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Die
Erfindung betrifft ein Luftführungselement
für eine
Flugzeugklimaanlage, das beispielsweise dazu dient, von der Flugzeugklimaanlage
bereitgestellte klimatisierte Luft in eine Passagierkabine des Flugzeugs
zu leiten. Ferner betrifft die Erfindung eine Luftführungselementanordnung
sowie eine mit einem erfindungsgemäßen Luftführungselement oder einer erfindungsgemäßen Luftführungselementanordnung
ausgestattete Flugzeugklimaanlage.
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Eine
Flugzeugklimaanlage umfasst eine Vielzahl von Luftführungselementen,
denen über eine
Lufteinlassöffnung
ein Leitungssystem der Flugzeugklimaanlage durchströmende Luft
zugeführt
wird und die dazu dienen, die von der Flugzeugklimaanlage bereitgestellte
klimatisierte Luft in die Passagierkabine des Flugzeugs zu leiten.
Das Design eines Luftführungselements
hängt von
verschiedenen Kriterien, beispielsweise der Einströmrichtung
der Luft in das Luftführungselement,
der Ausströmrichtung der
Luft aus dem Luftführungselement,
dem Verwendungszweck des Luftführungselements
und dem Einbauort des Luftführungselements
im Flugzeug ab. Der Aufbau eines Luftführungselements, das heißt nicht
nur seine äußere Form,
sondern auch die Gestaltung seiner funktionswesentlichen Komponenten muss
daher üblicherweise
sehr genau an die in einem spezifischen Anwendungsfall an das Luftführungselement
gestellten Anforderungen angepasst sein. Aus diesem Grund unterscheiden
sich die in einem Flugzeug oder einem Flugzeugprogramm eingesetzten
Luftführungselemente
oftmals erheblich voneinander. Die an den verschiedenen Luftführungselementen
einer Flugzeugklimaanlage vorzunehmenden Designanpassungen können jedoch nicht
nur sehr aufwändig
und kostenintensiv sein, sondern auch zu Performance-Einbußen führen.
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Die
US 2008/0 142 636
A1 offenbart einen Zuführkanal,
der eine Hauptkammer mit einer Innenwand, einer einen Auslass bildenden
Düse und
eine Vielzahl von Drosselplatten aufweist. Die Hauptkammer hat einen
im Wesentlichen konstanten Querschnitt über ihre gesamte Länge. Die
Drosselplatten erstrecken sich von der Innenwand der Hauptkammer
in Richtung einer Mittelachse der Hauptkammer und sind derart ausgelegt,
dass sie eine Durchflussrate durch die Düse erzeugen, die an einem ersten Ende
der Hauptkammer im Wesentlichen genauso groß ist wie an einem zweiten
Ende der Hauptkammer.
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Die
DE 199 24 030 C1 offenbart
einen Luftauslass, der einen sich zwischen einem Anschlussstutzen
und einem Boden erstreckenden Lochblechaußenmantel aufweist. In einen
von dem Lochblechaußenmantel
begrenzten Innenraum ist ein Rundrohr eingesetzt. Das Rundrohr besteht
aus drei Mänteln,
wobei jeder Mantel eine Lochung mit einem unterschiedlichen freien
Querschnitt aufweist. Durch die Mantel sowie durch Stauscheiben
werden einzelne Stauzellen ausgebildet.
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Die
DE 1 778 833 B beschreibt
ein Luftverteilungsrohr mit Durchtrittsöffnungen, wobei der untere Teil
des Luftverteilungsrohres beispielsweise fest in einen Fußboden eingelassen
wird. Das Rohr ist oben mit Hilfe eines Deckels fest verschlossen.
Ein Gestell, das aus Stäben
und Blenden besteht, ist innerhalb des Rohres angeordnet und kann,
je nach Befestigungsart, nach oben oder nach unten herausgenommen
werden. Zentrale Öffnungen
der Blenden werden in einer der Strömungsrichtung der Luft durch das
Rohr entsprechenden Richtung kleiner.
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Die
DE 884 688 B offenbart
eine Luftverteilereinheit, die einen Blechmantel und einen in diesen Mantel
einsetzbaren Holzboden mit gleich großen, gleichmäßig verteilten
Bohrungen umfasst. Der gelochte Holzboden dient zur Luftstauung.
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Die
US 3 492 934 A offenbart
eine Ventilationsvorrichtung, bei der ein Stutzen in einen Zuführkanal
eingeführt
ist. Die Luft tritt über
eine perforierte Wand aus, die an einer Seite mit einer Lage aus Schaummaterial
versehen ist.
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Die
WO 89/03 961 A1 offenbart
eine Luftverteilungsvorrichtung mit einer sich in Richtung einer Verteilungskammer
erstreckenden Einlassdüse.
Die Verteilungskammer ist an einer Seite mit einer perforierten
Frontabdeckplatte versehen, hinter der innerhalb der Kammer eine
Teilungsplatte angeordnet ist.
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Die
DE 10 2006 005 543
A1 offenbart ein Flugzeugklimatisierungssystem mit Zyklonausströmern, bei
der benachbart zu einem Ausströmer
eine Zykloneinheit mit einer Einlassöffnung angeordnet ist, die
ihrerseits mit einer Frischluft-Zuführleitung verbindbar ist.
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Die
Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein zur Verwendung in einer Flugzeugklimaanlage geeignetes
Luftführungselement
bereitzustellen, das eine einfache Anpassung seines Designs und
strömungsphysikalischen
Verhaltens an anwendungsspezifische Anforderungen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche gelöst.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe umfasst ein erfindungsgemäßes Luftführungselement für eine Flugzeugklimaanlage
ein Gehäuse,
das eine Lufteinlassöffnung
sowie eine Luftauslassöffnung
aufweist. Die Lufteinlassöffnung
und die Luftauslassöffnung
sind derart angeordnet und das Gehäuse ist derart geformt, dass
dem Luftführungselement über die
Lufteinlassöffnung
zugeführte
Luft beim Durchströmen des
Luftführungselements
in einem Winkel von etwa 45° bis
135° relativ
zur Richtung der Luftströmung durch
die Lufteinlassöffnung
umgelenkt wird. Das Luftführungselement
kann auch so gestaltet sein, dass die über die Lufteinlassöffnung in
das Luftführungselement
zugeführte
Luft in einem Winkel von etwa 55° bis
125°, 65° bis 115°, 75° bis 105° oder 85° bis 95° relativ
zur Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung
umgelenkt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
ist das Luftführungselement jedoch
so gestaltet, dass die Luft beim Durchströmen des Luftführungselements
eine Umlenkung in einem Winkel von etwa 90° relativ zur Richtung der Luftströmung durch
die Lufteinlassöffnung
erfährt.
Ein Luftführungselement,
das dazu geeignet ist, eine dem Luftführungselement zugeführte Luftströmung beim Durchströmen des
Luftführungselements
um etwa 90° umzulenken,
weist beispielsweise eine in einer ersten Seitenfläche des
Gehäuses
angeordneten Lufteinlassöffnung
und eine in einer zweiten Seitenfläche des Gehäuses ausgebildete Luftauslassöffnung auf,
wobei sich die zweite Seitenfläche
im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Seitenfläche erstreckt.
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Eine
senkrecht zur Richtung der Luftströmung durch die Luftauslassöffnung angeordnete Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
ist in mindestens zwei Bereiche unterteilt. Falls gewünscht oder
erforderlich, kann die senkrecht zur Richtung der Luftströmung durch
die Luftauslassöffnung
angeordnete Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses jedoch
auch in drei oder mehr gleich lange oder unterschiedlich lange Bereiche
unterteilt sein. In jedem der Bereiche der Strömungsquerschnittsfläche ist
ein auf eine einfache Weise zugängliches,
herausnehmbares und austauschbares Kalibrierelement angeordnet,
das dazu eingerichtet ist, in der Luftströmung, die einen einem jeweiligen
Kalibrierelement zugeordneten Bereich der Strömungsquerschnittsfläche des Gehäuses durchströmt, einen über diesen
Bereich konstanten Druckverlust zu erzeugen. Mit anderen Worten,
jedes Kalibrierelement sorgt dafür,
dass in der Luftströmung,
die den Bereich der Strömungsquerschnittsfläche durchströmt, in der
das Kalibrierelement angeordnet ist, ein über den durchströmten Bereich
der Strömungsquerschnittsfläche konstanter Druckverlust
auftritt. Ziel dabei ist es, eine möglichst homogene Geschwindigkeits-
und Volumenstromverteilung in Längsrichtung
der Ausströmseite
zu erzielen.
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Durch
die Unterteilung der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
in mehrere Bereiche und die Steuerung der Strömung durch diese Bereiche mittels
geeigneter Kalibrierelemente kann das erfindungsgemäße Luftführungselement
auf besonders einfache Art und Weise an anwendungsspezifische Anforderungen
an die Strömungssteuerungseigenschaften
des Luftführungselements
angepasst werden. Eine Veränderung
der Strömungssteuerungseigenschaften
des Luftführungselements
durch Auswechseln der Kalibrierelemente ist sogar im in einer Flugzeugkabine
installierten Zustand des Luftführungselements
möglich.
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Idealerweise
sind die Bereiche, in die die senkrecht zur Richtung der Luftströmung durch
die Luftauslassöffnung
angeordnete Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
unterteilt ist, gleich groß.
Dadurch wird eine optimale Austauschbarkeit der Kalibrierelemente
ermöglicht.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Luftführungselements liegen aufgrund
des Verzichts auf zusätzliche
interne Strömungssteuerungskomponenten
in der geringen Anzahl von Einzelteilen und den daraus resultierenden
geringen Material- und Fertigungskosten. Darüber hinaus zeichnet sich das
erfindungsgemäße Luftführungselement
durch ein im Flugzeugbau besonders vorteilhaftes geringes Gewicht
aus.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
eingesetzten Kalibrierelemente sind vorzugsweise in Form von Lochblenden
ausgebildet. Die Lochblenden können
aus einem Kunststoffmaterial, aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial
oder aus einem Hybridmaterial bestehen und derart in dem Gehäuse angeordnet
sein, dass sie auf eine einfache Weise zugänglich, aus dem Gehäuse herausnehmbar und
austauschbar sind. Eine besonders einfache Fertigung der Kalibrierelemente
ist möglich,
wenn die Kalibrierelemente als Kunststoff-Spritzgussbauteile ausgeführt sind.
In den Kalibrierelementen ist vorzugsweise eine Mehrzahl von Durchströmungsöffnungen
ausgebildet. Vorzugsweise sind in einem Kalibrierelement jeweils
Durchströmungsöffnungen
mit gleichem Strömungsquerschnitt ausgebildet.
Der Strömungsquerschnitt
der Durchströmungsöffnungen
ist vorzugsweise bei jedem Kalibrierelement so gewählt, dass
in der Luftströmung, die
einen einem jeweiligen Kalibrierelement zugeordneten Bereich der
Strömungsquerschnittsfläche des Gehäuses durchströmt, ein über diesen
Bereich konstanter Druckverlust erzeugt wird. Mit anderen Worten, über die
Steuerung des Strömungsquerschnitts der
in einem Kalibrierelement ausgebildeten Durchströmungsöffnungen wird der Druckverlust
in der Luftströmung über den
Bereich der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses,
in dem das Kalibrierelement angeordnet ist, wie gewünscht eingestellt
und somit der Volumenstrom als Zielgröße gesteuert. Je kleiner der
Strömungsquerschnitt
der Durchströmungsöffnungen
gewählt
ist, desto größer ist
der von dem Kalibrierelement bewirkte Rückstau in der Luftströmung und
folglich der in der Luftströmung
erzeugte Druckverlust und umso geringer ist der Volumenstrom.
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Vorzugsweise
sind die Kalibrierelemente jeweils mit der gleichen Anzahl an Durchströmungsöffnungen
versehen. Darüber
hinaus können
die Mittelpunkte der Durchströmungsöffnungen
in den Kalibrierelementen in den verschiedenen Kalibrierelementen
jeweils gleich positioniert sein. Mit anderen Worten, auch dann,
wenn die in verschiedenen Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen unterschiedliche
Strömungsquerschnitte
aufweisen, weisen die Kalibrierelemente vorzugsweise eine gleiche
Anzahl an Durchströmungsöffnungen
auf, deren Mittelpunkte überdies
an den gleichen Positionen der Kalibrierelemente liegen. Würde man
mehrere Kalibrierelemente übereinander
legen, wäre
es dadurch möglich,
die in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
miteinander in Deckung zu bringen. Durch diese Ausgestaltung der
Kalibrierelemente können
verschiedene Kalibrierelemente, d. h. Kalibrierelemente, deren Durchströmungsöffnungen
unterschiedliche Strömungsquerschnitte
aufweisen, besonders problemlos mit weiteren Bauteilen des Luftführungselements,
beispielsweise einer im Folgenden noch näher beschriebenen Schalldämpfungsvorrichtung
kombiniert werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
ist ein erster Bereich der Querschnittsfläche des Gehäuses bezogen auf die Richtung
der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung
stromaufwärts
von einem zweiten Bereich der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
angeordnet. Ein in dem ersten Bereich angeordnetes erste Kalibrierelement
ist vorzugsweise mit Durchströmungsöffnungen
versehen, die einen größeren Strömungsquerschnitt
aufweisen als Durchströmungsöffnungen,
die in einem in dem zweiten Bereich angeordneten Kalibrierelement
ausgebildet sind. Wenn die Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
in mehr als zwei Bereiche unterteilt ist, ist der Strömungsquerschnitt
der in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
vorzugsweise umso kleiner, je weiter die Bereiche und damit die
diesen Bereichen zugeordneten Kalibrierelemente bezogen auf die
Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung
stromabwärts
angeordnet sind. Ein Kalibrierelement, das bezogen auf die Richtung
der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung weiter
stromabwärts
angeordnet ist, ist damit geeignet, einen höheren Druckverlust über den
dem Kalibrierelement zugeordneten Bereich zu erzeugen als ein bezogen
auf die Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung
weiter stromaufwärts
angeordnetes Kalibrierelement. Eine derartige Ausgestaltung der
in dem erfindungsgemäßen Luftführungselement eingesetzten
Kalibrierelemente ermöglicht
eine optimierte Strömungsgleichver teilung,
d. h. eine optimierte Verteilung der Luftmenge und der Luftgeschwindigkeit über die
Luftauslassöffnung.
Prinzipiell ist jedoch auch eine gegenläufige Anordnung der Durchströmöffnungen
der Kalibrierelemente möglich, d.
h. der Strömungsquerschnitt
der in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmöffnungen
kann umso größer sein,
je weiter die Bereiche und damit die diesen Bereichen zugeordneten
Kalibrierelemente bezogen auf die Richtung der Luftströmung durch die
Lufteinlassöffnung
stromabwärts
angeordnet sind.
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Die
in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen können in einem isodistanten
Muster angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Durchströmungsöffnungen
in mindestens zwei Reihen angeordnet, wobei die Abstände zwischen den
in einer Reihe angeordneten Durchströmungsöffnungen gleich den Abständen zwischen
den Durchströmungsöffnungen
einer Reihe und den Durchströmungsöffnungen
einer benachbarten Reihe ist. Durchströmungsöffnungen, die in einem isodistanten Muster
angeordnet sind, ermöglichen
eine optimale Verteilung der Luftströmung über die Luftauslassöffnung.
Falls dies für
einen speziellen Anwendungsfall gewünscht oder erforderlich ist,
können
die in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
jedoch auch in jedem beliebigen anderen Muster angeordnet sein.
Ferner können
einzelne in den Kalibrierelementen ausgebildete Durchströmungsöffnungen
verschlossen sein. Beispielsweise können einzelne Durchströmungsöffnungen
nach der Durchführung
entsprechender Versuche verschlossen werden, um die Strömungssteuerungseigenschaften
des Luftführungselements
in Abhängigkeit der
Versuchsergebnisse anzupassen.
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Die
Kalibrierelemente können
fest mit dem Gehäuse
des Luftführungselements
verbunden sein. Beispielsweise können
die Kalibrierelemente mit dem Gehäuse verklebt oder an das Gehäuse anlaminiert
sein. Beispielsweise kann das Gehäuse einen nach innen oder nach
außen
ragenden Flansch aufweisen, mit dem die Kalibrierelemente verbunden werden
können.
Eine feste Verbindung der Kalibrierelemente mit dem Gehäuse des
Luftführungselements
ist immer dann sinnvoll, wenn nicht zu erwarten ist, dass die Strömungssteuerungseigenschaften des
Luftführungselements
durch einen Austausch der Kalibrierelemente verändert werden sollen und/oder
eine Fertigung des Luftführungselements mit
fest mit dem Gehäuse
verbundenen Kalibrierelementen einfacher oder kostengünstiger
ist. Das Gehäuse
des Luftführungselements
kann aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen. Beispielsweise
kann das Gehäuse
aus einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial gefertigt werden. Ein
fest mit dem Gehäuse
verbundenes Kalibrierelement besteht vorzugsweise aus dem gleichen
Material wie das Gehäuse,
d. h. beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial oder
aus einem Hybridmaterial.
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Alternativ
dazu kann in dem Gehäuse
des erfindungsgemäßen Luftführungselement
jedoch auch mindestens eine Einschubeinrichtung zur Aufnahme eines
Kalibrierelements ausgebildet sein. Die Einschubeinrichtung kann
dazu dienen, das Kalibrierelement lösbar mit dem Gehäuse des
Luftführungselements
zu verbinden. Das Kalibrierelement kann dann bei Bedarf besonders
einfach ausgetauscht werden. Die Einschubeinrichtung kann beispielsweise
Abmessungen aufweisen, die eine stabile Lagerung des Kalibrierelements
ermöglichen.
Es versteht sich, dass in dem Gehäuse auch eine Anzahl von Einschubeinrichtungen
ausgebildet sein kann, die der Anzahl der in dem Luftführungselement
einzusetzenden Kalibrierelemente entspricht. Falls dies gewünscht oder erforderlich
ist, können
einige Kalibrierelemente eines Luftführungselements jedoch auch
fest mit dem Gehäuse
des Luftführungselements
verbunden sein und andere Kalibrierelemente lösbar in entsprechenden Einschubeinrichtungen
aufgenommen sein. Lösbar
mit dem Gehäuse
des Luftführungselements
verbindbare Kalibrierelemente bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial
und können
als Spritzgussteile gefertigt sein.
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Vorzugsweise
weist das erfindungsgemäße Luftführungselement
ferner eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Kalibrierelements
in der Einschubeinrichtung auf. Die Befestigungsvorrichtung kann
beispielsweise in Form eines selbsthemmenden Mechanismus ausgebildet
sein. Beispielsweise kann eine Rastvorrichtung vorgesehen sein, die
das Kalibrierelement sicher in seiner Position in der Einschubeinrichtung
hält. Die
Befestigungsvorrichtung verhindert, dass das Kalibrierelement, beispielsweise
beim Transport oder beim Einbau des Luftführungselements, aus der in
dem Gehäuse
des Luftführungselements
ausgebildeten Einschubeinrichtung herausfällt.
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Bei
bisher bekannten Luftführungselementen
besteht ferner das Problem, dass lediglich Lärm, der in mit den Luftführungselementen
verbundenen Zuluftrohren entsteht, durch Schalldämpferschläuche eliminiert wird. Lärm, der
beim Austritt des Luftstroms aus den Luftführungselementen beispielsweise durch
Umlenkung des Luftstroms oder durch Strömungsablösungen beispielsweise aufgrund
von plötzlichen
Strömungsquerschnittsänderungen
entsteht, tritt dagegen ungedämpft
in die Flugzeugkabine ein. Um diesem Problem zu begegnen und den beim
Austritt eines Luftstroms aus dem erfindungsgemäßen Luftführungselement auftretenden
Lärm zu dämpfen, umfasst
das Luftführungselement
vorzugsweise ferner eine Schalldämpfungsvorrich tung.
Die Schalldämpfungsvorrichtung
kann bezogen auf die Richtung der Luftströmung durch die Luftauslassöffnung stromabwärts von
den Kalibrierelementen angeordnet sein. Seitenwände des Luftführungselementgehäuses können so
gestaltet sein, dass sie die Schalldämpfungsvorrichtung umgeben.
Die Schalldämpfungsvorrichtung
ist dann besonders gut vor Beschädigungen
geschützt.
Bei einer besonders leichtgewichtigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Luftführungselements
ist die Schalldämpfungsvorrichtung
jedoch nicht mehr in dem Gehäuse aufgenommen,
sondern erstreckt sich von der Luftauslassöffnung des Gehäuses in
Richtung der Luftströmung
durch die Luftauslassöffnung.
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Die
Schalldämpfungsvorrichtung
kann aus einem schallabsorbierenden Schaummaterial bestehen, das
eine effektive Schalldämpfung
ermöglicht. Als
schallabsorbierendes Schaummaterial kann ein Material mit einer
möglichst
hohen Steifigkeit und einer möglichst
geringen Erosionsrate, beispielsweise ein Polyimid-Schaum oder ein
Melamin-Schaum, wie beispielsweise ein Basotec®-Schaum
verwendet werden. Die beispielsweise aus einem schallabsorbierenden
Schaummaterial bestehende Schalldämpfungsvorrichtung kann an
dem Gehäuse
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
befestigt sein. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die Schalldämpfungsvorrichtung
an den Kalibrierelementen zu befestigen. Beispielsweise kann die Schalldämpfungsvorrichtung
auf die Kalibrierelemente aufgeklebt werden. Die Schalldämpfungsvorrichtung
kann einstückig
ausgebildet sein und sich über die
gesamte Luftauslassöffnung
erstrecken. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, eine mehrteilige Schalldämpfungsvorrichtung
zu verwenden, bei der die einzelnen Teile der Schalldämpfungsvorrichtung den
Bereichen der Strömungsquerschnittsfläche des Gehäuses bzw.
den Kalibrierelementen zugeordnet sein können.
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Um
eine ungehinderte Durchströmung
der Schalldämpfungsvorrichtung
zu gewährleisten,
ist die Schalldämpfungsvorrichtung
vorzugsweise mit Durchströmungsöffnungen
versehen. Die in der Schalldämpfungsvorrichtung
ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
sind vorzugsweise in Deckung mit den in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
angeordnet. Mit anderen Worten, die Schalldämpfungsvorrichtung ist derart relativ
zu den Kalibrierelementen angeordnet, dass die Mittelpunkte der
in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen an den gleichen Positionen
angeordnet sind, wie die Mittelpunkte der in der Schalldämpfungsvorrichtung
ausgebildeten Durchströmungsöffnungen.
Dadurch können durch
die in den Kalibrierelementen und der Schalldämpfungsvorrichtung vorgesehenen
Durchströmungsöffnungen
ungehindert durchströmbare
Luftführungskanäle gebildet
werden.
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Um
die Fertigung der Schalldämpfungsvorrichtung
zu vereinfachen und eine möglichst
homogene Geschwindigkeits- und Volumenverteilung in Längsrichtung
der Luftauslassöffnung
zu erzielen, weisen die in der Schalldämpfungsvorrichtung ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen
vorzugsweise gleiche Strömungsquerschnitte
auf. Mit anderen Worten, wenn ein Luftführungselement Kalibrierelemente
umfasst, deren Durchströmungsöffnungen
unterschiedliche Strömungsquerschnitte
aufweisen, ist der Strömungsquerschnitt
der in der Schalldämpfungsvorrichtung
ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
vorzugsweise an den größten Durchmesser der
in den Kalibrierelementen ausgebildeten Durchströmungsöffnungen angepasst. Prinzipiell
kann der Durchmesser der Schalldämpfungsbohrung
auch größer sein
als der größte Durchmesser
der Kalibrierelemente, nicht aber kleiner. Vorzugsweise ist das Verhältnis der
Dicke der Schalldämpfungsvorrichtung,
d. h. der Erstreckung der Schalldämpfungsvorrichtung in Richtung
der Luftströmung
durch die Luftauslassöffnung,
zum Durchmesser von in der Schalldämpfungsvorrichtung ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen
mit einem kreisförmigen
Strömungsquerschnitt ≥ 2.
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Die
Form des Gehäuses
des erfindungsgemäßen Luftführungselements
kann anwendungsspezifisch, d. h. in Abhängigkeit der gewünschten
Strömungssteuerungseigenschaften
des Luftführungselement
sowie in Abhängigkeit
ggf. vorhandener Einbauraumrestriktionen angepasst werden. Beispielsweise
kann das Gehäuse
im Wesentlichen quaderförmig
ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Gehäuse jedoch auch einen sich
in Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung
verjüngenden Querschnitt
aufweisen. Bei einem derart gestalteten Gehäuse kann beispielsweise eine
der Luftauslassöffnung
gegenüberliegende
Seitenwand des Gehäuses
in einem Winkel relativ zu benachbarten Seitenwänden des Gehäuses geneigt
sein.
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Eine
erfindungsgemäße Luftführungselementanordnung
umfasst ein erstes und ein zweites Luftführungselement, von denen mindesten
eines wie oben beschrieben ausgebildet ist. Falls gewünscht oder
erforderlich, kann die erfindungsgemäße Luftführungselementanordnung jedoch
auch mehr als zwei Luftführungselemente
umfassen. In der erfindungsgemäßen Luftführungselementanordnung
sind die Lufteinlassöffnungen
der Luftführungselemente
jeweils mit Luftzufuhrkanälen
verbunden, wobei sich ein mit der Lufteinlassöffnung des ersten Luftführungselements
verbundener Luftzufuhrkanal im Wesentlichen parallel zu dem Gehäuse des
zweiten Luftführungselements
erstreckt. In der erfindungsgemäßen Luftführungselementanordnung
sind damit mehrere Luftführungselemente
modulartig zu einer Luftführungselementkette
erweitet.
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Die
Luftzufuhrkanäle
der erfindungsgemäßen Luftführungselementanordnung
könnend
durch hohlzylindrisch geformte Bauteile mit einem geeigneten Strömungsquerschnitt
oder durch auf einer Seite offene Profilelemente gebildet werden,
wobei die auf einer Seite offenen Profilelemente zur Bildung dichter Luftzufuhrkanäle abdichtend
mit einem benachbarten Gehäuse
eines Luftführungselements
oder einem benachbarten Luftzufuhrkanal verbunden sind. Eine optimale
Einbauraumausnutzung ist dann möglich, wenn
die Luftzufuhrkanäle
einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, der jedoch
mit abgerundeten Ecken versehen sein kann.
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Die
Luftzufuhrkanäle
der erfindungsgemäßen Luftführungselementanordnung
können
einen sich in Richtung der Luftströmung durch die Luftzufuhrkanäle vergrößernden
Strömungsquerschnitt aufweisen.
Durch den sich vergrößernden
Strömungsquerschnitt
wird die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft beim Durchströmen
der Luftzufuhrkanäle verringert,
so dass die Luft mit einer gewünschten verringerten
Geschwindigkeit in die Lufteinlassöffnungen der Luftführungselemente
eintritt.
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Das
erfindungsgemäße Luftführungselement und
die erfindungsgemäße Luftführungselementanordnung
sind besonders gut zur Verwendung in einer Flugzeugklimaanlage geeignet.
Eine erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage
umfasst daher ein oben beschriebenes Luftführungselement und/oder eine oben
beschriebene Luftführungselementanordnung.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen
näher erläutert, von
denen:
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1 eine
dreidimensionale Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Luftführungselements für eine Flugzeugklimaanlage
zeigt,
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2 eine
dreidimensionale Schnittansicht des Luftführungselements gemäß 1 zeigt,
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3 eine
Längsschnittansicht
des Luftführungselements
gemäß 1 zeigt,
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4 eine
Draufsicht der Luftauslassöffnung
des Luftführungselements
gemäß 1 zeigt,
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5 eine
Detaildarstellung eines Musters zeigt, in der Durchströmungsöffnungen
angeordnet sind, die in Kalibrierelementen des Luftführungselements
gemäß 1 ausgebildet
sind,
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6 eine
Querschnittansicht des Luftführungselements
gemäß 1 mit
fest mit einem Luftführungselementgehäuse verbundenen
Kalibrierelementen zeigt,
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7 eine
Querschnittansicht des Luftführungselements
gemäß 1 mit
lösbar
mit einem Luftführungselementgehäuse verbundenen
Kalibrierelementen zeigt,
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8 eine
Querschnittansicht einer in dem Luftführungselement gemäß 1 eingesetzten Schalldämpfungsvorrichtung
zeigt,
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9 eine
dreidimensionale Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Luftführungselements
für eine
Flugzeugklimaanlage zeigt,
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10 eine
dreidimensionale Schnittansicht des Luftführungselements gemäß 9 zeigt,
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11 eine
Luftführungselementanordnung mit
mehreren Luftführungselementen
zeigt,
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12 eine
Querschnittansicht der Luftführungselementanordnung
gemäß 11 zeigt,
bei der Luftzufuhrkanäle
durch hohlzylindrisch geformte Bauteile gebildet werden und
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13 eine
Querschnittansicht der Luftführungselementanordnung
gemäß 11 zeigt,
bei der Luftführungskanäle durch
auf einer Seite offene Profilelemente gebildet werden.
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In
den 1 und 2 ist ein Luftführungselement 10 gezeigt,
das zur Verwendung in einer Flugzeugklimaanlage vorgesehen ist.
Das Luftführungselement 10 umfasst
ein Gehäuse 12,
das eine Lufteinlassöffnung 14 sowie
eine Luftauslassöffnung 16 aufweist.
Durch die Lufteinlassöffnung
wird dem Luftführungselement 10 Luft
in einer durch den Pfeil P1 veranschaulichten Richtung zuführt. Durch
die Form des Gehäuses 12 und
die Anordnung der Lufteinlassöffnung 14 sowie
der Luftauslassöff nung 16 wird
die Luft nach dem Eintritt in die Lufteinlassöffnung 14 beim Durchströmen des
Luftführungselements 10 um
ca. 90° umgelenkt,
so dass die Luft das Luftführungselement 10 durch
die Luftauslassöffnung 16 in
einer durch den Pfeil P2 veranschaulichten Richtung verlässt.
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Wie
am besten in den 2 bis 4 erkennbar
ist, ist eine senkrecht zur Richtung der Luftströmung durch die Luftauslassöffnung 16 angeordnete
Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 in
drei gleich große
Bereiche 18a, 18b, 18c unterteilt. In
jedem der Bereiche 18a, 18b, 18c ist
ein Kalibrierelement 20a, 20b, 20c angeordnet.
Das Kalibrierelement 20a ist dazu eingerichtet, in einer
den Bereich 18a der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 durchströmenden Luftströmung einen über den Bereich 18a konstanten
Druckverlust zu erzeugen. In ähnlicher
Weise ist das Kalibrierelement 20b dazu eingerichtet, in
einer den Bereich 18b der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses
durchströmenden
Luftströmung
einen über
den Bereich 18b konstanten Druckverlust zu erzeugen. Schließlich ist auch
das Kalibrierelement 20c dazu eingerichtet, in einer den
Bereich 18c der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 durchströmenden Luftströmung einen über den
Bereich 18c konstanten Druckverlust zu erzeugen.
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Die
Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c sind
jeweils in Form von Lochblenden ausgebildet, die eine Grundplatte 22a, 22b, 22c mit
darin ausgebildeten Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c aufweisen. Die
in dem Kalibrierelement 20a ausgebildeten Durchströmungsöffnungen 24a weisen
einen kreisförmigen
Strömungsquerschnitt
mit jeweils gleichen Durchmessern auf, wobei der Durchmesser der Durchströmungsöffnungen 24a so
gewählt
ist, dass in der Luftströmung,
die den Bereich 18a der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 durchströmt, über den
Bereich 18a ein konstanter Druckverlust erzeugt wird. In ähnlicher
Weise sind die in dem Kalibrierelement 20b ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24b jeweils
mit einem kreisförmigen Strömungsquerschnitt
mit gleichen Durchmessern versehen, wobei der Durchmesser der Durchströmungsöffnungen 24b so
gewählt
ist, dass in der Luftströmung,
die den Bereich 18b der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 durchströmt, ein über den
Bereich 18b konstanter Druckverlust erzeugt wird. Ebenso
sind die in dem Kalibrierelement 20c ausgebildeten Strömungsöffnungen 24c jeweils mit
einem kreisförmigen
Strömungsquerschnitt
mit gleichen Durchmessern versehen, wobei der Durchmesser der Durchströmungsöffnung 24c so
gewählt ist,
dass in der Luftströmung,
die den Bereich 18c der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 durchströmt, ein über den
Bereich 18c konstanter Druckverlust erzeugt wird.
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Die
Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c sind
jeweils mit der gleichen Anzahl von Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c versehen,
wobei die Mittelpunkte der Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c in
den Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c jeweils gleich
positioniert sind. Mit anderen Worten, würde man die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c übereinander
legen, könnten
die Mittelpunkte der in den Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c miteinander
in Deckung gebracht werden.
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Wie
in 4 zu erkennen ist, sind die Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c in
den Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c jeweils
in drei Reihen angeordnet. Der Abstand a zweier benachbarter Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c in
einer Reihe ist gleich dem Abstand a zweier benachbarter Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c in
zwei zueinander benachbarten Reihen. Mit anderen Worten, die in den
Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c ausgebildeten Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c sind
jeweils in einem in 5 nochmals detailliert veranschaulichten
isodistanten Muster angeordnet.
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Der
Bereich 18a der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 ist
bezogen auf die Richtung der Luftströmung durch die Lufteinlassöffnung 14 stromaufwärts von
dem Bereich 18b der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 angeordnet.
In ähnlicher
Weise ist der Bereich 18b der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 bezogen
auf die Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung 14 stromaufwärts von
dem Bereich 18c der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 angeordnet.
Das in dem Bereich 18a angeordnete Kalibrierelement 20a ist
mit Durchströmungsöffnungen 24a versehen,
die einen größeren Durchmesser
aufweisen als die Durchströmungsöffnungen 24b,
die in dem Kalibrierelement 20b ausgebildet sind. In ähnlicher
Weise ist der Durchmesser der in dem Kalibrierelement 20b ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24b größer als
der Durchmesser der in dem Kalibrierelement 20c ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24c.
Mit anderen Worten, je weiter ein Kalibrierelement 20a, 20b, 20c bezogen
auf die Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung 14 stromabwärts angeordnet
ist, desto geringer ist der Durchmesser der in dem Kalibrierelement 20a, 20b, 20c ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c.
Durch diese Ausgestaltung der Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c wird
eine optimale Gleichverteilung der Luftströmung, d. h. der Luftmenge und
der Luftgeschwindigkeit über
die Luftauslassöffnung 16 erreicht.
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Das
Gehäuse 12 des
Luftführungselements 10 kann
aus einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial bestehen. Die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c können, wie
in 6 gezeigt ist, fest mit dem Gehäuse 12 des
Luftführungselements 10 verbunden
sein. Bei der in der 6 veranschaulichten Anordnung
ist sind die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c an
einen an dem Gehäuse 12 ausgebildeten,
nach außen
ragenden Flansch 26 anlaminiert. Die fest mit dem Gehäuse 12 verbundenen
Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c können aus
einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial bestehen. Eine optimale
Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und
den Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c kann
dann erzielt werden, wenn das Gehäuse 12 und die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c aus
dem gleichen Material bestehen.
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Alternativ
dazu kann, wie in 7 gezeigt ist, das Gehäuse 12 des
Luftführungselements 10 auch mit
drei Einschubeinrichtungen 28 versehen sein, die jeweils
dazu eingerichtet sind, eines der Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c aufzunehmen.
Die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c können dann
bei Bedarf besonders einfach ausgewechselt werden. Ein auswechselbar
in einer Einschubeinrichtung 28 aufgenommenes Kalibrierelement 20a, 20b, 20c ist
vorzugsweise kostengünstig
als Kunststoffspritzgussteil gefertigt. Um zu verhindern, dass die
Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c aus den
Einschubeinrichtungen 28 herausfallen, ist eine in der 7 nicht
näher veranschaulichte
Befestigungsvorrichtung vorgesehen, die die Kalibrierelemente 20a, 20b, 20c in
den jeweiligen Einschubeinrichtungen 28 hält.
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Das
Luftführungselement 10 umfasst
ferner eine Schalldämpfungsvorrichtung 30,
die aus einem schallabsorbierenden Schaummaterial mit einer hohen
Steifigkeit und einer geringen Erosionsrate, beispielsweise einem
Polyimid-Schaum oder einem Melamin-Schaum, wie beispielsweise einem
Basotec®-Schaum
besteht. Die Schalldämpfungsvorrichtung 30 ist
bezogen auf die Richtung der Luftströmung durch die Luftauslassöffnung 16 stromabwärts von
den Kalibrierelementen 20a, 20b, 20c angeordnet.
Wie insbesondere in 3 zu erkennen ist, besteht die
Schalldämpfungsvorrichtung 30 aus
drei Teilen, wobei je ein Teil einem der Bereiche 18a, 18b, 18c der
Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäuses 12 zugeordnet
ist. Alternativ dazu kann die Schalldämpfungsvorrichtung 30 jedoch
auch einteilig ausgebildet sein.
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In
der Schalldämpfungsvorrichtung 30 sind Durchströmungsöffnungen 32 ausgebildet,
die eine ungehinderte Durchströmung
der Schalldämpfungsvorrichtung 30 ermöglichen.
Der Durchmesser der in der Schalldämpfungsvorrichtung 30 ausgebildeten Durchströmungsöffnungen 32 ist
gleich dem größten Durchmesser
von in einem Kalibrierelement 20a, 20b, 20c ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 24a, 24b, 24c.
Mit anderen Worten, in dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel
ent spricht der Durchmesser der in der Schalldämpfungsvorrichtung 30 ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 32 dem Durchmesser
der in dem Kalibrierelement 20a ausgebildeten Durchströmungsöffnungen 24a.
Wie in 8 veranschaulicht ist, ist das Verhältnis der
Dicke der Schalldämpfungsvorrichtung 30,
d. h. die Erstreckung der Schalldämpfungsvorrichtung 30 in
Richtung der Luftströmung
durch die Luftauslassöffnung 16,
zum Durchmesser der in der Schalldämpfungsvorrichtung 30 ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 32 ≥ 2.
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Wie
in den 1 und 2 veranschaulicht ist, hat das
Gehäuse 12 des
Luftführungselements 10 einen
sich in Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung 14 verjüngenden
Querschnitt, d. h. eine Seitenfläche 12a des
Gehäuses 12 ist
zu benachbarten Seitenflächen 12b, 12c in
einem Winkel geneigt angeordnet. Im Gegensatz dazu hat das Gehäuse 12 eines
in den 9 und 10 gezeigten Luftführungselements 10 eine
im Wesentlichen quaderförmige
Gestalt, d. h. eine Seitenfläche 12a des Gehäuses 12 ist
jeweils im Wesentlichen senkrecht zu benachbarten Seitenflächen 12b, 12c angeordnet.
Im Übrigen
entspricht der Aufbau des in den 9 und 10 gezeigten
Luftführungselements 10 dem
Aufbau des oben beschriebenen und in den 1 bis 4, 6 und 7 gezeigten
Luftführungselements.
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11 zeigt
schließlich
eine Luftführungselementanordnung 100,
die vier in den 1 bis 4, 6 und 7 gezeigte
Luftführungselemente 10 sowie
ein zentrales Luftführungselement 102 mit
einem Gehäuse 104 umfasst.
Die Lufteinlassöffnungen 14 der
Luftführungselemente 10 sind
jeweils mit Luftzufuhrkanälen 106, 108, 110, 112 verbunden.
Die Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 erstrecken
sich jeweils im Wesentlichen parallel zu dem Gehäuse 12, 104 eines
Luftführungselements 10, 102,
das benachbart zu dem Luftführungselement 10, 102 angeordnet
ist, mit dessen Lufteinlassöffnung 114 der
Luftzufuhrkanal 106, 108, 110, 112 verbunden
ist. Die Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 weisen
einen sich in Richtung der Luftströmung durch die Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110 vergrößernden
Strömungsquerschnitt
auf, so dass die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft beim Durchströmen der
Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 verlangsamt wird.
Dadurch wird gewährleistet,
dass die Luft mit der gewünschten
verringerten Geschwindigkeit in die Lufteinlassöffnungen 14 der Luftführungselemente 10 eintritt.
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Wie
in 12 zu erkennen ist, können die Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 durch
hohlzylindrisch geformte Bauteile gebildet werden. Alternativ dazu
ist es, wie in 13 gezeigt ist, jedoch auch möglich, auf
einer Seite offenen Profilelemente zur Bildung der Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 zu nutzen.
In diesem Fall ist es lediglich erforderlich, entsprechende Dichtungen 114 vorzusehen,
die eine abdichtende Verbindung eines Luftzufuhrkanals 106, 108, 110, 112 mit
einem benachbarten Luftzufuhrkanal 106, 108, 110, 112 oder
einem benachbarten Gehäuse 12, 104 eines
Luftführungselements 10, 102 ermöglichen.
Eine optimale Einbauraumausnutzung wird durch die Ausbildung der
Luftzufuhrkanäle 106, 108, 110, 112 mit
im Wesentlichen rechteckigen Strömungsquerschnitten
erreicht, wobei die Strömungsquerschnitte
mit abgerundeten Ecken versehen sind.