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Die Erfindung betrifft eine Personenanströmvorrichtung zur Anordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuges.
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Üblicherweise weisen Personenanströmvorrichtungen zur Anordnung innerhalb von Kraftfahrzeugen ein Luftregulierungselement auf, welches innerhalb des Luftkanals angeordnet ist. Herkömmliche Luftregulierungselemente sind häufig in Form einer Schließklappe ausgestaltet und ermöglichen die Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, welcher durch den Luftkanal geleitet wird, bis hin zu einer vollständigen Unterbrechung des Luftstroms. Der Luftstrom gelangt durch eine Personendüse aus dem Luftkanal in den Innenraum des Kraftfahrzeugs, wobei mittels der Personendüse von einem Kraftfahrzeuginsassen die Austrittsrichtung des Luftstroms bestimmt werden kann.
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Nachteilig bei den bekannten Personenanströmvorrichtung zur Anordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuges ist es, dass die Regelung des Luftstroms und damit der Luftmenge innerhalb des Luftkanals unzureichend fein dosierbar ist und eine Dichtigkeit des Luftregulierungselements bei der Unterbrechung des Luftstroms nicht immer gewährleistet ist. Darüber hinaus führt die Beeinflussung des Luftstroms oftmals zu einer unerwünschten Geräuschbildung, wodurch der Fahrkomfort für die Kraftfahrzeuginsassen beeinträchtigt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Personenanströmvorrichtung zur Anordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, welche eine verbesserte Dichtigkeit aufweist und mittels welcher eine feiner abgestimmte Regelung des Luftstroms ermöglicht werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Personenanströmvorrichtung zur Anordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuges weist einen Luftkanal und mindestens ein erstes in dem Luftkanal angeordnetes Luftregulierungselement auf, wobei das Luftregulierungselement eine, eine Symmetrieachse aufweisende, helixförmige Fläche aufweist, wobei zur Regelung eines Luftstroms das Luftregulierungselement in seiner Ausdehnung entlang der Symmetrieachse der helixförmigen Fläche veränderbar ist.
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Die Regelung der Luftmenge des Luftstroms, die durch das Luftregulierungselement hindurchströmt, kann bei der erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung vorteilhafterweise stufenlos bis hin zur vollständigen Unterbrechung des Luftstroms erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, indem das Luftregulierungselement eine helixförmige, insbesondere spiralförmige, Fläche aufweist, wobei die helixförmige Fläche in seiner Längsausdehnung veränderbar ist, so dass die helixförmige Fläche bzw. das Luftregulierungselement in eine geschlossene Position und in eine geöffnete Position überführbar ist. Die helixförmige Fläche weist vorzugsweise mehrere spiralförmige Abschnitte auf. Das Luftregulierungselement bzw. die helixförmige Fläche des Luftregulierungselements kann gewindeartig um die Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements ausgebildet sein. Die helixförmige Fläche kann beispielsweise in Form einer Gewindeoberfläche ausgebildet sein, wodurch Gewindegänge in Form von spiralförmigen Abschnitten ausgebildet werden, die eine veränderbare Steigung aufweisen. Die helixförmige Fläche kann dabei mit der Mantelfläche des Luftregulierungselements eine Schnittlinie bilden, die spiralförmig sein kann, wobei die Mantelfläche des Luftregulierungselements im Wesentlichen zylindrisch um die Symmetrieachse der helixförmigen Fläche ausgebildet ist.
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Dadurch, dass das Luftregulierungselement bzw. die helixförmige Fläche des Luftregulierungselements in seiner Längsausdehnung entlang der Symmetrieachse der helixförmigen Fläche veränderbar ist, kann der Strömungswiderstand des Luftregulierungselements optimal entsprechend der gewünschten Durchströmmenge des Luftstroms eingestellt werden. Somit ist es möglich, die durch den Luftkanal strömende Luftmenge sehr genau dosieren zu können. Der Luftstrom strömt dabei vorzugsweise entlang der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements, so dass beim Passieren des Luftregulierungselements der Luftstrom vorzugsweise spiralförmig geführt wird. Das Luftregulierungselement bzw. die helixförmige Fläche des Luftregulierungselements kann bei Veränderung in seiner Längsausdehnung vorzugsweise ziehharmonikaartig in die geschlossene Position zusammengezogen und in die geöffnete Position auseinandergezogen werden. Bei einer Veränderung der Längsausdehnung des Luftregulierungselements bzw. der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements kann die Steigung der einzelnen spiralförmigen Abschnitte des Luftregulierungselements bzw. der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements verändert werden, wodurch der auf den durchströmenden Luftstrom wirkende Luftwiderstand veränderbar ist. Umso geringer die Längsausdehnung des Luftregulierungselements bzw. der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements ist, desto höher ist der Luftwiderstand, so dass der Luftstrom in seiner Durchströmmenge gedrosselt wird. Befindet sich das Luftregulierungselement in der geschlossenen Position, d. h. weist das Luftregulierungselement die kleinstmögliche Längsausdehnung auf, wird der Luftstrom in dem Luftkanal durch das Luftregulierungselement vorzugsweise vollständig unterbrochen, da sich die spiralförmigen Abschnitte vorzugsweise berühren und/oder überlappen und eine Absperrung gegenüber dem Luftstrom bilden. Dadurch, dass sich die spiralförmigen Abschnitte in der geschlossenen Position des Luftregulierungselements bzw. der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements berühren und/oder überlappen, kann eine besonders hohe Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung im abgesperrten Zustand des Luftkanals erreicht werden. Umso höher der Luftdruck ist, welcher auf das in geschlossener Position befindliche Luftregulierungselement bzw. die helixförmige Fläche des Luftregulierungselements wirkt, desto stärker werden die spiralförmigen Abschnitte aufeinandergepresst, so dass hierdurch zusätzlich die Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung erhöht werden kann. Der geringste Luftwiderstand und die höchste Durchströmmenge werden erreicht, wenn das Luftregulierungselement bzw. die helixförmige Fläche des Luftregulierungselements seine maximale Längsausdehnung aufweist, d. h. sich in der geöffneten Position befindet.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung liegt darin, dass aufgrund der helixförmigen Fläche der Luftstrom entlang dieser Fläche strömt, so dass der Luftstrom, beispielsweise wie bei einer Schließkante, keine Kanten anströmt, sondern entlang der helixförmigen Fläche in einer Art Spiralbewegung gelenkt wird. Dadurch kann eine, beim Anströmen des Luftregulierungselements unerwünscht auftretende, Geräuschbildung vermieden werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Luftkanals angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Anströmung des Luftregulierungselements in axialer Richtung entlang der Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements, wodurch eine wirksame Regelung des Luftstroms ermöglicht wird, insbesondere wird aufgrund der dabei entstehenden optimalen Druckverhältnisse auf das Luftregulierungselement, in der geschlossenen Position des Luftregulierungselements, eine optimale Sperrwirkung des Luftregulierungselements erzielt. Dadurch ist eine sehr hohe Dichtigkeit des Luftregulierungselements erreichbar. Beim Durchströmen des Luftregulierungselements strömt der Luftstrom im Wesentlichen spiralförmig, entlang der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements um die Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements, welche parallel zur Längsachse des Luftkanals angeordnet ist, so dass eine äußerst homogene Luftströmung in dem Luftregulierungselement erreichbar ist. Ferner ist durch die Anordnung der Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements parallel zur Längsachse des Luftkanals die Anordnung des Luftregulierungselements mit einem geringen Konstruktionsaufwand realisierbar, wobei gleichzeitig eine hohe Funktionalität der erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung erreichbar ist.
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Zur Realisierung der Veränderung der Längsausdehnung des Luftregulierungselements weist das Luftregulierungselement einen ortsfesten Endabschnitt und einen beweglichen Endabschnitt auf, wobei der ortsfeste Endabschnitt mit dem Luftkanal verbunden ist. Durch die Fixierung eines Endabschnittes des Luftregulierungselements in einer ortsfesten Position werden das Zusammenziehen und das Auseinanderziehen der helixförmigen Fläche ermöglicht, indem der bewegliche Endabschnitt in Richtung des ortsfesten Endabschnittes bewegt wird, so dass sich die helixförmige Fläche zusammenzieht, oder indem der bewegliche Endabschnitt von dem ortsfesten Endabschnitt weg bewegt wird, so dass die helixförmige Fläche auseinandergezogen wird. Der ortsfeste Endabschnitt kann mit dem Luftkanal, beispielsweise der Innenfläche des Luftkanals, stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben, formschlüssig, beispielsweise durch Stecken, und/oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Klemmen, verbunden sein. Das Luftregulierungselement kann darüber hinaus auch in seiner Mitte mit dem Luftkanal verbunden sein, wobei dabei der ortsfeste Endabschnitt beispielsweise mittig entlang der Längsrichtung des Luftregulierungselements ausgebildet ist, und in axialer Richtung die vor und hinter dem ortsfesten Endabschnitt ausgebildeten Endabschnitte jeweils als bewegliche Endabschnitte ausgebildet sind.
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Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der bewegliche Endabschnitt des Luftregulierungselements entlang der Symmetrieachse der helixförmigen Fläche des Luftregulierungselements relativ zu dem ortsfesten Endabschnitt des Luftregulierungselements bewegbar ist. Durch die Bewegung des beweglichen Endabschnittes weg von dem ortsfesten Endabschnitt in eine geöffnete Position kann der Luftstrom das Luftregulierungselement entlang der helixförmigen Fläche passieren. Bei einem größtmöglichen Abstand zwischen dem ortsfesten Endabschnitt und dem beweglichen Endabschnitt ist das Luftregulierungselement vollständig geöffnet, so dass hierbei der Luftstrom das Luftregulierungselement mit einem sehr geringen Luftwiderstand passieren kann. Der bewegliche Endabschnitt kann bis an den ortsfesten Endabschnitt heran in eine geschlossene Position bewegt werden, so dass in dieser Position die beiden Endabschnitte möglichst dicht aneinander liegen, so dass der Luftstrom das Luftregulierungselement nicht mehr passieren kann, und somit der Luftstrom in dem Luftkanal im Bereich des Luftregulierungselements gestoppt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der bewegliche Endabschnitt des Luftregulierungselements mit einem Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements verbunden. Das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements ermöglicht einerseits das Bewegen des beweglichen Endabschnitts in Richtung des ortsfesten Endabschnitts und andererseits das Bewegen des beweglichen Endabschnitts weg von dem ortsfesten Endabschnitt, indem mittels des Mittels zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements Druckkräfte und/oder Zugkräfte auf den beweglichen Endabschnitt übertragen werden können. Das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements kann dabei innerhalb oder außerhalb des Luftkanals angeordnet sein.
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Das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Form einer Stange ausgestaltet. Die Stange ist vorzugsweise starr ausgebildet. Die Stange ermöglicht das Übertragen von sowohl Druck- als auch Zugkräften auf den beweglichen Endabschnitt des Luftregulierungselements auf besonders einfache Art und Weise, ohne dass hierfür ein hoher Konstruktionsaufwand für das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements notwendig ist.
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Ferner weist das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements nach einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Verzahnung auf, wobei die Verzahnung in eine Gegenverzahnung eines Bedienelementes eingreift. Durch die Verzahnung kann eine Bewegung, beispielsweise eine Bewegung des Bedienelementes, auf das Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements auf einfache Art und Weise übertragen werden. Das Bedienelement kann beispielsweise vom Innenraum des Kraftfahrzeugs aus für einen Kraftfahrzeuginsassen zugänglich sein, so dass ein Kraftfahrzeuginsasse das Luftregulierungselement über das Bedienelement unmittelbar ansteuern kann und damit die Dosierung der Luftmenge auf seine Bedürfnisse optimal einstellen kann. Das Bedienelement kann beispielsweise in Form eines Rades oder eines Hebels ausgestaltet sein.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Luftregulierungselement in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich starre Materialien im Wesentlichen senkrecht zur Symmetrieachse der helixförmigen Fläche auf. Das Luftregulierungselement kann dabei aus mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hergestellt sein, wobei vorzugsweise die Starrheit der Materialien von der Symmetrieachse ausgehend nach radial außen hin abnimmt. Das Luftregulierungselement kann beispielsweise aus einem Kern bestehen, der fest von einem Mantel umgeben ist. Der Mantel ist dabei weiter von der Symmetrieachse entfernt als der Kern. Der Kern kann beispielsweise aus einem elastischen, starren Material mit einer hohen Steifigkeit ausgebildet sein, und der Mantel kann beispielsweise aus einem elastischen, weichen Material ausgebildet sein. Durch das elastische, starre Material kann eine federähnliche Elastizität und Verformbarkeit des Luftregulierungselements in seinem Kern erreicht werden, und gleichzeitig können die guten Dichtungseigenschaften des elastischen, weichen Materials zur Erhöhung der Dichtigkeit des Luftregulierungselements in seiner geschlossenen Position im Bereich seines Mantels genutzt werden. Ein derartig ausgestaltetes Luftregulierungselement kann beispielsweise durch Spritzgießen beider Komponenten in einer Form hergestellt werden, so dass das Luftregulierungselement einstückig ausgebildet ist. Die Komponenten des einstückig ausgebildeten Luftregulierungselements können beispielsweise ein Weichkomponenten-Kunstoff und ein Hartkomponenten-Kunststoff sein. Der Hartkomponenten-Kunststoff ermöglicht dabei die Erreichung eines gezielten Anschlages und die Einstellbarkeit bzw. Steuerung der Flexibilität des Luftregulierungselements. Der Weichkomponenten-Kunststoff kann dabei um den Hartkomponenten-Kunststoff herum ausgeformt sein, beispielsweise in dem der Weichkomponenten-Kunststoff um den Hartkomponenten-Kunststoff herum gespritzt ist, so dass der Hartkomponenten-Kunststoff von dem Weichkomponenten-Kunststoff vorzugsweise vollständig umschlossen wird.
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Ferner ist es möglich, dass das Luftregulierungselement in Hybridbauweise hergestellt ist. Das Luftregulierungselement ist dabei vorzugsweise aus mindestens zwei Bauteilen hergestellt, wobei die Bauteile aus sehr unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Beispielsweise ist es möglich, einen Kern des Luftregulierungselements aus einem Metall vorzusehen und den, den Kern umgebenden Mantel aus einem Kunststoff vorzusehen, welcher entsprechend der Geometrie des Luftkanals ausgewählt und ausgeformt werden kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Luftregulierungselement vorgesehen, welches eine helixförmige Fläche aufweist. Das erste und das zweite Luftregulierungselement können dabei beispielsweise in Längsrichtung des Luftkanals seriell hintereinander angeordnet werden. Durch die Verwendung eines zweiten Luftregulierungselements kann die Luftmenge sehr genau dosiert und geregelt werden. Darüber hinaus kann der Luftstrom besonders effektiv homogenisiert werden, wobei Verwirbelungen in dem Luftstrom verringert werden können.
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Das zweite Luftregulierungselement ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung koaxial zu dem ersten Luftregulierungselement angeordnet. Dadurch können beide Luftregulierungselemente platzsparend, ohne zusätzlichen Bauraum zu benötigen, in dem Luftkanal angeordnet werden. Die helixförmigen Flächen des ersten Luftregulierungselements und des zweiten Luftregulierungselements liegen dabei vorzugsweise ineinander.
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Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass das erste Luftregulierungselement und das zweite Luftregulierungselement separat ansteuerbar sind. Die Ansteuerung der Luftregulierungselemente kann dabei durch ein oder mehrere Mittel zur Veränderung der Ausdehnung der Luftregulierungselemente erfolgen. Durch das separate Ansteuern der Luftregulierungselemente kann beispielsweise eine feinere Regelung des Luftstroms vorgenommen werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug umfassend mindestens eine wie vorstehend aus- und weitergebildete Personenanströmvorrichtung zur Regelung eines Luftstroms innerhalb eines Luftkanals.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung mit einem Luftregulierungselement in einer geöffneten Position;
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2 eine weitere schematische Darstellung der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Personenanströmvorrichtung, wobei sich das Luftregulierungselement in einer geschlossenen Position befindet;
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Personenanströmvorrichtung zur Regelung eines Luftstroms innerhalb eines Luftkanals 10 eines Kraftfahrzeugs in einer geöffneten Position dargestellt, welches ein Luftregulierungselement 12 zur Regelung eines Luftstroms in dem Luftkanal 10 aufweist. Das Luftregulierungselement 12 weist eine helixförmige Fläche aus, wobei das Luftregulierungselement spiralförmig um die Symmetrieachse 14 der helixförmigen Fläche 16 ausgebildet ist. Die Symmetrieachse 14 der helixförmigen Fläche 16 ist im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Luftkanals 10 angeordnet. Die einzelnen Windungen des erfindungsgemäßen Luftregulierungselements 12 sind dabei in Form von spiralförmigen Abschnitten, insbesondere in Form von Gewindegängen, ausgebildet, die eine veränderbare Steigung aufweisen, wobei die Steigung durch eine Veränderung der Längsausdehnung des Luftregulierungselements 12 bzw. der helixförmigen Fläche 16 des Luftregulierungselements 12 veränderbar ist.
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Das Luftregulierungselement 12 weist einen ortsfesten Endabschnitt 18 und einen beweglichen Endabschnitt 20 auf. Der ortsfeste Endabschnitt 18 ist mit der Innenseite des Luftkanals 10 verbunden. Die helixförmige Fläche 16 ist spiralförmig ausgebildet und weist einen von der Symmetrieachse 14 ausgehenden von dem ortsfesten Endabschnitt 18 zum beweglichen Endabschnitt 20 hin abnehmenden Radius auf, wobei der ortsfeste Endabschnitt 18 einen größeren Radius aufweist als der Radius des beweglichen Endabschnitts 20. Der Radius des ortsfesten Endabschnitts 18 entspricht dabei beispielsweise dem Innendurchmesser des Luftkanals 10, so dass im Bereich des ortsfesten Endabschnittes 18 die helixförmige Fläche 16 an der Innenfläche des Luftkanals 10 anliegt. Der bewegliche Endabschnitt 20 weist einen Bereich auf, der an einem Mittel 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 befestigt ist, wobei dieser Bereich koaxial auf bzw. zu der Symmetrieachse 14 der helixförmigen Fläche 16 des Luftregulierungselements 12 angeordnet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Mittel 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 in zwei Punkten mit dem Bereich verbunden, wobei diese Punkte koaxial zu der Symmetrieachse 14 der helixförmigen Fläche 16 angeordnet sind. Das Mittel 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 ist in Form einer Stange ausgestaltet, die rechtwinklig zur Strömungsrichtung 24 in dem Luftkanal 10 angeordnet ist und durch eine Öffnung 26 in der Wandung des Luftkanals 10 aus dem Luftkanal 10 herausgeführt wird. Außerhalb des Luftkanals 10 weist das Mittel 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 einen rechten Winkel auf und wird parallel zum Luftkanal 10 bis zu einem Bedienelement 28 weitergeführt. Das Mittel 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 weist eine Verzahnung auf, hier nicht dargestellt, die in eine Gegenverzahnung 30 des Bedienmittels 28 eingreift. Dadurch kann eine Rotationsbewegung des Bedienmittels 28, beispielsweise durch einen Kraftfahrzeuginsassen, in eine Translationsbewegung des Mittels 22 zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements 12 in der Bewegungsrichtung 32 umgesetzt werden. Dadurch kann der bewegliche Endabschnitt 20 des Luftregulierungselements 12 bewegt werden, so dass eine Regelung des Luftstroms ermöglicht wird.
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2 zeigt das Luftregulierungselement 12 zur Regelung eines Luftstroms in einer geschlossenen Position. Der bewegliche Endabschnitt 20 wird über eine Drehung des Bedienelements 28 axial entlang der Symmetrieachse 14 der helixförmigen Fläche 16 in Richtung des ortsfesten Endabschnitts 18 verschoben, so dass die Endabschnitte 18, 20 zumindest teilweise aneinander anliegen und den Luftkanal 10 verschließen. Dabei wird die helixförmige Fläche 16 zusammengeschoben und bildet eine geschlossene Fläche, die den Querschnitt des Luftkanals 10 im Wesentlichen luftundurchlässig verschließt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Luftkanal
- 12
- Luftregulierungselement
- 14
- Symmetrieachse
- 16
- helixförmige Fläche
- 18
- ortsfester Endabschnitt
- 20
- beweglicher Endabschnitt
- 22
- Mittel zur Veränderung der Ausdehnung des Luftregulierungselements
- 24
- Strömungsrichtung
- 26
- Öffnung
- 28
- Bedienelement
- 30
- Gegenverzahnung
- 32
- Bewegungsrichtung
