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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Gebläse, zumindest einer Klimatisierungskomponente und einem Strömungskanal, welcher eine Luftströmung vom Gebläse zur Klimatisierungskomponente leitet, wobei im Strömungskanal zwischen dem Gebläse und der Klimatisierungskomponente ein Strömungselement angeordnet ist, welches die Luftströmung im Strömungskanal beeinflusst.
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Derartige Fahrzeugklimaanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt, wobei das Strömungselement durch eine sich über den gesamten Querschnitt des Strömungskanals erstreckenden Kunststoffplatte mit einem regelmäßigen Muster von Strömungsöffnungen gebildet wird. Ein derartiges Strömungselement bildet jedoch einen starken Strömungswiderstand und reduziert auf diese Weise die Effizienz der Fahrzeugklimaanlage.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Strömungsprofil im Strömungskanal der Fahrzeugklimaanlage bei möglichst geringem Strömungswiderstand zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf diese Weise kann ein Strömungsprofil im Strömungskanal homogenisiert werden, wobei das Strömungselement optimal auf die jeweiligen Strömungsverhältnisse im Strömungskanal angepasst werden kann und beispielsweise eine gute Homogenisierung des Strömungsprofils bei nur geringem Strömungswiderstand ermöglicht.
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Das Strömungselement weist beispielsweise eine inhomogen ausgebildete Gitterstruktur auf, wobei der Strömungsquerschnitt der Gitteröffnungen in radialer Richtung zum Zentrum des Strömungskanals hin abnimmt. Auf diese Weise werden schnelle Strömungsgeschwindigkeiten im zentralen Bereich des Strömungskanals durch Öffnungen mit kleinem Strömungsquerschnitt relativ stark abgebremst, während mittlere Strömungsgeschwindigkeiten etwa auf halbem Radius des Strömungskanals durch Öffnungen mit größerem Strömungsquerschnitt geringer abgeändert werden.
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Ein ringförmiger, freier Strömungsbereich kann zwischen dem Strömungselement und der Wand des Strömungskanals gebildet vorgesehen sein. Im radialen Randbereich kann die Luft somit ungehindert durch den ringförmigen freien Strömungsbereich passieren.
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Ferner kann das Strömungselement so ausgebildet sein, dass stromabwärts des Strömungselements eine inhomogene Luftströmung im Strömungskanal vorliegt, wobei Bereiche der Klimatisierungskomponente mit geringerer Leistung mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit und Bereiche mit höherer Leistung mit höherer Strömungsgeschwindigkeit angeströmt werden, wobei die Strömungsgeschwindigkeit eine Funktion der Größe der Öffnungen ist. Der Luftstrom weist somit nach der Klimatisierungskomponente eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur auf. Dies ermöglicht einen optimalen Betrieb der Fahrzeugklimaanlage mit Klimatisierungskomponenten, die in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Klimatisierungsleistungen aufweisen. Die Klimatisierungskomponente kann somit entsprechend einfach und insbesondere kompakt und kostengünstig ausgebildet sein.
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Der Strömungskanal zwischen Gebläse und Klimatisierungskomponente kann als Diffusor ausgebildet sein. Auf diese Weise ist ein großer Strömungsquerschnitt der Klimatisierungskomponente möglich.
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Beispielsweise weist das Strömungselement einen Abstand von 5 bis 15 mm zur Klimatisierungskomponente auf. Dies ermöglicht eine flexible Positionierung und Ausbildung des Strömungselements.
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Es ist möglich, dass das Strömungselement in einem 90°-Winkel zur Strömungsrichtung im Strömungskanal positioniert ist.
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Alternativ kann das Strömungselement in einem von 90° abweichenden Winkel zur Strömungsrichtung im Strömungskanal positioniert sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Umlenkung der Luft innerhalb des Strömungskanals.
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Das Strömungsprofil kann des weiteren auch durch die Tiefe des Strömungselements in Strömungsrichtung beeinflusst werden, welche vorzugsweise zwischen 2 und 10 mm liegt.
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Der Durchmesser der Gitteröffnungen kann zwischen 2 und 10 mm liegen. Bei nicht kreisförmigen Gitteröffnungen gelten äquivalente Strömungsquerschnitte.
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Vorzugsweise weist die Gitterstruktur regelmäßige Gitterpunkte auf, welche durch unterschiedlich breite Verbindungsstege verbunden sind. Dies ermöglicht eine stabile Struktur des Gitters, wobei die unterschiedlichen Öffnungsquerschnitte der Gitteröffnungen durch die Breite der Verbindungsstege bestimmt werden.
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Ein möglichst homogener Übergang im Strömungsprofil zwischen der durch das Strömungselement strömenden Luft und der durch den freien ringförmigen Strömungsbereich strömenden Luft wird ermöglicht, indem am radialen Rand der Gitterstruktur zumindest teilweise geöffnete Gitterzellen vorgesehen sind.
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Eine vorteilhafte und flexible Gestaltung des Strömungselements wird ermöglicht, indem das Strömungselement eine dreidimensionale Gitterstruktur aufweist.
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Es ist möglich, dass das Strömungselement eine Blende mit inhomogen ausgebildeten Öffnungen ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage;
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2 eine Draufsicht auf ein Strömungselement mit hexagonalem Gitter der Fahrzeugklimaanlage gemäß 1;
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3 das Strömungsprofil der Fahrzeugklimaanlage gemäß 1 ohne Strömungselement;
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4 das Strömungsprofil der Fahrzeugklimaanlage gemäß 1 mit Strömungselement;
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5 eine schematische Ansicht einer Klimatisierungskomponente und eines Strömungselements gemäß einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 ein Diagramm der Leistung der Klimatisierungskomponente aus 5;
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7 ein vorteilhaftes Strömungsprofil der Klimatisierungskomponente gemäß 5;
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8 eine Klimatisierungskomponente und ein Strömungselement einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
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9 eine Klimatisierungskomponente und ein Strömungselement einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Fahrzeugklimaanlage 10 mit einem Gebläse 12 und einer Klimatisierungskomponente 14, beispielsweise zur Heizung oder Kühlung in Form eines Kondensators bzw. Verdampfers eines Kältemittelkreislaufs. Zwischen dem Gebläse 12 und der Klimatisierungskomponente 14 erstreckt sich ein Strömungskanal 16, der in der gezeigten Ausführungsform als Diffusor ausgebildet ist und einen in Strömungsrichtung zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweist. Auf diese Weise kann die Klimatisierungskomponente 14 mit einem möglichst großen Strömungsquerschnitt angeströmt werden. Die Luftströmung im Strömungskanal 16 ist durch drei Pfeile gekennzeichnet, die jeweils den Verlauf der Luftströmung in den Randbereichen und dem zentralen Bereich des Strömungskanals 16 angeben.
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Innerhalb des Strömungskanals 16 zwischen dem Gebläse 12 und der Klimatisierungskomponente 14 ist ein Strömungselement 18 angeordnet, welches die Luftströmung im Strömungskanal beeinflusst. Das Strömungselement 18 ist radial zentriert im Strömungskanal 16 angeordnet, wobei ein ringförmiger freier Strömungsbereich 20 zwischen dem Strömungselement 18 und der Wand des Strömungskanals 16 gebildet wird.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das Strömungselement 18 im Wesentlichen eben ausgebildet und senkrecht zur Strömungsrichtung im zentralen Bereich des Strömungskanals 16 angeordnet. Es kann auch eine andere Position oder eine andere Orientierung des Strömungselements 18 vorgesehen sein.
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Der Abstand zwischen dem Strömungselement 18 und der Klimatisierungskomponente 14 beträgt beispielsweise zwischen 5 und 15 mm. Je nach Ausbildung der Fahrzeugklimaanlage kann jedoch auch ein anderer vorteilhafter Abstand gewählt werden.
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Die Struktur des Strömungselements 18 wird im Folgenden anhand von 2 beschrieben. Das Strömungselement 18 weist eine inhomogen ausgebildete Gitterstruktur 21 auf, wobei der Strömungsquerschnitt der Gitteröffnungen 22 in radialer Richtung zum Zentrum des Strömungskanals 16 hin abnimmt. In der gezeigten Ausführungsform weist die Gitterstruktur 21 regelmäßige Gitterpunkte auf, die ein hexagonales Gitter bilden. Die Gitterpunkte sind durch unterschiedlich breite Verbindungsstege 23 verbunden. Im zentralen Bereich des Strömungselements 18 weisen die Verbindungsstege 23 eine große Breite auf, sodass relativ kleine Gitteröffnungen 22 gebildet werden. Mit zunehmendem Radius werden die Verbindungsstege 23 des Gitters radial nach außen hin dünner, sodass Gitteröffnungen 22 mit größerem Strömungsquerschnitt gebildet werden. Am radialen Rand der Gitterstruktur 21 sind teilweise geöffnete Gitterzellen vorgesehen. Auf diese Weise wird ein möglichst homogener Übergang zwischen dem Gitter des Strömungselements 18 und dem ringförmigen freien Strömungsbereich 20 gebildet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist die Gitterstruktur 21 im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet. Es kann jedoch auch eine dreidimensional ausgebildete Gitterstruktur 21 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Gitterstruktur 21 gekrümmt ausgebildet sein und dem Verlauf des Strömungskanals 16 angepasst sein.
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Die Funktion der Fahrzeugklimaanlage 10 wird im Folgenden anhand der 3 und 4 erläutert. Durch das Gebläse 12 wird Luft angesaugt und durch den Strömungskanal 16 in Richtung der Klimatisierungskomponente 14 geblasen. Bedingt durch die Geometrie des Strömungskanals 16 bildet sich ein inhomogenes Strömungsprofil aus, sodass die Klimatisierungskomponente 14 in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit angeströmt wird. Das Strömungsprofil der Fahrzeugklimaanlage 10 gemäß 1 ohne im Strömungskanal 16 angeordnetes Strömungselement ist in 3 gezeigt. Die dunkle Bereiche im Strömungsprofil zeigen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an, welche im Wesentlichen im zentralen Bereich des Strömungskanals auftritt.
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Wird das Strömungselement 18 in den Strömungskanal 16 eingebracht, so wird das Strömungsprofil durch das Strömungselement 18 beeinflusst. In der ersten Ausführungsform ist das Strömungselement 18 ausgebildet, um das Strömungsprofil im Strömungskanal 16 zu homogenisieren. 4 zeigt das homogenisierte Strömungsprofil im Strömungskanal 16 an der Klimatisierungskomponente 14 bei eingebautem Strömungselement 18. Auf diese Weise wird die gesamte Klimatisierungskomponente 14 mit im Wesentlichen homogener Strömungsgeschwindigkeit angeströmt.
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Durch des ringförmigen freien Strömungsbereichs 20 wird das Strömungsprofil so verändert, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich niedriger Strömungsgeschwindigkeiten, beispielsweise im radialen Randbereich des Strömungskanals, gegenüber dem Betrieb ohne Strömungselement 18 nicht oder nur geringfügig abgesenkt wird.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Fahrzeugklimaanlage 10, wobei lediglich die Klimatisierungskomponente 14 und das Strömungselement 18 gezeigt ist.
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Bei Klimatisierungskomponenten können in unterschiedlichen Bereichen verschiedene Klimatisierungsleistungen vorliegen, die auf der Bauweise, beispielsweise der Positionierung der Anschlüsse eines Kältemittelkreislaufs, beruhen. Eine Anpassung der Bauweise der Klimatisierungskomponente zum Erreichen einer möglichst homogenen Leistung kann insbesondere bei kompakter Bauweise aufwendig und kompliziert sein.
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Es ist daher vorteilhaft, das Strömungsprofil im Strömungskanal 16 vor der Klimatisierungskomponente 14 so zu beeinflussen, dass ein inhomogenes Strömungsprofil vorliegt, wobei die Bereiche der Klimatisierungskomponente 14 mit geringerer Leistung mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit und die Bereiche mit höherer Leistung mit höherer Strömungsgeschwindigkeit angeströmt werden.
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Die Kühl- oder Heiz-Leistung der unterschiedlichen Bereiche der Klimatisierungskomponente ist in 6 dargestellt, wobei der Durchströmungsquerschnittsfläche der Klimatisierungskomponente 14 in der XY-Ebene liegt. Die Leistung der Klimatisierungskomponente ist insbesondere in X-Richtung stark inhomogen und nimmt mit zunehmendem X-Werten, d. h. zur rechten Seite der Klimatisierungskomponente 14 hin, stark zu.
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Das Strömungselement 18 aus 5 weist daher drei Bereiche mit Öffnungen zur Beeinflussung der Luftströmung im Strömungskanal auf. Der erste Bereich mit der Öffnung 24 ermöglicht eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, während der zweite Bereich mit der Öffnung 25 eine mittlere Strömungsgeschwindigkeit und der dritte Bereich mit den Öffnungen 26 eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit bewirkt.
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Das Strömungselement 18 kann ferner so ausgebildet sein, dass in den jeweiligen Bereichen jeweils eine möglichst homogene Strömungsverteilung vorliegt. Es ist auch möglich, dass eine möglichst stetige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeiten über den gesamten Bereich der Klimatisierungskomponente 14 bewirkt wird.
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7 zeigt das inhomogene Strömungsprofil, welches nach Durchströmen des Strömungselements 18 aus 5 im Strömungskanal 16 vorliegt und mit dem die Klimatisierungskomponente 14 angeströmt wird. Dabei werden die Bereiche der Klimatisierungskomponente 14 mit geringerer Leistung mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit und die Bereiche mit höherer Leistung mit entsprechend höherer Strömungsgeschwindigkeit angeströmt werden. Auf diese Weise kein eine homogene Temperatur der aus der Klimatisierungskomponente 14 ausströmenden Luft erreicht werden.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines als Blende 28 ausgebildeten Strömungselements 18 zur Erzeugung eines auf die Klimatisierungskomponente 14 abgestimmten inhomogenen Strömungsprofils. Zur zusätzlichen Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit sind in einem Bereich mit der Öffnung 26 für niedrige Strömungsgeschwindigkeiten breite Verbindungsstege 23 vorgesehen, die die Luftströmung in diesem Bereich reduzieren.
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9 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Strömungselements 18 zur Erzeugung einer inhomogenen Strömung, welche auf eine entsprechende Klimatisierungskomponente 14 abgestimmt ist. In dieser Ausführungsform sind die Bereiche mit den jeweiligen Öffnungen 24, 25, 26 unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten vertikal übereinander angeordnet.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der unterschiedlichen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die jeweiligen Bereiche mit den Öffnungen 24, 25 und 26 der Ausführungsformen gemäß der 5, 8 oder 9 analog zum Strömungselement 18 gemäß 2 ausgebildet sein.
