-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Medienstroms,
insbesondere eines Luftstroms eines Fahrzeug-Belüftungs-
oder Klimatisierungssystems, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
-
Vorrichtungen
zur Regelung eines Luftstroms sind üblicherweise als Klappen
ausgebildet und weisen durchgehende Klappenflächen auf,
welche um eine Schwenkachse verschwenkbar sind, die senkrecht zur
Strömungsrichtung des Luftstroms verschwenkbar sind.
-
Aus
der
DE 29 35 566 A1 ist
eine Vorrichtung zur Regelung eines Luftstroms bekannt, welche eine Blende
mit veränderbarem Durchtrittsquerschnitt aufweist, wobei
die Blende auch als Irisblende mit mittels Hebel einstellbarer Lamellen
ausgebildet sein kann.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Regelung
eines Medienstroms zur Verfügung zu stellen. Die Vorrichtung
soll insbesondere einen geringen Bauraum im Luftstrom aufweisen.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß ist
eine Vorrichtung zur Regelung eines Medienstroms, insbesondere bevorzugt
eines Luftstroms, mit einer in ihrer Position in einem Medienkanal
einstellbaren Klappenfläche vorgesehen, wobei die Klappenfläche
mindestens einen spiralförmig verlaufenden Schlitz aufweist,
und ein Bereich der Klappenfläche benachbart eines Endes des
Schlitzes relativ zu einem Bereich der Klappenfläche benachbart
des anderen Endes des Schlitzes bewegbar ist. Insbesondere bevorzugt
ist die Klappenfläche mit mindestens einem Schlitz ausgebildet. Die
Zahl der Schlitze liegt bevorzugt im Bereich von eins bis acht,
insbesondere bevorzugt im Bereich von eins bis vier. Besonders bevorzugt
entspricht der Verlauf eines Schlitzes in der Klappenfläche
zumindest annähernd einer Archimedischen Spirale, einer
logarithmischen Spirale, einer Fermat's Spirale oder einer Wurzelschnecke.
Durch das Vorsehen eines spiralförmigen Schlitzes ergibt
sich im ganz oder teilweise geöffneten Zustand der Vorrichtung
eine gut durchmischte Strömung in Folge der über
den gesamten Querschnitt verteilten Strömung, so dass u.
a. Strähnigkeiten in Bezug auf die Temperaturverteilung
oder – im Falle verschiedener Medien – in Bezug
auf die Medienverteilung verringert werden können. Dies
ist insbesondere vorteilhaft im Bereich von Mitteldüsen einer
Klimaanlage, welche üblicherweise nur über einen
kurzen Luftkanal mit dem Mischraum der Klimaanlage verbunden sind,
so dass häufig eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über
den Strömungsquerschnitt vorkommt. Diese Strähnigkeit
kann durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Regelung eines Medienstroms verringert oder im Wesentlichen ganz
vermieden werden.
-
Der
Schlitz weist bevorzugt eine ganze Windung bis sechs Windungen,
insbesondere bevorzugt zwei bis vier Windungen, auf.
-
Sind
mehrere Schlitze vorgesehen, so sind die Schlitze bevorzugt gleichmäßig
verteilt angeordnet. D. h. im Falle von zwei Schlitzen (wie bspw.
bei einer Fermat's Spirale) sind die Schlitze bevorzugt auf einander
gegenüberliegenden Seiten bezüglich des Mittelpunkts
der Klappenfläche angeordnet, wobei der Verlauf der Schlitze
einander bei einer Drehung um 180° um den Mittelpunkt der
Klappenfläche entspricht. Sind mehrere Schlitze vorgesehen,
so sind die Schlitze bevorzugt jeweils im gleichen Winkel voneinander
beabstandet angeordnet.
-
Bevorzugt
ist das äußere Ende der Klappenfläche,
welches benachbart des außen angeordneten Endes des Schlitzes
angeordnet ist, stationär bezüglich der Anbringung
der Vorrichtung, d. h in der Regel stationär innerhalb
eines Medienkanals, und das innere Ende der Klappenfläche,
welches benachbart des innen angeordneten Endes des Schlitzes angeordnet
ist, relativ zur Anbringung der Vorrichtung beweglich.
-
Das
innere Ende der Klappenfläche, welches benachbart des innen
angeordneten Endes des Schlitzes angeordnet ist, ist vorzugsweise
mittels einer Betätigungseinheit relativ zum äußeren
Ende der Klappenfläche bewegbar. Durch diese Bewegung öffnet
sich der Schlitz in Folge einer Positionsänderung der einzelnen
Windungen der Klappenfläche bzw. schließt sich
der Schlitz, d. h. die Vorrichtung öffnet oder schließt.
-
Die
Bewegung des inneren Endes ist besonders bevorzugt eine Bewegung
in gerader Richtung oder in einer Kurve mit einem Radius, welcher
dem Abstand von der Mitte des Strömungsquerschnitts zum äußeren
Rand des Strömungsquerschnitts entspricht. Insbesondere
eine lineare Bewegung ermöglicht die Verwendung linear
wirkender Betätigungssysteme, wobei der eigentliche Antrieb
im Kernbereich der Vorrichtung, also im eingebauten Zustand direkt
im Kanal, angeordnet sein kann. Im Falle einer Kurvenbewe gung des
inneren Endes kann ein einfacher Kipphebel verwendet werden. In
Folge der Kurvenbewegung des inneren Endes der Klappenfläche erfolgt
eine gewisse radiale Verformung der Klappenfläche im geöffneten
Zustand der Vorrichtung.
-
Im
Bereich des Schlitzes ist zur Abdichtung bevorzugt ein Dichtelement
angeordnet, insbesondere aus einem Elastomer. Insbesondere bevorzugt sind
Elastomerdichtelemente aus SEES oder PP-EPDM, wobei das Dichtelement
direkt an die Klappenfläche aufgespritzt, in eine Nut eingespritzt, aufgeklebt,
aufgeschweißt oder auf sonstige Weise hieran angebracht
sein kann.
-
Die
Klappenfläche ist bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere
aus PP oder PE gebildet. Die Herstellung der Klappenfläche
kann beispielsweise mittels Ausstanzens aus einem platten- oder folienartigen
Material oder mittels Urformens erfolgen.
-
Die
Dicke der Klappenfläche beträgt bevorzugt 0,3
bis 1,5 mm, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 1,3 mm. Die Dicke ist
abhängig vom Material, den Größenabmessungen
und den zu erwartenden Belastungen. In jedem Fall muss bei geöffneter
und geschlossener Vorrichtung eine ausreichende Formstabilität
gegeben sein, wobei kein oder nur minimales Verbiegen der einzelnen
Wendeln der spiralförmigen Klappenfläche in Folge
von Einwirkungen des durchströmenden Mediums oder des sich
aufbauenden Drucks auf einer Seite der Klappenfläche erfolgt.
-
Vorzugsweise
weist die Klappenfläche im geschlossenen Zustand der Vorrichtung
einen in einer Ebene angeordneten, runden, elliptischen oder rechteckig
abgerundeten Querschnitt auf, jedoch sind auch andere Querschnitte
möglich. Besonders bevorzugt ist der Verlauf des Schlitzes
im Wesentlichen an den zu verschließenden Querschnitt angepasst.
-
Die
Klappenfläche ist vorzugsweise im geschlossenen Zustand
der Vorrichtung in einer Ebene angeordnet, und ein Stabilisierungselement
liegt auf mindestens einer Seite der Klappenfläche an.
Das Stabilisierungselement kann durch mehrere Stege, insbesondere
kreuzweise oder sternförmig angeordnet, durch ein Gitter
oder durch ein Blech mit einer Mehrzahl von Öffnungen gebildet
sein. Das Stabilisierungselement stellt sicher, dass die Klappenfläche in
besagter Ebene angeordnet ist und dadurch die Spaltbreiten des oder
der Schlitze minimal sind. Zusätzliche Maßnahmen
zur Abdichtung der Schlitze im geschlossenen Zustand der Vorrichtung
sind möglich.
-
Das
Stabilisierungselement ist vorzugsweise relativ zur Anbringung der
Vorrichtung beweglich ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Stabilisierungselement
mit dem beweglichen Ende verbunden.
-
Die
Betätigung einer derartigen Vorrichtung kann beispielsweise
auch temperaturabhängig in Verbindung mit einer Ausgestaltung
der Klappenfläche mit einem Bimetall oder Memorylegierung.
Hierbei kann die Einstellung der Temperatur und damit der Stellung
der Vorrichtung beispielsweise mittels einer auf eine oder beiden
Klappenflächen aufgebrachten PTC-Folie erfolgen, an welche
eine Spannung zwischen zwei Enden derselben anlegbar ist, so dass über
die Länge der PTC-Folie ein Stromfluss möglich
ist, welcher die erforderliche Wärme für eine Stellbewegung
erzeugt. Hierbei ist auch eine derartige Temperaturregelung denkbar,
dass nur der innere oder nur der äußere Bereich
erwärmt wird, so dass Teilöffnungszustände
der Vorrichtung möglich sind, bei denen ein Teil der Windungen
in einer Ebene und ein Teil der Windungen versetzt angeordnet sind
und demnach nur durch den geöffneten Spalt im inneren bzw. äußeren
Bereich ein Medium strömen kann.
-
Eine
derartige Vorrichtung zur Regelung eines Medienstroms ist besonders
bevorzugt in einem Luftkanal einer Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage,
angeordnet und dient der Regelung eines Luftstroms.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele,
teilweise mit Varianten und unter Bezugnahme auf die Zeichnung,
im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Regelung
eines Luftstroms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
in geschlossener Stellung,
-
2 eine
Aufsicht entgegen der Luftströmungsrichtung auf die Vorrichtung
von 1,
-
3 eine
schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung von 1 in
geöffneter Stellung mit angedeuteter Luftströmung,
-
4 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Regelung
eines Luftstroms gemäß einer ersten Variante des
ersten Ausführungsbeispiels in geschlossener Stellung,
-
5 eine
schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung zur Regelung
eines Luftstroms gemäß einer zweiten Variante
des ersten Ausführungsbeispiels in geschlossener Stellung,
-
6 eine
Aufsicht entgegen der Luftströmungsrichtung auf die Vorrichtung
zur Regelung eines Luftstroms gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel in geschlossener Stellung, und
-
7 eine
Aufsicht entgegen der Luftströmungsrichtung auf die Vorrichtung
zur Regelung eines Luftstroms gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel in geschlossener Stellung.
-
Eine
Vorrichtung 1 zur Regelung eines Luftstroms ist in einem
Luftkanal 2 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet.
Sie weist eine elektrisch betriebene Betätigungseinheit 3 mit
einer konzentrisch im Luftkanal 2 angeordneten, linear
wirkenden Stellvorrichtung, eine an der Innenmantelfläche
des Luftkanals 2 fixierte Haltevorrichtung 4 für
die Betätigungseinheit 3, über welche
auch die Energie- und Signalversorgung derselben erfolgt, eine spiralförmige
Klappenfläche 5 sowie ein auf einer Seite der
spiralförmigen Klappenfläche 5 angeordnetes
Stabilisierungselement 6 für die Klappenfläche 5 im
geschlossenen Zustand der Vorrichtung 1 auf.
-
Die
spiralförmige Klappenfläche 5 wird vorliegend
durch einen Schlitz 5' in einer kreisförmigen Platte
konstanter Dicke gebildet, welcher ausgehend etwa vom Kreismittelpunkt
im Wesentlichen die Gestalt einer Archimedischen Spirale mit ca.
drei Windungen aufweist, wobei die Außenbegrenzung der Klappenfläche 5 durch
die Innenmantelfläche des Luftkanals 2 mit ihrem
kreisförmigen Querschnitt gebildet ist. Die Klappenfläche 5 ist
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
durch eine Kunststoffplatte aus PE mit einer Dicke von 0,7 mm gebildet,
welche aus einem Plattenmaterial unter Ausbildung der Außenabmessungen
und des Schlitzes 5' ausgestanzt ist. Zusätzliche
Maßnahmen zur Abdichtung des Schlitzes 5' im geschlossenen
Zustand, d. h. bei einer eben angeordneten Klappenfläche 5',
sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
nicht vorgesehen, jedoch möglich. Der Schlitz ohne zusätzliche
Abdichtung kann bei entsprechender Ausgestaltung auch eine Zwangsbelüftung
im vollständig geschlossenen Zustand der Vorrichtung vorsehen.
-
Durch
den Schlitz 5' in der die Klappenfläche 5 bildenden
Platte lässt sich das innere Ende 5a der spiralförmigen
Klappenfläche 5 in axialer Richtung gegenüber
dem äußeren Ende 5b der spiralförmigen Klappenfläche 5 bewegen,
so dass die einzelnen Windungen der spiralförmigen Klappenfläche 5 zum Öffnen
der Vorrichtung 1 auseinanderziehbar sind und eine Durchströmung
der Vorrichtung 1 im Wesentlichen über den gesamten
Querschnitt möglich ist.
-
Der
innere Beginn 5a der spiralförmigen Klappenfläche 5 ist
fest mit einem stangenförmigen Teil der Betätigungseinheit 3 verbunden,
welcher entlang der Strömungsrichtung des Luftstroms im
Luftkanal 2 mittels eines elektrischen Stellantriebs hin- und
her beweglich ist und die Stellvorrichtung bildet. 1 zeigt
hierbei die maximal ausgefahrene Stellung des stangenförmigen
Teils und 3 die maximal eingefahrene Stellung
desselben.
-
Da
die Klappenfläche 5 in gewissem Maße elastisch
verformbar ist, ist für die geschlossene Stellung, d. h.
die Anordnung der spiralförmigen Klappenfläche 5 in
einer Ebene, das in Öffnungsrichtung der Vorrichtung 1 und
vorliegend in Strömungsrichtung des Luftstroms bezüglich
der Klappenfläche 5 angeordnete Stabilisierungselement 6 in
Gestalt kreuzförmig angeordneter Streben vorgesehen (siehe 2).
Dieses Stabilisierungselement 6 drückt beim Schließen
der Vorrichtung die einzelnen im geöffneten Zustand auseinandergezogenen
Windungen der spiralförmigen Klappenfläche 5 in
die Ebene E, in welcher das äußere Ende 5b der
Klappenfläche 5 befestigt ist.
-
Gemäß der
ersten Variante des ersten Ausführungsbeispiels ist an
Stelle des im Luftkanal 2 angeordneten Stellantriebs eine
Betätigungseinheit 3 mit einem Stellantrieb vorgesehen,
der außerhalb des Luftkanals 2 angeordnet ist
und das innere Ende 5a der spiralförmigen Klappenfläche 5 über
einen in radialer Richtung verlaufenden und in axialer Richtung
verschiebbaren Arm mit einem stangenförmigen Teil des elektrisch
betriebenen und in axialer Richtung wirkenden Stellantriebs verbunden
ist.
-
An
Stelle des radial ausgerichteten Arms der ersten Variante des ersten
Ausführungsbeispiels ist gemäß der in 5 dargestellten
zweiten Variante ein verschwenkbarer Hebelarm vorgesehen, welcher von
außerhalb des Luftkanals 2 her betätigbar
ist und das innere Ende 5a der spiralförmigen
Klappenfläche 5 in einer Kreisbahn bewegt. Das äußere
Ende des Hebelarms kann über ein Getriebe mit einem Stellantrieb
verbunden sein.
-
6 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Regelung eines Luftstroms mit einer
spiralförmigen Klappenfläche 5, bei welcher
der Schlitz 5' in der Platte – angepasst an den
etwa rechteckförmigen Querschnitt des Luftkanals (nicht
dargestellt) – in abgerundeten rechten Winkeln mit im Wesentlichen
gleicher Breite der einzelnen Windungen der Spirale vom inneren
Ende 5a zum äußeren Ende 5b der
Klappenfläche 5 ausgebildet ist. Der weitere Aufbau
der Vorrichtung 1 entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels,
wobei die Streben des Stabilisierungselements wiederum kreuzförmig
verlaufend angeordnet sind, wie in 6 durch
Strichpunktlinien angedeutet.
-
Im
Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Klappenfläche 5 als
Kunststoff-Formteil aus PP ausgebildet mit einer Materialdicke von
vorliegend 1,3 mm.
-
Gemäß einer
nicht in der Zeichnung dargestellten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels zur
verbesserten Abdichtung im Bereich des Schlitzes 5' als
Dichtung PP-EPDM an einer Seite aufgespritzt.
-
Alternativ
zur aufgespritzten Dichtung kann auch ein Foliendichtelement im
Bereich des Schlitzes angeklebt oder aufgeschweißt sein.
-
7 zeigt
als drittes Ausführungsbeispiel eine Klappenfläche 5 mit
zwei Schlitzen 5', welche spiralförmig verlaufend
um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Der Verlauf
der Schlitze 5' entspricht vorliegend einer Fermat's Spirale.
-
In
Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels sind entsprechende
Ausgestaltungen mit zwei (oder gegebenenfalls auch mehr) versetzt
zueinander angeordneten Schlitzen auch mit konstanter Breite der
Windungen und/oder mit anderen als kreisförmigen Querschnitten
der Klappenfläche möglich. Die Zahl der Schlitze
liegt bevorzugt im Bereich von eins bis acht, insbesondere bevorzugt
im Bereich von eins bis vier.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-