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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die kompakte Bauweise von Klimageräten erfordert eine erhebliche oft mehrfache Umlenkung des das Klimagerät durchströmenden Luftstromes. Eine bekannte Besonderheit bei Klimageräten ist zudem, dass im Anströmbereich des Verdampfers neben der erwähnten Umlenkung auch eine starke Querschnittserweiterung des zwischen dem Gebläse und dem Verdampfer liegenden Umlenkkanals normal zur Hauptströmungsrichtung vorgesehen ist. Die Form des Umlenkkanals ist dabei abhängig von dem Austrittsöffnungsquerschnitt des Gebläses und dem Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers. Die Umlenkung des Luftstroms und die Querschnittserweiterung des Umlenkkanal erzeugen beim Betrieb unerwünschte Strömungsablösungen. Sofern der Umlenkkanal – wie häufig – noch eckige Kanalgeometrien aufweist, können diese Strömungsablösungen des dem Verdampfer zugeführten Kaltluftstroms noch verstärkt auftreten. Durch die genannten Bedingungen ergibt sich eine ungleichmäßige Strömungsbeaufschlagung an dem Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers. Ferner ergibt sich ein unerwünscht inhomogenes Geschwindigkeitsprofil mit Bereichen von Geschwindigkeitsspitzen neben Bereichen mit nur geringem Strömungsdurchsatz an dem Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers. Durch die inhomogene Anströmung zum Verdampfer kann dessen Effektivität und Regelbarkeit gemindert sein. Ferner führt die inhomogene Anströmung insbesondere bei höher Gebläsedrehzahl zu unerwünscht hoher Geräuschemission.
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Es kann daher als eine Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, ein Klimagerät zu schaffen, dass eine möglichst homogene Zuströmung von Luft zum Verdampfer und einen leiseren Betrieb des Klimagerätes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Klimagerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Klimageräts sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorgeschlagen wird ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Gebläse, einen Verdampfer und einen Umlenkkanal, wobei das Gebläse über den Umlenkkanal mit dem Verdampfer verbunden ist. Ein Austrittsöffnungsquerschnitt des Gebläses liegt innerhalb einer Luftaustrittsebene und ein Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers liegt innerhalb einer Lufteintrittsebene. Die Ebenen spannen einen Winkel im Bereich von 45 Grad bis 180 Grad, insbesondere von 90 Grad, auf, wobei die Fläche des Austrittsöffnungsquerschnitts kleiner als die Fläche des Eintrittsöffnungsquerschnitts ist. Erfindungsgemäß weist das Klimagerät mindestens ein Sieb auf, das in dem Umlenkkanal zwischen dem Gebläse und dem Verdampfer angeordnet ist. Eine Ebene, wie beispielsweise eine Mittelebene, der Siebfläche und die Lufteintrittsebene spannen einen Anströmwinkel auf, vorzugsweise von mehr als drei oder mehr als fünf Grad auf.
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Durch das im Verhältnis zur Lufteintrittsebene des Verdampfers schräg angeordnete Sieb erfährt die anströmende Luft eine zusätzliche Umlenkung derart, dass die Hauptströmungsrichtung hinter dem Sieb hin zu der Normalen der Lufteintrittsebene verändert ist. Durch die erfindungsgemäße Siebanordnung, genauer durch den Druckverlust bei der Siebdurchströmung, erfährt das Geschwindigkeitsprofil über den Siebquerschnitt hinweg zudem eine Glättung noch vor der Zuströmung in die Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers.
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In einer beispielhaften Ausführungsform tritt eine von dem Gebläse erzeugbare Luftströmung durch den Austrittsöffnungsquerschnitt des Gebläses in den Umlenkkanal ein und wird von diesem umgelenkt. Der Umlenkkanal ist an einem Endabschnitt an den Austrittöffnungsquerschnitt des Gebläses angepasst. An einem weiteren gegenüberliegenden Endabschnitt ist der Umlenkkanal an den Eintrittsöffnungsquerschnitt des Verdampfers angepasst. Die Fläche des Eintrittsöffnungsquerschnitts ist erheblich größer als die Fläche des Austrittsöffnungsquerschnitts. Die deshalb notwendige Querschnittserweiterung des Umlenkkanals normal zur Hauptstromrichtung kann stetig oder stufenartig erreicht werden. Insbesondere können seitliche Wandungen verschiedener hintereinander liegender Abschnitte des Umlenkkanals plan ausgeführt sein. Die Erweiterung wird etwa dadurch erreicht, dass zumindest zwei gegenüberliegende Wandungen nicht parallel zueinander angeordnet sind, sondern sich stattdessen mit ihren Flächenebenen zum Verdampfer hin in einem geeigneten Öffnungswinkel öffnen. Die Umlenkung wird erreicht, indem sich gegenüberliegende, etwa seitliche, plane Wandungsabschnitte des Umlenkkanals verschiedene Längen aufweisen, genauer, indem benachbarte Wandungen des Umlenkkanals, die mit ihren Wandungs-ebenen einen Außenwinkel von über 180 Grad aufspannen, länger sind, als benachbarte Wandungen des Umlenkkanals, die mit ihren Wandungsebenen einen Außenwinkel von weniger als 180 Grad aufspannen. Es tritt damit eine von dem Gebläse erzeugbare Luftströmung durch den Austrittsöffnungsquerschnitt des Gebläses in den Umlenkkanal ein und wird von dem Umlenkkanal umgelenkt, wobei die Hauptströmungsrichtung des Luftstroms nach Durchströmung des Siebs einen kleineren Winkel zu der Normalen der Lufteintrittsebene aufspannt als vor der Durchströmung des Siebs.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Sieb bei einer Durchströmgeschwindigkeit V der Luft von 10 m/s einen Strömungswiderstandskoeffizienten Cw im Bereich zwischen 2 und 25 auf. Der Strömungskoeffizient Cw ist abhängig von verschiedenen Siebparametern wie der Maschenweite, dem Drahtdurchmesser und damit der freien Siebfläche.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Anströmwinkel, also der Winkel zwischen der Ebene, wie beispielsweise einer Mittelebene, der Siebfläche und der Lufteintrittsebene einen Wert in einem Bereich zwischen 3 Grad und 25 Grad auf. Eine gleichmäßige Verdampferanströmung bei geringem Druckverlust kann erreicht werden, wenn das Sieb in einem Anströmwinkel zwischen 5 Grad und 15 Grad gekippt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Sieb zu dem Verdampfer einen Minimalabstand in einem Bereich zwischen Null und 100 Millimetern auf. Sofern das Sieb, wie bevorzugt, unmittelbar vor dem Verdampfer angeordnet ist, also der Minimalabstand Null betragen kann, lässt sich die Strömungsablenkung durch das Sieb bei einem geknickten Kanal zumindest näherungsweise ermitteln und mittels Änderung des Anströmwinkels in Simulation oder im Versuch verändern.
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In Abhängigkeit des Winkels θ zwischen der Ebene des vor dem Sieb liegenden Kanalabschnitts zur Normalen der Siebebene, des Winkels ϕ zwischen der Ebene des hinter dem Sieb liegenden Kanalabschnitts zur Normalen der Siebebene und der Eintrittsgeschwindigkeit V1, kann mit V2 = V1(cosθ/cosϕ) die Austrittsgeschwindigkeit V2 des Luftstroms, der das Sieb durchströmt zumindest in erster Näherung bestimmt werden, sofern das Sieb in Hauptströmungsrichtung unmittelbar vor dem Verdampfer angeordnet ist.
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Eine gleichmäßige Verdampferanströmung bei geringem Druckverlust kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erreicht werden, wenn das Sieb ein Gewebe mit einer Maschenweiten in der Breite wB in einem Bereich zwischen 0,07 mm bis 0,5 mm, einer Maschenweite in der Länge wL in einem Bereich zwischen 0,07 mm bis 0,5 mm, und einer freien Siebfläche φ in einem Bereich zwischen 12,5% und 25% ist. Die Maschenweite w, ein bekanntes Merkmal von Siebgeweben, ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Kett- oder Schussfäden bzw. -drähten.
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Die oben genannten einzelnen Merkmale der Erfindung und der Ausführungsbeispiele können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
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1 eine Prinzipskizze eines geknickten Kanals mit darin angeordnetem Sieb,
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2 eine erste Anordnung eines Siebes in einem Umlenkkanal eines Klimagerätes;
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3 eine weitere Anordnung eines Siebes in einem Umlenkkanal.
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1 (ähnlich Wuest, W.; Draht 11, Nr. 8, S. 416–421, Prost & Meiner-Verlag, Coburg (1960)) zeigt schematisch den Verlauf eines geknickten Kanals 100 wobei an der Knickebene ein Sieb 101 angeordnet ist.
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In Abhängigkeit des Winkels θ zwischen der Mittelebene, bzw. der Ebene der Seitenwandung 111 des vor dem Sieb liegenden Kanalabschnitts 110 zur Normalen 1 02 der Siebebene 103, des Winkels ϕ zwischen der Mittelebene, bzw. der Ebene der Seitenwandung 121 des hinter dem Sieb liegenden Kanalabschnitts 120 zur Normalen 102 der Siebebene 103 und der Eintrittsgeschwindigkeit V1, kann mit V2 = V1(cosθ/cosϕ) die Austrittsgeschwindigkeit V1 des Luftstroms, der das Sieb durchströmt zumindest in erster Näherung bestimmt werden. Dies vorteilhaft sofern das Sieb in Hauptströmungsrichtung 130 unmittelbar vor einem hier nicht gezeigten Verdampfer angeordnet ist.
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2 zeigt im Schnitt in einer Teilansicht ein Klimagerät 200 für ein Kraftfahrzeug mit in einem Gehäuse 210 angeordneten Gebläse 220, einem Verdampfer 230 und einem Heizkörper 240. Als Teil des Gehäuses 210 ist ein Umlenkkanal 212 ausgebildet, der einen Austrittsöffnungsquerschnitt 221 des Gebläses und einen Eintrittsöffnungsquerschnitt 231 des Verdampfers 230 miteinander verbindet.
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Der Austrittsöffnungsquerschnitt 221 des Gebläses 220 liegt innerhalb einer Luftaustrittsebene 222 und der Eintrittsöffnungsquerschnitt 231 des Verdampfers 230 liegt innerhalb einer Lufteintrittsebene 232, wobei die Ebenen 222, 232 einen Winkel 250 von 98 Grad aufspannen. Die Fläche des Austrittsöffnungsquerschnitts 221 beträgt in dieser Ausführungsform rund ein Fünftel der Fläche des Eintrittsöffnungsquerschnitts 231. Innerhalb des aus mehreren planen Wandungen 213 aufgebauten geknickten Umlenkkanals ist ein Sieb 260 zwischen dem Gebläse 220 und dem Verdampfer 230 in einem Siebkasten 262 angeordnet und grenzt bereichsweise unmittelbar an den Verdampfer an. Die Mittelebene 261 der Siebfläche und die Lufteintrittsebene 232 bilden einen Anströmwinkel α von 12 Grad.
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Der von dem Gebläse 220 erzeugte Luftstrom wird durch den sich in Stufen erweiternden Umlenkkanal 212 umgelenkt und trifft in einer Hauptströmungsrichtung 270 auf das Sieb 260 und erfährt eine weitere Umlenkung hin zu einer Normalen der Lufteintrittsebene 232.
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3 zeigt schließlich ein Klimagerät 300. Im Unterschied zu dem Klimagerät 200 der 2 verläuft ein das Gebläse 320 und einen Verdampfer 330 verbindender Umlenkkanal 312 nicht stufenförmig mit Knickstellen sondern zeigt einen stetigen Verlauf seiner Wandungen. Ein Sieb 360 ist mit einem Minimalabstand von 400 mm zum Verdampfer angeordnet und weist mit seiner Ebene 361 einen Anströmwinkel α von 8 Grad gegenüber der Lufteintrittsebene 332 des Verdampfers 330 auf. Der Austrittsöffnungsquerschnitt 321 des Gebläses 320 liegt innerhalb der Luftaustrittsebene 322 und der Eintrittsöffnungsquerschnitt 331 des Verdampfers 330 liegt innerhalb der Lufteintrittsebene 332, wobei die Ebenen 322, 332 einen Winkel 350 von 111 Grad aufspannen. Auch in dem hier gezeigten Klimagerät 300 bewirkt die schräge Durchströmung des Siebes eine zusätzliche Umlenkung der Kühlluft hin zu der Normalen der Lufteintrittsebene 332. Das Sieb 360 ist ein Drahtgewebe vorteilhaft mit einer Maschenweiten von 0,2 mm. Die freie Siebfläche φ beträgt 18%.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen” weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein” und „eine” mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kanal
- 101
- Sieb
- 102
- Normale
- 103
- Siebebene
- 110
- Kanalabschnitt
- 120
- Kanalabschnitt
- 121
- Seitenwandung
- 130
- Hauptströmungsrichtung
- 200
- Klimagerät
- 210
- Gehäuse
- 212
- Umlenkkanal
- 213
- Wandung
- 220
- Gebläse
- 221
- Austrittsöffnungsquerschnitt
- 222
- Luftaustrittsebene
- 230
- Verdampfer
- 231
- Eintrittsöffnungsquerschnitt
- 232
- Lufteintrittsebene
- 240
- Heizkörper
- 250
- Winkel
- 260
- Sieb
- 261
- Mittelebene
- 262
- Siebkasten
- 270
- Hauptströmungsrichtung
- 300
- Klimagerät
- 342
- Umlenkkanal
- 320
- Gebläse
- 321
- Austrittsöffnungsquerschnitt
- 322
- Luftaustrittsebene
- 330
- Verdampfer
- 331
- Eintrittsöffnungsquerschnitt
- 332
- Lufteintrittsebene
- 350
- Winkel
- 360
- Sieb
- 361
- Mittelebene
- α
- Anströmwinkel
- θ
- Winkel
- ϕ
- Winkel
- φ
- freie Siebfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Wuest, W.; Draht 11, Nr. 8, S. 416–421, Prost & Meiner-Verlag, Coburg (1960) [0018]
