedlich temperierten Luftströme 3, 4 vor ihrer Zusammenführung separiert, zu einer Veränderung der Strömungsquerschnitte der Strömungskanäle dergestalt führt, dass eine Vergrößerung des einen Strömungskanals gleichzeitig mit einer Verkleinerung des anderen Strömungskanals verbunden ist und umgekehrt. Dargestellt ist die Position der Mischtür 5, die einen symmetrischen Einlass der unterschiedlich temperierten Luftströme 3, 4 gewährleistet. Alternativ dazu ist in gestrichelter Form eine Position 7 dargestellt, die für einen vermehrten Einlass von warmer Luft sorgt. Die Position der Mischtür 5 legt somit das Volumenstromverhältnis fest, unter dem unterschiedlich temperierte Luftströme 3, 4 in einen Bereich einströmen, in dem eine Durchmischung der einzelnen Luftströme 3, 4 erfolgt. Dieser Bereich wird traditionell auch als Mischkammer bezeichnet, kann in erfindungsgemäßen Klimageräten jedoch extrem klein gehalten werden. Im Bereich der Zusammenführung der unterschiedlich temperierten Luftströme 3 und 4, gekennzeichnet durch die gestrichelten Pfeile, bildet sich ein Temperaturgradient 8 aus, der zumindest eine wesentliche Komponente aufweist, die in Richtung senkrecht zur Ebene der Trennwand 2 weist. Der Verlauf des Temperaturgradienten 8 ist schematisch durch die Pfeilrichtung sowie die Dreiecksdarstellung im oberen Bereich des durch das Gehäuse 1 vorgegebenen Strömungsweges dargestellt. In dem durch Mischluft durchströmten Strömungsweg lassen sich Querschnittsebenen 9 definieren, die von Mischluft unterschiedlicher Temperatur und unterschiedlichen Durchmischungsgrades durchströmt werden, wobei der Bereich in dem sich der angesprochene Temperaturgradient 8 ausbildet vollständig umfasst ist. Die Darstellung wird ergänzt durch ein kartesisches Koordinatensystem mit Richtungsangaben a, b und c, wobei b die Richtung der Ausprägung der Hauptkomponente des Temperaturgradienten 8 beschreibt, c die wesentliche Strömungsrichtung der zu mischenden Luftströme 3, 4 beschreibt sowie a eine Tiefendimension eines erfindungsgemäß ausgestalteten Klimagerätes verdeutlicht, in der eine zu mindest gegenüber der Richtung b deutlich schwächere Ausprägung eines Temperaturgradienten zu erwarten ist. Die durch diese drei Raumrichtungen vorgegebene Orientierung wird im Folgenden beibehalten, ohne auf das Erfordernis der Rechtwinkligkeit zwingend angewiesen zu sein. Durch die parallele Einleitung der Luftströme 3, 4 unterschiedlicher Temperatur ergibt sich nach dem Ende der Trennwand also eine Temperaturschichtung in einer Richtung, die durch Temperaturgradienten, die vom jeweiligen Abstand vom Ort der Zusammenführung der Luftströme 3, 4 abhängen, charakterisiert werden kann. Diesem Prinzip ist es nicht grundsätzlich abträglich, wenn sich der Strömungsweg, in dem die Durchmischung der Luftströme erfolgt, allmählich verjüngt (1a) oder verbreitert (1b).
2 zeigt eine schematische Darstellung eines rechteckig ausgestalteten Strömungskanals für Mischluft. Der Strömungskanal wird begrenzt durch das Gehäuse 1 des Klimagerätes. Die kurzen Seiten des Rechteckes verlaufen in Richtung b und parallel zur Hauptrichtung des sich in der Mischluft einstellenden Temperaturgradienten 8. Die langen Seiten des Rechtecks verlaufen in Richtung a. Es wird im vorliegenden Beispiel davon ausgegangen, dass sich in Richtung a kein Temperaturgradient ausbildet, sondern die Temperatur über die gesamte Ausdehnung des Strömungskanals in dieser Richtung konstant ist. Ebenfalls in Richtung a verläuft die Schwenkachse 10 einer nicht dargestellten Mischtür, wie in 1a, 1b erläutert. Die Annahme eines Temperaturgradienten ausschließlich in Richtung b stellt eine ideale Randbedingung für die Nutzung der Erfindung dar. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei Temperaturverteilungen innerhalb eines Strömungskanals anwenden, die durch eine Ausbildung eines Temperaturgradienten mit einer zumindest deutlichen Vorzugsrichtung quer zur Strömungsrichtung der zu mischenden Luftströme gekennzeichnet sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Anordnung von Abgriffen. Die äußere Begrenzung der Anordnung der Abgriffe wird durch eine umlaufende Begrenzungswand 11 wiederum in Form eines Rechteckes ausgestaltet, welches bezüglich der Strömungsrichtung identisch zum Rechteck in 2 angeordnet ist. Die einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 sind durch parallel zum Temperaturgradienten 8 verlaufende Trennwände 17, 18, 19, 20 gegeneinander abgegrenzt. Unter der bereits getroffenen Annahme einer konstanten Ausbildung des Temperaturgradienten 8 über die gesamte Breite dieser Anordnung führt das dazu, dass in die einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 jeweils Luft einströmt, deren Zusammensetzung aus unterschiedlich temperierten Luftströmen 3, 4 jeweils durch das gleiche Volumenstromverhältnis gekennzeichnet ist. Auf diese Weise lässt sich eine Temperaturschichtung zumindest zwischen den Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 nahezu völlig vermeiden. Das Prinzip gilt entsprechend bei zu tolerierenden Abweichungen von der idealen Temperaturverteilung gemäß 2, die innerhalb der durch die Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 eingenommenen durchströmten Fläche auftreten kann, also beispielsweise bei einer relativ geringen Temperaturschichtung in Richtung a bzw. einer nicht vollständig identischen Ausbildung des Temperaturgradienten 8 parallel zu den Trennwänden 17, 18, 19, 20. Unterschiedliche Einströmquerschnitte der Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 werden durch die Position der Trennwände 17, 18, 19, 20 realisiert. Eine in Richtung a erfolgende Variation der Trennwandpositionen hat jedoch keinen Einfluss auf den sich in einem Abgriff einstellenden Temperaturgradienten 8 und das daraus resultierende Volumenstromverhältnis zwischen kalter und warmer einströmender Luft 3, 4. Im vorliegenden Beispiel ist eine Anordnung mit fünf Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 dargestellt, die symmetrisch angeordnet und dimensioniert sind. Die Öffnung eines zentralen Abgriffes 14 nimmt die größte Fläche ein und dient der Ableitung der temperierten Luft in Richtung Frontscheibe, was gegebenenfalls zur Enteisung bzw. Kondensatvermeidung erforderlich ist. Der zentrale Abgriff 14 wird beidseitig flankiert von zwei Abgriffen 13, 15, von denen temperierte Luft zu entsprechenden Auslässen im Bereich des Armaturenbrettes geleitet wird, was der Standartbelüftung des Fahrzeuginnenraumes entspricht. Im Außenbereich der Anordnung sind zwei weitere symmetrische Abgriffe 12, 16 angeordnet, in die Luft einströmt, die zu Fußauslässen im Fahrzeuginnenraum geleitet wird. Zwangsläufig können sich durch eine unterschiedliche Ausgestaltung der Kanäle von den Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 zu den entsprechenden Auslässen in den Fahrzeuginnenraum unterschiedliche Temperaturveränderungen ergeben. Die daraus resultierende Temperaturschichtung ist jedoch wesentlich geringer, als das bei herkömmlichen Klimageräten der Fall ist, da zumindest im Bereich der Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 Luft mit nahezu gleicher Temperatur bzw. gleichem Volumenstromverhältnis zwischen unterschiedlich temperierten Luftströmen 3, 4 entnommen wird.
4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Strömungskanal für zu mischende Luftströme mit Schnittrichtung in Richtung eines sich einstellenden Temperaturgradienten. Zur Erklärung wird von einer parallelwandigen Ausgestaltung des Mischungsbereiches 21 ausgegangen. Eventuelle Querschnittserweiterungen bzw. Querschnittsverengungen im Strömungsverlauf, wie sie aus konstruktiven Gründen in Klimageräten für Kraftfahrzeuge erforderlich werden können (siehe 1a, 1b), können jedoch außer Betracht bleiben, solange diese nicht durch extreme Verwirbelungen zu der Erfindung abträglichen Ungleichmäßigkeiten in der Ausbildung der angesprochenen Temperaturgradienten führen. Das die Strömungswege begrenzende Gehäuse 1 ist wiederum durch eine Trennwand 2 in zwei parallel verlaufende Strömungskanäle unterteilt. Die Parallelität der Strömungskanäle sowie die Parallelwandigkeit führen nach Eintritt der Luftströme 3, 4 unterschiedlicher Temperatur in einen Mischungsbereich 21 zu ei ner Beibehaltung der Strömungsrichtung, wobei diese Strömung gegebenenfalls durch Wirbelbildungen, die eine Mischung der unterschiedlich temperierten Luftströme 3, 4 beschleunigen, überlagert sein kann. In unterschiedlichen Abständen von der Trennwand 2 stellen sich über die jeweils durchströmten Querschnittsflächen unterschiedliche Temperaturverläufe ein, die zumindest in Richtung b durch unterschiedlich steil verlaufende Temperaturgradienten (dargestellt unter den jeweiligen Schnittebenen A, B, C, D) charakterisiert werden können. Unmittelbar am Ende der Trennwand 2 wird sich über eine Schnittebene A eine Temperaturverteilung einstellen, die in Richtung b im wesentlichen durch einen Temperatursprung gekennzeichnet ist, dessen Höhe in etwa dem Temperaturunterschied zwischen den unterschiedlich temperierten Luftströmen 3, 4 entspricht, da in dieser Ebene A noch keine Durchmischung der parallel strömenden Luftströme 3, 4 erfolgen konnte. In einem gewissen Abstand vom Ende der Trennwand 2, also beispielsweise in einer Schnittebene B, wird im mittleren Bereich bereits ein Temperaturgradient nachweisbar sein, während in den Randbereichen des durchströmten Bereiches die strömende Luft noch die Temperatur aufweist, die der Temperatur der ursprünglich eingeströmten Luft entspricht. Vergrößert sich der Abstand zum Ende der Trennwand 2, so verbreitert sich der Bereich, in dem sich ein Temperaturgradient einstellt, bis er in einem Abstand, gekennzeichnet durch die Ebene C, die gesamte Breite des durchströmten Bereiches einnimmt. Eine weitere Erhöhung des Abstandes führt zu einer Verflachung des Temperaturgradienten, da es zu einer immer vollständigeren Durchmischung der einströmenden Luft kommt. In genügend großer Entfernung vom Ende der Trennwand 2 wird sich über den gesamten Querschnitt ein gleichmäßiger Temperaturverlauf ohne nachweisbaren Temperaturgradienten einstellen, was im vorliegenden Beispiel erstmals hinter der Schnittebene D in einem Bereich 23 vollständiger Durchmischung gegeben ist. In welchen Abständen vom Ende der Trennwand sich diese typischen Temperaturverläufe einstellen werden, hängt von vielen Faktoren, beispielsweise vom Strömungsverhalten und dem Anteil von Verwirbelungen am Mischungsgeschehen, eventuell vorhandenen Strömungsleiteinrichtungen, der Querschnittsgeometrie des durchströmten Bereiches, dem tatsächlichen Grad der Parallelität der einströmenden Luftströme und weiteren konstruktiven Randbedingungen ab. Entscheidend für die erfindungsgemäße Entnahme der zumindest teilweise durchmischten Luft an entsprechend ausgelegten Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 ist jedoch nicht die Vollständigkeit der Durchmischung, sondern die geometrische Dimensionierung der Öffnungen der einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 die garantiert, dass sich in jedem Abgriff 12, 13, 14, 15, 16 der entsprechende Temperaturverlauf vollständig darstellt. Auf diese Weise lässt sich, wenn die Trennung der Öffnungen der Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 durch parallel zum Temperaturgradienten verlaufende Strukturen erfolgt, realisieren, dass unabhängig von der Breite der einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16, also deren Ausdehnung in Richtung a, in jedem Abgriff 12, 13, 14, 15, 16 für einströmende, unterschiedlich temperierte Luftkomponenten sich das gleiche Volumenstromverhältnis einstellt. Die vollständige Durchmischung der Luft kann dann hinter den Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 in weiterführenden Strömungskanälen zu den Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erfolgen. Die damit verbundene außerordentlich geringe Temperaturschichtung an den Orten der Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 ist mit einer sehr geringen Temperaturschichtung an den Orten der Einleitung der temperierten Luft in den Fahrzeuginnenraum verbunden. In der vorliegenden Darstellung ist ein Formteil 22 unmittelbar am Ende der Trennwand 2 und senkrecht zu dieser angeordnet. Die Durchmischung der Luft unterschiedlicher Temperatur erfolgt in diesem Falle nahezu ausschließlich in weiterführenden nicht dargestellten Strömungskanälen zu den Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum.
5 zeigt eine weitere Darstellung von erfindungsgemäß ausgestalteten Luftabgriffen mit beweglichen Trennwänden. Der Unterschied zu der in 3 dargestellten Anordnung besteht in einer schwenkbeweglichen Lagerung der Trennwände 17, 18, 19, 20 zwischen den einzelnen Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16, die durch entsprechende Gelenke 24, 25, 26, 27 realisiert wird. Dadurch lassen sich von einer rechteckigen Form abweichende Querschnittsflächen der Öffnungen der einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 realisieren, wodurch wiederum das Volumenstromverhältnis zwischen einströmender kalter Luft und einströmender warmer Luft in den einzelnen Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 variiert werden kann. Beispielsweise kann der Anteil an warmer Luft im Bereich des mittleren Abgriffes 14 überproportional erhöht werden, um eine schnelle Enteisung zu bewirken. Grundsätzlich lassen sich auch andere als die dargestellte Querschnittsgeometrie für die einzelnen Abgriffe 12, 13, 14, 15, 16 realisieren. Auf diese Weise lassen sich definiert Temperaturschichtungen einstellen, die stabil von den einzelnen Volumenstromverhältnissen abhängen, sich jedoch nur sehr gering ändern, wenn sich beispielsweise der Gesamtvolumenstrom ändert. Alternativ zur dargestellten Ausführungsform lassen sich auch Abgriffsgeometrien realisieren, die für eine fest vorgegebene Temperaturschichtung sorgen, was durch fest angeordnete, jedoch schräg zum Temperaturgradienten 8 verlaufende Trennwände 17, 18, 19, 20 zwischen den einzelnen Abgriffen 12, 13, 14, 15, 16 realisiert werden kann.
6 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimagerätes in einbaufertiger Form mit erfindungsgemäß ausgestalteten Abgriffen und Anbindung an weiterführende Luftkanäle. Dieses Klimagerät umfasst ein kompliziert ausgestaltetes Gehäuse 1, das in seinem unteren Bereich Strömungswege vorgibt, durch die zwei unterschiedlich temperierte Luftströme unmittelbar benachbart und parallel, lediglich durch eine Trennwand 2 von einander getrennt, auf ein Formteil 22 hingeführt werden. Das Formteil 22 weist senkrecht zur Trennwand 2 verlaufende und in Strömungsrichtung verlaufende Stege auf, welche die Begrenzungen der einzelnen erfindungsgemäß angeordneten Abgriffe bilden. Die geometrische Ausgestaltung des Formteiles 22 ist in vergrößerter Form als Draufsicht 3 zu entnehmen. Am Ort des Formteils 22 erfolgt der Abgriff unvollständig durchmischter Luft, wobei in jedem Abgriff das gleiche Volumenstromverhältnis herrscht. An das Formteil 22 schließt sich ein Anbindungsbauteil 28 für Kanäle an, über die eine Weiterleitung der Luft zu den verschiedenen Orten der Einleitung in den Fahrzeuginnenraum erfolgt und in denen es zur vollständigen Durchmischung der unterschiedlich temperierten Luftkomponenten kommt.

1: Gehäuse
2: Trennwand
3: Kalter Luftstrom
4: Warmer Luftstrom
5: Mischtür
6: Gelenk
7: Alternative Position der Mischtür
8: Temperaturgradient
9: Querschnittsebene
10: Schwenkachse
11: Begrenzungswand
12: Abgriff
13: Abgriff
14: Abgriff
15: Abgriff
16: Abgriff
17: Trennwand
18: Trennwand
19: Trennwand
20: Trennwand
21: Mischungsbereich
22: Formteil
23: Bereich vollständiger Durchmischung
24: Gelenk
25: Gelenk
26: Gelenk
27: Gelenk
28: Anbindungsbauteil für Kanäle

Claims

Klimagerät für Kraftfahrzeuge, mit dem Luft unterschiedlicher Temperatur gemischt und in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass Strömungskanäle umfasst sind, die dafür sorgen, dass die Einleitung von Luftströmen (3, 4) unterschiedlicher Temperatur so erfolgt, dass die Luftströme (3, 4) unterschiedlicher Temperatur in mindestens einen Bereich, in dem sie zusammengeführt werden, weitgehend parallel einströmen und Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) für Luft, die zu unterschiedlichen Orten im Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll, in einer Weise benachbart angeordnet sind, dass die Projektion der Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) auf eine Querschnittsfläche des Strömungsweges, die in Strömungsrichtung unmittelbar vor den Abgriffen (12, 13, 14, 15, 16) liegt, und die von den zusammengeführten Luftströmen (3, 4) durchströmt wird, weitgehend abdeckt.
Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) in einer Querschnittsebene (9) liegen.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) in einer Querschnittsebene (9) liegen, die nahezu senkrecht durchströmt wird.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) zusammen einen rechteckigen Bereich abdecken.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand (2) vorhanden ist, welche für ein paralleles Einströmen unterschiedlich temperierter Luftströme (3, 4) in den Bereich, in dem sie zusammengeführt werden sollen, sorgt, wobei die Trennwand (2) parallel zu einer Seite des rechteckigen Bereiches verläuft, der durch die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) abgedeckt wird.
Klimagerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) durch Trennwände (17, 18, 19, 20) von einander getrennt sind, die in Strömungsrichtung ausgerichtet sind und nicht parallel zur Trennwand (2) verlaufen.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (17, 18, 19, 20), welche die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) von einander trennen, in Strömungsrichtung ausgerichtet sind und senkrecht zur Trennwand (2) verlaufen.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Trennwände (17, 18, 19, 20), welche die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) von einander trennen, variabel ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (17, 18, 19, 20), welche die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) von einander trennen, Bestandteil eines Formteils (22) sind, welches in den Strömungsweg der von den zusammengeführten Luftströmen (3, 4) durchströmt wird, eingesetzt ist und in seiner Erstreckung dem Querschnitt des Strömungsweg entspricht.
Klimagerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (22) ein Formteil aus Kunststoff ist.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen der Abgriffe (12, 13, 14, 15, 16) unmittelbar im Anschluss an die Trennwand (2) angeordnet sind.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mischtür (5) umfasst ist, welche das Volumenstromverhältnis zwischen den Luftströmen (3, 4) unterschiedlicher Temperatur, die in den Bereich in dem sie zusammengeführt werden, eingeleitet werden, einstellt.
Klimagerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischtür (5) ein schwenkbares Bauteil ist, welches um eine Achse schwenkbar ist, die parallel zum Ende der Trennwand (2) verläuft.
Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung eines Abgriffs (14) für den Abgriff von Luft für die Enteisung der Frontscheibe, mindestens zwei Abgriffe (13, 15) für den Abgriff von Luft zur Einleitung im Bereich des Armaturenbrettes und mindestens zwei Abgriffe (12, 16) für den Abgriff von Luft zur Einleitung in den Fußraum vorhanden sind.