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Die
Erfindung betrifft eine Klappenanordnung einer Klappe in einem Kanal
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus
der
DE 44 22 537 A1 ist
eine Klappe für einen Luftführungskanal mit einem
Klappenkörper bekannt, der um eine Längsachse
dreh- oder schwenkbar gelagert ist. Zur Reduzierung der Herstellungskosten
derartiger Klappen wird der Klappenkörper aus einem Extrusionsprofil
oder Strangpressprofil gebildet, das mindestens einen Hohlraum aufweist,
wobei in diesem Hohlraum Lagerachsen oder Mitnehmerteile gehalten
sind. Das Profil kann abgerundete An- und Abströmbereiche
aufweisen.
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Derartige
Ausgestaltungen lassen noch Wünsche offen, insbesondere
in Bezug auf die Abdichtung im geschlossenen Zustand der Klappe.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Klappenanordnung zur
Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Klappenanordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Die
Erfindung betrifft eine Klappenanordnung mit einer um eine Schwenkachse
verschwenkbaren, in einem Kanal angeordneten, akustisch wirksamen
Klappe, welche einen Klappenkörper mit mindestens einem
durch eine Weichkomponente aus einem geschäumten und/oder
elastischen Material gebildeten Bereich sowie mindestens einem aus
einer Hartkomponente aus einem formstabilen Material aufweist. Hierbei
weist die Klappenanordnung auf mindestens einer Seite der Klappe
jeweils drei Dichtbereiche auf, welche durch eine bereichsweise
Anlage der Seitenfläche und/oder Kantenbereichen der Seitenfläche
des Klappenkörpers an der gegenüberliegenden Wandfläche
des Kanals und/oder an einer Sprungstelle dieser Wandfläche
gebildet sind. Ferner ist die, der Wandfläche gegenüberliegende äußere Seitenfläche
der Klappe zumindest in den, in Kontakt mit der Wandfläche
des Kanals oder mit der an der Wandfläche ausgebildeten
Sprungstelle gelangenden Bereichen aus der Weichkomponente gebildet.
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Die
Sprungstelle stellt im Wesentlichen eine Unstetigkeitsstelle im
Verlauf der Wandfläche dar und ist vorteilhafterweise als
eine von der Wandfläche abstehende Rippe, ein in der Wandfläche
geformter Absatz oder Stufe in der ausgebildet. So kann beispielsweise
seitlich an der Wandfläche ein Absatz nach außen,
d. h. eine Tasche in Form des Schwenkbereichs der Klappe, ausgebildet
sein. Der Boden der Tasche wird bei der Schwenk-Bewegung der Klappe nicht
berührt, wodurch sich insbesondere Bewegungsgeräusche
vermeiden lassen.
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Bevorzugt
weist der Kanal im Bereich mindestens einer Wandfläche
mindestens zwei Bereiche, insbesondere mindestens drei Bereiche
von Sprungstellen, insbesondere Rippen auf, welche zumindest in
der geschlossenen Stellung der Klappe in Anlage an Bereiche der
Seitenfläche der Klappe sind, wobei der erste und der zweite
Bereich der Sprungstellen einen, einem Teilbereich der Kontur des
Klappenkörpers entsprechenden Verlauf aufweist, und die
der Wandfläche gegenüberliegende äußere
Seitenfläche der Klappe ist zumindest in den in Kontakt mit
den Sprungstellen, wie beispielsweise Rippen gelangenden Bereichen
aus der Weichkomponente gebildet.
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Vorzugsweise
sind ein dritter Bereich der Sprungstellen, insbesondere Rippen,
welcher zwischen dem ersten und zweiten Bereich angeordnet ist,
und einen kreisförmig und konzentrisch zur Schwenkachse
der Klappe ausgebildeten Verlauf aufweist, und ein beständig
mit diesem dritten Bereich in Kontakt stehender Bereich der Seitenfläche der
Klappe vorgesehen, der aus der Weichkomponente besteht. Dieser Dichtbereich
dichtet sicher das Lager der Klappe ab. Ferner werden die Reibkräfte, die
im Falle einer Stellbewegung der Klappe auftreten gering gehalten,
da die weiteren Bereiche der Klappe – außer in
der geschlossenen Stellung – nicht in Anlage an die Kanalwände
sind.
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Die
Höhe der Sprungstelle, insbesondere Rippenhöhe
in der Wandfläche des Kanals im dritten Bereich ist bevorzugt
kleiner als die Höhe der Sprungstelle, insbesondere Rippenhöhe
im ersten und/oder zweiten Bereich.
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Vorzugsweise überdeckt
die seitliche Projektion der Klappe auf die Wandfläche
mit den Sprungstellen den dritten, kreisförmigen Bereich
der Sprungstelle in jeder Klappenstellung vollständig.
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Zwischen
der Seitenfläche der Klappe und der Wandfläche
des Kanals, von welcher aus die Sprungstellen ausgehen, ist bevorzugt
ein Spalt ausgebildet, wobei die Spaltbreite des Spalts kleiner
als die minimale Höhe der Sprungstelle ist. Dies stellt
sicher, dass bei einer Schwenkbewegung der Klappe – abgesehen
von einem ringförmigen Dichtbereich zur Abdichtung des
Lagers – keine Reibung zwischen den Wandflächen
des Kanals und den Seitenflächen auftritt. Gleichzeitig
wird sichergestellt, dass in der geschlossenen Stellung der Klappe
eine vollständige Abdichtung durch Anlage und leichter,
elastischer Kompression der aus der Weichkomponente bestehenden
Bereiche der Klappe an den Sprungstellen, insbesondere Rippen erfolgen
kann.
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Bevorzugt
ist im Klappenkörper konzentrisch zur Schwenkachse ein
Auge ausgebildet, wobei um das Auge herum zumindest im Bereich der
Seitenfläche, welche dem dritten, kreisförmigen
Bereich der Sprungstellen gegenüberliegt, auf der Außenseite aus
der Weichkomponente besteht.
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Gemäß einer
Ausführungsform kann die Klappe einen seitlich überstehenden
Rand aus der Weichkomponente aufweisen, welcher zumindest in Teilbereichen
im geschlossenen Zustand der Klappe unter leichter elastischer Verformung
in Anlage an die Sprungstellen an der Wandfläche des Kanals
gelangt.
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Für
eine einfache und kostengünstige Herstellung einer derartigen
Klappe kann an einem Grundkörper aus besagter Hartkomponente
zumindest in den an- und/oder abströmseitigen Kontaktbereichen
des Klappenkörpers mit der Kanalwand eine Lage konstanter
Dicke aus besagter Weichkomponente, welche in Verbindung mit der
Hartkomponente den Klappenkörper bildet, angebracht, bspw.
angeklebt, werden.
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Die
Weichkomponente kann ausschließlich in durch die Hartkomponente
gebildeten Vertiefungen angeordnet sein, wobei die Außenfläche
von Hart- und Weichkomponenten eine kontinuierlich verlaufende Außenfläche
ergeben, d. h. keine Kanten, Spalte oder dergleichen zwischen der
Hart- und Weichkomponente auftreten. Natürlich kann ein Grundkörper
aus Hartkomponente auch ganzflächig von einer Schicht aus
der Weichkomponente überzogen sein.
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Eine
schall- und strömungstechnisch optimierte Ausgestaltung
lässt sich insbesondere dadurch erzeugen, dass an einem
Grundkörper aus einer Hartkomponente zumindest in den an-
und/oder abströmseitigen Kontaktbereichen des Klappenkörpers
mit der Kanalwand ein Ansatz aus einer Weichkomponente, welcher
in Verbindung mit der Hartkomponente den Klappenkörper
bildet, angeordnet ist. Insbesondere bevorzugt ist der Ansatz durch
ein Formteil gebildet.
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Bevorzugt
weist der anströmseitige Bereich des Klappenkörpers
einen gekrümmten Verlauf auf, wobei der Kopfradius R zwischen
3 mm und 10 mm liegt oder durch mehrere Teilstücke gebildet
wird deren einzelne Radien R jeweils zwischen 3 und 10 mm betragen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Weichkomponente 2e,
am anströmseitigen Kopfbereich des Klappenkörpers
nur in einem Winkelbereich α von 20° bis 150°,
bevorzugt zwischen 30° und 120° ausgebildet, wobei
der Ursprungspunkt der erzeugenden Halbstrahlen des Winkels etwa
auf der Schwenkachse der Klappe liegt.
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Der
Winkel β im hinteren abströmseitigen Bereich des
Klappenkörpers zwischen der Oberseite und der Unterseite
des Klappenkörpers liegt bevorzugt in einem Bereich von
6° bis 45°, insbesondere bei ca. 30°,
wobei der Winkel β im wesentlichen durch zwei Halbstrahlen
gebildet wird, wovon, der erste etwa dem weitestgehend geradlinigen
Verlauf der Klappenoberseite entspricht und der zweite Halbstrahl
die Unterseite der Klappenvorderseite und -rückseite etwa
tangiert
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Die
Klappe kann, insbesondere aus Gewichtsgründen, als Hohlkörper
ausgebildet sein, wobei eine Hartkomponente eine geschlossene oder
offene Stützstruktur als Grundkörper bildet, an
deren Außenseite zumindest in Teilbereichen die Weichkomponente
angeordnet ist.
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Der
Grundkörper, welcher aus der Hartkomponente besteht, kann
mehrteilig, insbesondere zweischalig, ausgebildet sein. Die Teile
können auf beliebige Weise miteinander verbunden sein,
bspw. durch Clipsen, Klemmen, Kleben, Schweißen, Verpressen.
Ferner können die Teile über ein Filmscharnier
miteinander verbunden sein, so dass sie einfach einstückig
hergestellt und nach dem Spritzgießen einfach zusammengeschwenkt
und auf der dem Filmscharnier gegenüberliegenden Seite
miteinander verbunden werden können. Diese Art der Ausgestaltung
ermöglicht einfachere Formen zur Herstellung, verglichen
zu einer direkten Herstellung eines Hohlprofils.
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Die
Verbindung der Teile miteinander kann auch direkt durch die Weichkomponente
erfolgen, sofern diese im Fügebereich angeordnet ist. Alternativ oder
zusätzlich können die Klappenteile auch durch ein
sogenanntes Montagespritzgussverfahren miteinander verbunden werden.
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Als
Materialien für die Hartkomponente können beispielsweise
Thermoplaste (als kompaktes oder aufgeschäumtes Material)
oder Duroplaste, ggf. auch mit Glasfasern oder anderen verstärkenden
Bestandteilen, verwendet werden. Ebenso sind beliebige Metalle,
Legierungen, Verbundwerkstoffe oder dergleichen möglich.
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Als
Materialien für die Weichkomponente können, beispielsweise
geschäumte Kunststoffe, wie PU-Schaum, PE-Schaum, PP-Schaum,
verwendet werden. Handelt es sich um einen lippenartigen Bereich,
so kommen auch beliebige andere, bei relativ geringem Kraftaufwand
elastisch verformbare Materialien, wie Gummi, Silikone oder andere
Elastomere als Weichkomponente in Frage, wobei der Kraftaufwand
für die elastische Verformung der Weichkomponente so gering
wie möglich gehalten werden sollte, so dass es insbesondere
zu keinen Beschädigungen der Rippen oder anderer Kontaktbereiche kommt.
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Eine
derartige Klappenanordnung kann beispielsweise für Belüftungssysteme,
Heiz- und/oder Klimaanlagen für Fahrzeuge oder sonstige
Bereiche, wie Häuser, beispielsweise in Luftkanälen
zur Regelung des Luftmassenstroms, in Ausströmern oder Komfortdüsen,
für Frischluft-Umluft-Klappen, für eine Beduftungsanordnung,
für Kühlmodule, für beliebige Ansaug-
oder Lufteinlassöffnungen, wie Motoransaugmodule oder Frischlufteintrittsöffnungen,
für Kühlergrills mit verstellbaren Lamellen zum
Absperren der Motorraum- und Kühlmoduldurchströmung, beispielsweise
zur Optimierung des Wärmehaushalts im Schiebebetrieb und
zur cw-Wert-Verbesserung, verwendet werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Klappenanordnung mit einer in einem
Luftkanal angeordneten Klappe gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel in geöffneter Stellung,
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2 eine 1 entsprechende
perspektivische Ansicht ohne Klappe,
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3 eine 1 entsprechende
perspektivische Ansicht mit Welle ohne Klappe,
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4a eine
perspektivische Ansicht der Klappenanordnung mit von 1 in
geschlossener Stellung,
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4b eine
andere perspektivische Ansicht der Klappenanordnung von 4a,
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5 eine
Seitenansicht auf die Klappenanordnung von 1 in geöffneter
Stellung,
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6 eine
Detailansicht auf den Bereich zwischen Rippe an der Kanalwand und
dem seitlichen Ende des Klappenflügels in geöffneter
Stellung der Klappe,
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7 eine
perspektivische Ansicht von Kanalwand mit Rippe und Klappenflügel,
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8 eine
erste Seitenansicht von Kanalwand mit Rippe und Klappenflügel,
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9 eine
erste perspektivische Darstellung von Rippe und Klappenflügel,
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10 eine
zweite perspektivische Darstellung von Rippe und Klappenflügel,
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11 eine
perspektivische Darstellung einer Klappenanordnung mit einer in
einem Luftkanal angeordneten Klappe gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel in geöffneter Stellung,
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12 eine
perspektivische Darstellung der Klappenanordnung von 11 in
geschlossener Stellung,
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13 eine
Seitenansicht der Klappenanordnung von 11,
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14 eine
Seitenansicht der Klappenanordnung von 12,
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15 eine
perspektivische Ansicht des Luftkanals gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel einer Klappenanordnung ohne
Klappe,
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16 eine
perspektivische Ansicht der Klappe gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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17 eine
andere perspektivische Ansicht der Klappe von 16,
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18 eine
perspektivische Ansicht des Deckels der Klappe von 11,
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19 eine
andere perspektivische Ansicht des Deckels,
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20 eine
perspektivische Ansicht der Hartkomponente des Unterteils der Klappe
von 11,
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21 eine
perspektivische Ansicht der Weichkomponente des Unterteils der Klappe
von 11,
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22 eine
Gesamtdarstellung des Unterteils,
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23 eine
Schnittdarstellung der Klappe von 11 im äußeren,
seitlichen Bereich,
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24 eine
Schnittdarstellung der Klappe von 11 in
einem seitlichen Wandbereich des Unterteils, kurz außerhalb
des Deckels,
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25 eine
Schnittdarstellung der Klappe von 11 im
mittleren Bereich,
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26 eine
Seitenansicht der Hartkomponente einer Klappe, wie sie beispielsweise
beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann,
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27 eine
perspektivische Ansicht der Hartkomponente einer Klappe, wie sie
beispielsweise beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet
werden kann,
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28 eine
Seitenansicht einer anderen Klappe mit Weich- und Hartkomponente,
wie sie beispielsweise beim ersten Ausführungsbeispiel
verwendet werden kann,
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29a–f verschiedene Ausgestaltungen des
luftanströmseitigen Endes der Klappe im Bereich der Anlagefläche
an die Kanalwand,
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30a–e verschiedene Ausgestaltungen des
luftabströmseitigen Endes der Klappe im Bereich der Anlagefläche
an die Kanalwand, und
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31 Darstellung
der geometrischen Beziehungen an einer Klappe einer erfindungsgemäßen Klappenanordnung
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1 bis 10 zeigen
eine Klappenanordnung 1 einer akustisch wirksamen Klappe 2,
die in einem Luftkanal 3 angeordnet ist, gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel. Die Klappe 2 weist
einen Klappenkörper 2a auf, der um eine Schwenkachse
S verschwenkbar ist. Der Klappenkörper 2a hat
ein tragflächenförmiges äußeres
Profil. Im Klappenkörper 2a ist ein Auge 2b ausgebildet,
welches konzentrisch zur Schwenkachse S angeordnet ist und eine
Welle aufnehmen kann, über welche die von einem außerhalb des
Luftkanals angeordneten Aktuator erzeugte Stellbewegung an die Klappe 2 übertragen
wird. Alternativ kann der Antrieb direkt im Auge angeordnet sein.
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Der
Luftkanal 3 weist zumindest im Bereich, in welchem die
Klappe 2 angeordnet ist, einen rechteckförmigen
Querschnitt auf, welcher sich im Bereich der Klappe 2 nicht
in seiner Breite (Richtung der Schwenkachse S) sondern nur in seiner
Höhe verändert.
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In
den Luftkanal 3 ragen von gegenüberliegenden Kanalwänden 4 ausgehende
Rippen 5 hinein. Diese Rippen 5 sind in ihrem
Verlauf dem Verlauf des tragflächenförmigem Profils
der Klappe 2 in deren geschlossener Stellung angepasst,
wobei ein erster Bereich 5a der Rippen 5 am abgerundeten, luftanströmseitigen
Ende der Klappe 2 auf der Luftabströmseite teilweise
anliegt, ein zweiter Bereich 5b der Rippen 5 im luftabströmseitigen
Ende der Klappe 2 auf der Luftanströmseite teilweise
anliegt, und ein dazwischen angeordneter dritter Bereich 5c der
Rippen 5, in dem die Rippe in Ringform konzentrisch zur Schwenkachse
S verlaufend angeordnet ist und den ersten und zweiten Bereich verbindet,
wobei die Rippen des ersten und zweiten Bereichs im Wesentlichen
tangential an den Ring des dritten Bereichs auf etwa einander gegenüberliegenden
Seiten anschließen.
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Die
Höhe der Rippen 5 im ersten und zweiten Bereich 5a bzw. 5b ist
etwas größer als die der Rippe 5 im dritten
Bereich 5c. Hierbei bestimmt die Höhe der Rippe 5 im
dritten Bereich 5c im Wesentlichen einen Spalt 6 zur
Seitenfläche des Klappenkörpers 2a, wobei
die Spaltbreite minimal kleiner als die Rippenhöhe im dritten
Bereich 5c ist, um eine konstante Anlage der elastischen
Seitenfläche des Klappenkörpers 2a an
der Rippe 5 und damit eine gute Abdichtung des Bereichs
um die Schwenkachse S zum Kanalinnenraum zu gewährleisten.
Bei einer Schwenkbewegung des Klappenkörpers 2a gleitet
lediglich ein kleiner Bereich der Klappenkörperseitenfläche
in entlang der ringförmigen Rippe 5. Die übrigen
Seitenflächenbereiche des Klappenkörpers 2b sind
während der gesamten Schwenkbewegung beabstandet von den
Rippen und insbesondere den Kanalwänden angeordnet und
gelangen nur kurz vor der vollständig geschlossenen Stellung
in Anlage an die Bereiche der Rippen 5 in den ersten und
zweiten Bereichen 5a, 5b, welche über
die ringförmige Rippe 5 im dritten Bereich 5c vorstehen.
Die Anströmrichtung der Klappe ist stellvertretend für
alle Ausführungsbeispiele in 1 durch
einen Pfeil auf der rechten Seite eingetragen, sodass die Klappe
im Betrieb immer an der weniger spitz zulaufenden Seite bzw. der
Vorderseite angeströmt wird.
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Zur
weiteren Verbesserung können die Rippen auf der An- bzw.
Abströmseite auf der jeweiligen, der Dichtfläche
gegenüberliegenden Seite mit einem weichen strömungsgünstigen Übergang
ausgebildet sein, beispielsweise als gleichmäßig
verlaufender Wandbereich ausgehend von der entsprechenden Rippenkante
bis zur Wandfläche. Hierbei kann anstatt einer Rippe auch
die Kanalbreite stetig abnehmen bis zum Maß der Rippentiefe.
Dadurch werden in der Fertigung Materialanhäufungen und
bei der Anströmung Stoßkanten vermieden. Zur Veranschaulichung
ist ein solcher strömungsgünstig verlaufender
Bereich in Form einer Auslauffläche 7 in 5 durch
eine Schraffur gekennzeichnet.
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Die
Klappe 2 weist eine in den 1 bis 10 nicht
näher dargestellte elastische Außenfläche
aus einem Schaumüberzug aus PU-Schaum auf, welcher sich
vorliegend über die gesamte Oberfläche, d. h.
auch an den Seitenflächen des Klappenkörpers 2b erstreckt.
Der PU-Schaum ist hierbei auf einen Grundkörper aus Kunststoff
aufgeklebt, welcher vorliegend als Vollmaterial ausgebildet ist,
aber beispielsweise zur Gewichts- und Materialeinsparung ganz oder
bereichsweise auch durch eine Art Gerüst gebildet oder
als Hohlkörper oder -profil ausgebildet sein kann, wobei
Grundkörper und Schaumüberzug den Klappenkörper 2a bilden.
Die Dicke des Schaumüberzugs entspricht vorliegend der
Höhe der ersten und zweiten Bereiche 5a, 5b der
Rippen 5.
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Andere
Ausgestaltungen des Klappenkörpers, insbesondere auch seines
Schaumüberzugs, sind möglich, wie insbesondere
eine Ausgestaltung, bei welcher nur Teilbereiche mit einem Schaumüberzug
versehen sind, wobei die Klappe insgesamt ein tragflächenförmiges äußeres
Profil aufweist. So sind beispielsweise Ausgestaltungen möglich,
bei denen nur die anströmseitige Unterseite vom anströmseitigen
Ende bis etwa zur Schwenkachse und die abströmseitige Oberseite
von etwa der Schwenkachse bis zum abströmseitigen Ende
mit einem Schaumüberzug versehen sind. Im Extremfall kann
auch nur ein seitlicher Randbereich der anströmseitigen
Unterseite vom anströmseitigen Ende bis etwa zur Schwenkachse
und der abströmseitigen Oberseite von etwa der Schwenkachse
bis zum abströmseitigen Ende mit einem Schaumüberzug
versehen sein, so dass die mit Schaumüberzug versehenen
Bereiche mit den Rippen 5 im geschlossenen Zustand der Klappe 2 in
Anlage kommen, wobei im geschlossenen Zustand eine leichte Kompression
des Schaumüberzugs vorgesehen ist, um eine vollständige
Abdichtung sicherstellen zu können. Eine in Bezug auf die
Herstellung günstige Ausgestaltung ergibt ein Schaumüberzug
vom abströmseitigen Ende über die Oberseite, das
anströmseitige Ende bis zur Unterseite im Bereich der Schwenkachse.
Verschiedene Ausgestaltungen sind an späterer Stelle unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Ferner
können als Materialien für den Schaumüberzug
auch andere Schäume, wie beispielsweise Schäume
aus PE oder PP, verwendet werden. Die Anbringung des Schaumüberzugs
am Grundkörper kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise
mittels Kleben, Ultraschallschweißen, Laserschweißen,
Clipsen, Tackern oder Nähen. Auch Kombinationen unterschiedlicher
Verfahren zur Anbringung sind möglich. Ebenso kann der
Grundkörper samt Schaumüberzug mittels eines Zweikomponenten-Spritzgussverfahrens
hergestellt werden.
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Der
Grundkörper – ggf. auch direkt mit dem Schaumüberzug – kann
ebenfalls auf beliebige Weise hergestellt werden, wie beispielsweise
mittels Spritzgießen, Strangpressen, Extrudieren, Formen mittels
Gas-Innendruck, Formen mittels Wasser-Innendruck, Gießen
mittels Thermoplastierschaum, Blasformen oder mit dem MuCell-Verfahren.
Ebenfalls kann der Grundkörper mehrteilig ausgebildet sein
oder aus zwei über ein Filmscharnier verbundenen Bereichen
bestehen, welche im zusammengeklappten Zustand einen Hohlkörper
oder ein Hohlprofil bilden. Ferner können auch leichte, poröse
Einleger, z. B. aus Schäumen (wie bspw. EPP), aus Fasersträhnen
oder beliebige andere Füllkörper, zur Vermeidung
von Materialanhäufungen im Grundkörper sowie zur
Verringerung der Bauteilmasse umspritzt und/oder umschäumt
werden. Eine eventuell entstehende geschlossene Oberfläche
in Form einer Haut kann bei Bedarf entfernt werden. Ebenfalls können die
Oberflächen der weichen Komponente strukturiert werden,
wie bspw. mit Noppen, Dellen, Riefen, Rillen, Schuppen und/oder
anderen geeigneten regel- oder unregelmäßigen
Oberflächenstrukturen. Dies kann beispielsweise mittels
Spritzprägens erfolgen.
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Prinzipiell
ist auch ein Einspritzen des Grundkörpers in den Schaumüberzug
oder umgekehrt ein Umschäumen des Grundkörpers
möglich.
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11 bis 25 zeigen
eine Klappenanordnung 1 einer Klappe 2 in einem
Luftkanal gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Hierbei sind für gleiche oder gleichwirkende Elemente die
gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
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Die
Klappe 2 ist mehrteilig ausgebildet. Ein Teil wird durch
einen harten Deckel 2c gebildet. Das zweite Teil ist vorliegend
als Zweikomponenten-Spritzgussteil ausgebildet und bildet das Unterteil 2d zum
Deckel 2c. ist. Es weist eine Weichkomponente 2e auf,
deren Funktion im Wesentlichen derjenigen des Schaumüberzugs
des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, zudem aber
auch der Abdichtung der beiden Teile 2c, 2d gegeneinander
dient, so dass die Klappe 2 gewichtssparend als Hohlkörper ausgebildet
ist (siehe beispielsweise Schnittdarstellung von 25).
Die Weichkomponente 2e ist im An- und Abströmbereich,
als seitliche Abdichtung gegen in den Luftkanal 3 ragende
Rippen 5 sowie konzentrisch um die seitlich am Klappenkörper 2a vorstehenden
Zapfen, durch welche die Schwenkachse S verläuft, positioniert.
Eine Hartkomponente 2f bildet die Welle mit seitlich überstehenden
Zapfen, stützende Bereiche für die Weichkomponente 2e sowie die
Unterseite des Klappenkörpers 2a. Die beiden Teile
der Klappe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
können auf beliebige Weise miteinander verbunden werden,
beispielsweise mittels Clipsverbindungen, mittels Kleben, Anschrauben,
Schweißen oder dergleichen. Ebenfalls können die
Teile formschlüssig miteinander verbunden sein, z. B. durch das
Vorsehen von Quernuten/Federn. Auch eine einstückige Ausgestaltung
von Deckel und Unterteil ist möglich, wobei bspw. eine
Quernut auf der Luftanströmseite vorgesehen sein kann,
um welche der Deckel verschwenkt und am gegenüberliegenden
Ende mit dem Unterteil verbunden werden kann. Ebenfalls ist es möglich,
zwischen zwei Teilen aus der Hartkomponente die Weichkomponente
direkt einzuspritzen, wodurch die Weichkomponente gleichzeitig als eine
Art Klebstoff zum Verbinden der Teile dient (Montage-Spritzguss).
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Insgesamt
bildet der Deckel 2c in Verbindung mit dem denselben ausgehend
von dem Bereich der Schwenkachse S umgebenden Bereich aus der Weichkomponente 2e des
Unterteils 2d im Wesentlichen eine Ebene. Die Weichkomponente 2e steht
im Bereich der den Seitenflächen des Klappenkörper 2a – abgesehen
von den durch die Weichkomponente 2e ragenden Zapfen aus
dem Material der Hartkomponente 2f – etwas über.
Der überstehende Bereich ist luftanströmseitig
großflächig ausgebildet (vgl. z. B. 11 und 12),
geht in den etwas erhaben gegenüber dem ersten Weichkomponentenbereich
ausgebildeten zweiten, ringförmigen Bereich um die Schwenkachse
S über und von demselben aus in einen in der gleichen Höhe
wie der erste Bereich endenden dritten Bereich über, welcher
den Deckel 2c ausgehend von der Schwenkachse S umgibt. Am
hinteren Ende des Klappenkörper 2a endet die Weichkomponente 2e im
Wesentlichen bündig mit dem durch die Hartkomponente 2f des
Unterteils 2d gebildeten Bereich.
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Die
Ausgestaltung der Wandflächen des Luftkanals 3 unterscheidet
sich zum ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der dritte,
ringförmige Bereich 5c entfällt. In diesem
Bereich ist die ringförmig ausgebildete Weichkomponente 2e direkt
in Anlage an die ebene Wandfläche des Luftkanals 3.
Die Rippen 5 im ersten und zweiten Bereich 5a und 5b weisen
die gleiche Höhe auf. Auf Grund der Gestalt der Klappe 2 ist
lediglich der Verlauf der Rippe im ersten Bereich gekrümmt,
der Verlauf der Rippe 5 im zweiten Bereich ist gerade.
Grundsätzlich richtet sich der Verlauf der Rippe nach der
Kontur der Klappenform in den einzelnen Bereichen, so ist bei entsprechend
tragflügelähnlichen Formen die Rippe ebenfalls
entsprechend gekrümmt.
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Wie
beispielsweise aus 14 ersichtlich ist, weist der
Luftkanal 3 im Bereich der Klappe 2 einen dahingehend
veränderten Verlauf auf, dass zur besseren Abdichtung die
untere, luftanströmseitig der Schwenkachse S angeordnete
Kanalwand den ersten Bereich der Krümmung der Rippe 5 (erster
Bereich 5a) in Richtung des Lufteintritts weiterführt
und tangential in den rechteckförmigen Anströmbereich des
Kanals übergeht. Luftabströmseitig der Rippe 5 geht
die Kanalwand durch einen S-förmigen Krümmungsverlauf
mit großen Radien wieder in den geraden, rechteckförmigen
Abströmbereich des Kanals über. Auch in diesem
Fall kann optional das mit einer Schraffur gekennzeichnete Gebiet 7 stetigverlaufend zwischen
der Wandfläche des Kanals und der Rippenkannte ausgebildet
sein.
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Auf
der gegenüberliegenden Seite weist der Luftkanal eine stufenartige
Querschnittsvergrößerung auf, welche in Fortsetzung
der Rippe des zweiten Bereichs 5b geführt ist,
und in ihrem derart gebildeten schrägen Verlauf eine Länge
aufweist, welche etwas kleiner ist als die Breite des Bereichs der Weichkomponente 2e auf
der Deckelseite der Klappe 2. Diese Erweiterung ergibt
einen strömungsgünstigen Verlauf der Abdichtung
oben quer zur Strömung.
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Durch
die zuvor beschriebene Ausgestaltung liegt beidseitig lediglich
der ringförmige Bereich der Weichkomponente 2e in
jeder Klappenstellung an der Kanalwand an, während ausschließlich
im vollständig geschlossenen Zustand der Klappe 2 der übrige
Seitenflächenbereich lediglich im gestuften Bereich bzw.
im überstehenden Randbereich an den über die Kanalwand überstehenden
Rippen 5 anliegt. Sowohl auf der abgerundeten Luftanströmseite
als auch auf der in einem spitzen Winkel endenden Luftabströmseite
liegt die Klappe 2 in einem durch die Weichkomponente 2e gebildeten
Bereich an der Wandfläche des Luftkanals 3 an.
Insgesamt ergibt sich durch diese Ausgestaltung bei leichter Kompression
der Weichkomponente 2e eine sehr gute Abdichtung. Auch
in den Zwischenstellungen ergibt sich durch den ringförmigen
Bereich um die Schwenkachse S eine gute Abdichtung der Lager, wobei
durch die Beabstandung der übrigen Seitenflächenbereiche des
Klappenkörpers 2a von den Kanalwänden
die Reibung bei Stellbewegungen minimiert werden kann.
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Durch
die elastische Ausgestaltung des Klappenkörpers 2a im
Bereich der Anlageflächen für den geschlossenen
Zustand der Klappe auf der Luftan- und -abströmseite können
Queranschläge im Luftkanal 3 vollständig
entfallen, so dass sich das Strömungsverhalten der Klappenanordnung
verbessert und u. a. Geräusche vermieden werden können.
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Die
Ausgestaltung der Klappe 2 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel kann auch von der in der Zeichnung
dargestellten Form abweichen, wobei beispielsweise der Absatz zwischen
Deckel und Weichkomponente auf der Anströmseite entfällt
oder die Weichkomponente an den Seitenflächen seitlich übersteht,
insbesondere im Bereich der Seitenflächen abströmseitig
der Schwenkachse. Ferner kann das Unterteil auch auf andere Weise
als durch ein Zweikomponenten-Spritzgießverfahren hergestellt sein,
beispielsweise nachträglich angespritzt oder angeklebt
werden.
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26 zeigt
die Hartkomponente 2f einer Klappe 2, wie sie
beispielsweise als Klappe beispielsweise für das erste
Ausführungsbeispiel einer Klappenanordnung 1 verwendet
werden kann. Hierfür wird die strukturgebende Weichkomponente
(nicht dargestellt) einfach aufgeklebt, so dass sich insgesamt eine
Klappe ohne Hohlraum ergibt.
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27 zeigt
eine Hartkomponente 2f in Rippenstruktur, so dass sich
nach Aufkleben einer entsprechend ausgestalteten Weichkomponente
(nicht dargestellt) auch Hohlräume im Klappenkörper
befinden. Natürlich kann die Weichkomponente auch derart
ausgebildet sein, dass die Zwischenräume zwischen den einzelnen
Rippen durch Material gefüllt sind, so dass wiederum eine
Klappe ohne Hohlräume vorgesehen ist.
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Die
Beklebung mit einer Weichkomponente erfolgt im luftanströmseitigen
Bereich bis etwa mittig in den Bereich zwischen Schwenkachse und
luftabströmseitigen Bereich beidseitig und ist nur auf
der Unterseite bis ganz nach hinten fortgeführt, so dass im
luftabströmseitigen oberen Bereich die Außenfläche
der Klappe 2 durch die Hartkomponente 2f gebildet
ist.
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In 28 ist
die Hartkomponente 2f einer anderen Klappe 2 dargestellt,
welche ebenfalls als Klappe beispielsweise für das erste
Ausführungsbeispiel einer Klappenanordnung 1 verwendet
werden kann. In diesem Fall bildet auch ein Teil der Hartkomponente 2f einen
hinteren Bereich der Außenfläche des Klappenkörpers 2a,
wobei jedoch der größte Teil der Außenfläche
des Klappenkörpers durch die Weichkomponente 2e gebildet
ist.
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Der
anströmseitige Endbereich der Klappe 2, wie sie
beispielsweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird, kann im Prinzip auf beliebige Weise erfolgen, wobei
jedoch bevorzugt der gesamte Kontaktbereich mit der Kanalwand aus
der Weichkomponente 2e besteht, während die Hartkomponente 2f insbesondere
eine stützende, Formbeständigkeit verleihende
Aufgabe hat.
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Verschiedene
mögliche Ausführungsformen sind in den 29a bis 29f dargestellt.
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Die
einfachste Ausgestaltung ist ein Aufkleben eines Schaumüberzugs
konstanter Dicke über die gesamte Oberfläche des
Klappenkörpers, insbesondere auch der Seitenflächen
desselben, wie in 29a angedeutet. Hierbei kann
die Hartkomponente 2f entsprechend der Darstellung von 29a als Hohlkörper, ggf. auch mehrteilig,
oder als Vollkörper ausgebildet sein.
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Gemäß der
Ausgestaltung von 29b ist im vorderen Bereich
der Klappe 2 lediglich im Kontaktbereich zur Kanalwand
ein Schaumüberzug konstanter Dicke als Weichkomponente 2e in
einer entsprechenden durch die Hartkomponente 2f gebildeten
Vertiefung angeordnet. Auch in diesem Fall kann die Hartkomponente 2f hohl,
wie in der Zeichnung dargestellt, oder wiederum als Vollkörper
ausgebildet sein.
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29c zeigt einen beispielsweise angeklebten vorderen
Endbereich aus der Weichkomponente 2e, wobei der Schaumüberzug
eine geeignete Gestalt aufweist, während der weitere Bereich
durch die Hartkomponente 2f gebildet ist, in diesem Fall
als Vollkörper dargestellt, jedoch kann die Ausgestaltung auch
als Hohlkörper sein, ggf. auch mehrteilig.
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In
der Ausgestaltung von 29d ragt
zur Vereinfachung der Positionierung sowie zur besseren Fixierung
eine Rippe aus der Hartkomponente 2f in den Bereich der
Weichkomponente 2e. Natürlich können
auch einzelne Zapfen, u. U. auch mit beispielsweise pilzkopfförmiger
Ausgestaltung, oder dergleichen zur Positionierung und/oder Fixierung vorgesehen
sein.
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Gemäß der
Ausgestaltung von 29e ist wiederum eine Rippe
aus der Hartkomponente 2f vorgesehen, welche in eine in
der Weichkomponente 2e vorgesehene Nut ragt, jedoch besteht
der Klappenkörper der Klappe 2 im Bereich der
Hartkomponente aus einem zweiteiligen Hohlkörper, wobei
die beiden Teile beispielsweise mittels Clipsverbindungen miteinander
verbunden sind. Prinzipiell kann der Verbindungsbereich auch im
Bereich der Rippe vorgesehen sein, so dass die Weichkomponente 2e oder
ein ggf. zur Anbringung derselben verwendeter Kleber die Teile fest
miteinander verbindet.
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29f zeigt eine Ausgestaltung der Klappe 2 als
Hohlkörper mit einer direkt durch die Weichkomponente gebildeten
Wand.
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Der
abströmseitige Endbereich der Klappe 2, wie sie
beispielsweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird, kann im Prinzip auf beliebige Weise erfolgen, wobei
jedoch bevorzugt der gesamte Kontaktbereich mit der Kanalwand aus
der Weichkomponente 2e besteht, während die Hartkomponente 2f insbesondere
eine stützende, Formbeständigkeit verleihende
Aufgabe hat.
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Verschiedene
mögliche Ausführungsformen sind in den 30a bis 30e dargestellt.
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Die
einfachste Ausgestaltung ist wiederum ein Aufkleben eines Schaumüberzugs
konstanter Dicke über die gesamte Oberfläche des
Klappenkörpers, insbesondere auch der Seitenflächen
desselben, wie in 30a angedeutet. Hierbei kann
die Hartkomponente 2f entsprechend der Darstellung von 30a als Hohlkörper, ggf. auch mehrteilig, oder
als Vollkörper ausgebildet sein. Gemäß der
Darstellung ragen beide Enden des Schaumüberzugs über
das mit einem spitzen Winkel endende des Grundkörpers der
Klappe 2 aus der Hartkomponente 2f, jedoch kann
auch nur ein Ende des Schaumüberzugs hinausragen, oder
die beiden Enden ragen in unterschiedlichen Längen hinaus.
Bei allen Varianten kann der ansonsten eine konstante Dicke aufweisende
Schaumüberzug sich ferner zum Ende hin verjüngen.
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Gemäß der
in 30b dargestellten Ausgestaltung einer Klappe 2 ist
ein lippenartiger Ansatz aus dem Material der Weichkomponente 2e am
hinteren Ende des Klappenkörpers angebracht, wofür vorliegend
an der Hartkomponente 2f eine Rippe vorgesehen ist, die
in eine in der Weichkomponente 2e ausgebildete Nut ragt.
Die Fixierung kann beispielsweise mittels eines Klebers erfolgen
oder durch Aufspritzen im Zwei-Komponenten-Spritzguß-Verfahren. Die
Hartkomponente 2f kann, wie in der Zeichnung dargestellt,
als zweiteiliger Hohlkörper ausgebildet sein, jedoch sind
auch beliebige andere Ausgestaltungen möglich.
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Varianten
in Bezug auf die Gestalt der Weichkomponente 2e sind in 30c und 30d dargestellt.
So zeigt 30c einen Ansatz mit einer Doppellippe
und 20d zeigt einen Ansatz mit einer
in einem kreisförmigen Querschnitt endenden Lippe. Beliebige
andere Ausgestaltungen des Querschnitts sind möglich.
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30e zeigt wiederum einen leicht gekrümmten
lippenartigen Ansatz, dieser ist jedoch an seinem klappenseitigen
Ende schwalbenschwanzartig ausgebildet und in einer Nut in der Hartkomponente 2f aufgenommen,
wobei die Nut im Bereich einer Stoßstelle zweier Teile
aus besagter Hartkomponente 2f angeordnet ist, welche den
Grundkörper der Klappe 2 bilden. Insbesondere
ist es hier von Vorteil, dass durch die Trennung in der Nut auf
aufwendige Werkzeuge, insbesondere Schiebern, bei der Herstellung
mittels Spritzgießens verzichtet werden kann.
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Bei
den Klappen der erfindungsgemäßen Klappenanordnungen
handelt es sich bevorzugt um Klappen mit einer Gesamtklappenlänge
L von 40 mm bis 100 mm, insbesondere von etwa 60 mm bis 90 mm, bevorzugt
etwa 80 mm. Die Kappendicke B beträgt vorteilhafterweise
zwischen 10 mm bis 30 mm, insbesondere zwischen 15 mm bis 25 mm
und besonders bevorzugt etwa 20 mm. Die Gesamtklappenlänge
setzt sich wie in 31 dargestellt, aus dem Anteil
LVS, welcher der Länge der Klappe gemessen von der Schwenkachse
zum angeströmten Ende der Klappe entspricht und dem Anteil
INS, welcher der Länge der Klappe gemessen von der Schwenkachse zum
abströmseitigen Ende der Klappe entspricht. Das Verhältnis
von INS zu LVS ist bevorzugt größer 1, insbesondere
größer 1,25.
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Für
derartige Klappen hat sich herausgestellt, dass sich wie in 31 dargestellt,
Kopfradien R von 3 mm bis 10 mm als günstig erweisen. Dabei kann
der Kopfradius, also der Außenradius im, bei geöffneter
Klappe angeströmten Bereich, über einen Winkelbereich
konstant sein oder sich über einen Bereich innerhalb der
angegebenen Grenzen stetig ändern. Der entsprechend ausgebildete
Bereich erstreckt sich vorteilhafterweise über einen Winkel α von
20° bis 150°, bevorzugt zwischen 30° und
120°, wobei der Ursprungspunkt der erzeugenden Halbstrahlen
des Winkels α etwa auf der Schwenkachse liegt.
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Als
besonders günstig für die Abdichtung und auch
für eine geräuschreduzierende Wirkung der Klappe
hat es sich erwiesen, dass in diesem Winkelbereich die Weichkomponente 2e,
insbesondere als Schaumüberzug gebildet ist.
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Zur
weiteren Optimierung liegt der Winkel β im hinteren abströmseitigen
Bereich des Klappenkörpers zwischen der Oberseite und der
Unterseite der Klappe in einem Bereich von 6° bis 45°,
insbesondere bei ca. 30°, wobei der Winkel β durch
zwei Halbstrahlen gebildet wird, wovon, der erste etwa dem weitestgehend
geradlinigen Verlauf der Klappenoberseite entspricht und der zweite
Halbstrahl die Unterseite der Klappenvorderseite und -rückseite
tangiert.
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- 1
- Klappenanordnung
- 2
- Klappe
- 2a
- Klappenkörper
- 2b
- Auge
- 2c
- Deckel
- 2d
- Unterteil
- 2e
- Weichkomponente
- 2f
- Hartkomponente
- 3
- Luftkanal
- 4
- Kanalwand
- 5
- Rippe
- 5a
- erster
Bereich
- 5b
- zweiter
Bereich
- 5c
- dritter
Bereich
- 6
- Spalt
- 7
- Auslauffläche
- S
- Schwenkachse
- α
- Winkel
Weichkomponente
- β
- Winkel
hinten
- LVS
- Länge
vor Schwenkachse
- LNS
- Länge
nach Schwenkachse
- L
- Gesamtlänge
- R
- Radius
Kopfbereich
- B
- Klappendicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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