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Die Erfindung betrifft eine Luftzuführungsvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage.
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Solche Luftzuführungsvorrichtungen sind immer an einen Fahrzeuginnenraum angeschlossen, um dem Innenraum Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs zuzuführen und/oder die Luft im Innenraum umzuwälzen. Darüber hinaus sind in der Regel Klimatisierungsbauteile vorgesehen, welche die Frischluft oder Umlauf je nach Bedarf erwärmen und/oder abkühlen können.
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Inzwischen sind diese Klimatisierungsbauteile zumeist Teil einer Fahrzeugklimaanlage, auch HVAC-Einheit genannt, welche die Belüftung, Beheizung und Klimatisierung eines Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Luftzuführungsvorrichtung umfasst üblicherweise ein Lüftergebläse, das Luft ansaugen und die angesaugte Luft der Fahrzeugklimaanlage zuführen sowie in den Fahrzeuginnenraum einblasen kann.
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Aus dem Stand der Technik sind Luftzuführungsvorrichtungen bekannt, bei denen in einem Ansaugkanal des Lüftergebläses ein Laubschutzgitter angeordnet ist, um Laub und andere grobe Gegenstände fernzuhalten und eine Verstopfung oder Beschädigung des Lüftergebläses zu verhindern. Derartige Laubschutzgitter sind in der Regel grobmaschige Spritzteile aus Kunststoff mit Maschenweiten von etwa 4 mm.
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Ferner ist in den herkömmlichen Luftzuführungsvorrichtungen gewöhnlich ein Luftfilter vorgesehen, der eine Kontamination des Fahrzeuginnenraums durch Schadstoffe verhindert oder wenigstens reduziert. Zumeist wird dieser Luftfilter stromaufwärts des Lüftergebläses angeordnet, um beispielsweise Sandpartikel herauszufiltern, welche ein Lüfterrad des Lüftergebläses beschädigen könnten.
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Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei derartigen Luftzuführungsvorrichtungen ein stromabwärts des Lüftergebläses angeordneter Verdampfer der Fahrzeugklimaanlage rasch korrodiert.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer robusten, langlebigen Luftzuführungsvorrichtung, welche eine Beschädigung der Klimaanlage sowie eine Kontamination des Fahrzeuginnenraums durch Schadstoffe aus der Umgebung zuverlässig verhindert oder zumindest reduziert und darüber hinaus eine hohe Standzeit bei akzeptablem Strömungswiderstand aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Luftzuführungsvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage, mit einem Lüftergebläse, das Luft ansaugen und der Fahrzeugklimaanlage zuführen kann, einem ersten Luftfilter, der stromaufwärts des Lüftergebläses angeordnet ist, sowie einem zweiten Luftfilter, der stromabwärts des Lüftergebläses angeordnet ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich ein Schutz des Lüftergebläses sowie der Fahrzeugklimaanlage am besten durch zwei in Reihe geschaltete, separate Luftfilter realisieren lässt. Die beiden Luftfilter lassen sich dabei mit geringem Aufwand an ihre jeweiligen Anforderungen anpassen. So ist der erste Luftfilter insbesondere ein eher grobporiger Partikelfilter, wohingegen der zweite Luftfilter vorzugsweise ein eher feinporiger Staubfilter ist. Aus diesem Grund setzen sich die beiden separaten Luftfilter im Vergleich zu einem einzigen Luftfilter deutlich langsamer zu, was sich positiv auf die Standzeit auswirkt.
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In einer Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung weist der erste Luftfilter eine Porengröße von maximal 0,5 mm auf. Insbesondere ist die maximale Porengröße so gewählt, dass Sandpartikel, welche das Lüftergebläse bei ihrem Aufprall auf ein Lüfterrad schädigen könnten, weitgehend zurückgehalten, Kleinstpartikel wie Staub oder Feinstaub jedoch weitgehend durchgelassen werden, um ein rasches Zusetzen des ersten Luftfilters zu verhindern und dessen Standzeit zu erhöhen.
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Besonders bevorzugt ist der erste Luftfilter ein Gewebefilter mit einer Maschenweite von maximal 0,5 mm, insbesondere maximal 0,2 mm. Derartige Gewebefilter lassen sich preiswert herstellen und sind als Grobfilter zum Rückhalten von Sand besonders geeignet.
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Im Übrigen können der erste Luftfilter und der zweite Luftfilter identische Abmessungen aufweisen. Somit lassen sich auch bei unterschiedlichen Filtermedien identische Filterrahmen oder Filtergehäuse einsetzen, was den Fertigungsaufwand der Luftzuführungsvorrichtung verringert.
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In einer weiteren Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung weisen der erste Luftfilter und/oder der zweite Luftfilter eine Beschichtung zur Adsorption von Gasen, insbesondere eine Aktivkohlebeschichtung, auf. Derartige Beschichtungen können beispielsweise gasförmige Schadstoffe adsorbieren, aber auch Feinstäube, Pollen, Bakterien oder lästige Gerüche zurückhalten. Aus diesem Grund weist insbesondere der feinporigere, zweite Luftfilter die Beschichtung zur Adsorption von Gasen auf.
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Um eine gewünschte Kapazität zur Adsorption gasförmiger Schadstoffe zu erreichen, ist eine bestimmte Menge an Beschichtungsmaterial notwendig. Damit der Strömungswiderstand des zweiten Luftfilters durch die Beschichtung nicht zu sehr ansteigt, wird das Beschichtungsmaterial vorzugsweise zwischen dem ersten Luftfilter und dem zweiten Luftfilter aufgeteilt. Auf diese Weise trägt auch der dem Lüftergebläse vorgeschaltete, erste Luftfilter bereits zur Adsorption gasförmiger Schadstoffe bei. Besonders bevorzugt wird das Beschichtungsmaterial so aufgeteilt, dass sich der erste Luftfilter und der zweite Luftfilter im Wesentlichen gleichmäßig zusetzen. Entsprechend weisen die beiden Luftfilter eine ähnliche Standzeit auf und können nach einem vorbestimmbaren Wartungsintervall gleichzeitig ausgetauscht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung ist der zweite Luftfilter in einem Ansaugkanal für Frischluft und Umluft angeordnet, sodass das Lüftergebläse über den ersten Luftfilter Frischluft und/oder Umluft ansaugen kann. Beim Durchströmen des Luftfilters wird der angesaugte Luftstrom homogenisiert, was sich geräuschdämpfend auswirkt. Wird sowohl die Frischluft als auch die Umluft über den ersten Luftfilter angesaugt, führt dies folglich zu einem äußerst geräuscharmen Betrieb der Luftzuführungsvorrichtung, und zwar unabhängig von einem Frischluft-, Umluft- oder Mischluftbetrieb.
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In einer alternativen Ausführungsvariante der Luftzuführungsvorrichtung ist der erste Luftfilter in einem Ansaugkanal für Frischluft angeordnet, sodass das Lüftergebläse über den ersten Luftfilter Frischluft ansaugen kann, wobei der Ansaugkanal für Frischluft stromabwärts des ersten Luftfilters eine Rezirkulationsöffnung aufweist, über die das Lüftergebläse Umluft ansaugen kann. Da die Umluft hierbei nicht den ersten Luftfilter durchströmt, weist die Luftzuführungsvorrichtung in einem Umluft- oder Mischluftbetrieb einen geringeren Strömungswiderstand auf, was letztlich zu einem energieeffizienteren Betrieb des Lüftergebläses führt. Da die Umluft weiterhin den zweiten Luftfilter durchströmt und im Übrigen von einer geringeren Schadstoffbelastung der Umluft ausgegangen werden kann, wirkt sich diese reduzierte Filterung der Umluft nur unwesentlich auf die Qualität der dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luft aus.
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In einer weiteren Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung weist das Lüftergebläse ein um eine Rotationsachse drehbares Lüfterrad auf, wobei der erste Luftfilter axial versetzt zum Lüftergebläse angeordnet ist. Verglichen mit einer radial versetzten Anordnung kann diese axial versetzte Anordnung, abhängig von den konkreten Bauraumanforderungen, die axiale Luftzufuhr zum Lüftergebläse vereinfachen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Luftzuführungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Luftzuführungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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3 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Luftzuführungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils eine Luftzuführungsvorrichtung 10 für eine auch als HVAC-Einheit bezeichnete Fahrzeugklimaanlage 12, die eine Belüftung, Beheizung und Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums ermöglicht.
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Die Luftzuführungsvorrichtung 10 kann optional als komplett vormontierte Einheit ausgeführt sein und umfasst ein Lüftergebläse 14, das Luft 16, 18 ansaugen und der Fahrzeugklimaanlage 12 zuführen kann, einen ersten Luftfilter 20, der stromaufwärts des Lüftergebläses 14 angeordnet und als Partikelfilter ausgebildet ist, sowie einen zweiten Luftfilter 22, der stromabwärts des Lüftergebläses 14 angeordnet und als Staubfilter ausgebildet ist.
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Stellvertretend für die Fahrzeugklimaanlage 12 ist in den Figuren lediglich ein Verdampfer 24 dargestellt, der in einem Luftkanal 26 der Luftzuführungsvorrichtung 10 stromabwärts des zweiten Luftfilters 22 angeordnet ist. Der allgemeine Aufbau sowie das Funktionsprinzip von Fahrzeugklimaanlagen 12 sind bereits allgemein aus dem Stand der Technik bekannt, weshalb hierauf im Folgenden nicht näher eingegangen wird.
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Das Lüftergebläse 14 der Luftzuführungsvorrichtung 10 umfasst einen Lüftermotor 28 sowie ein von diesem angetriebenes, um eine Rotationsachse A drehbares Lüfterrad 30, welches aus Gründen der Lebensdauer aus Metall, insbesondere aus Kupfer hergestellt ist. Bei einer Rotation des Lüfterrads 30 wird die Luft 16, 18 vom Lüftergebläse 14 axial angesaugt und radial in den Luftkanal 26 eingeblasen.
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Um beim Ansaugen der Luft 16, 18 eine Beschädigung des Lüfterrads 30 zum Beispiel durch auf das Lüfterrad 30 prallende Sandpartikel zu verhindern, ist der als Partikelfilter ausgebildete, erste Luftfilter 20 stromaufwärts des Lüftergebläses 14 angeordnet und weist eine Porengröße von maximal 0,5 mm, vorzugsweise maximal 0,2 mm auf.
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Gemäß den 1 bis 3 ist der erste Luftfilter 20 ein Gewebefilter mit einer Maschenweite von maximal 0,1 mm. Die maximale Maschenweite des ersten Luftfilters 20 ist stets ein Kompromiss, da sie einerseits fein genug sein soll, um eine Beschädigung des Lüfterrads 30 durch feine Sandpartikel weitgehend zu verhindern, andererseits jedoch grob genug sein soll, um ein rasches Zusetzen des ersten Luftfilters 20 zu verhindern und eine zufriedenstellende Standzeit zu gewährleisten.
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Üblicherweise ist eine Porengröße des ersten Luftfilters 20 deutlich größer als eine Porengröße des zweiten Luftfilters 22, um im Wesentlichen identische Standzeiten und Austauschintervalle für die Luftfilter 20, 22 zu erreichen. Der zweite Luftfilter 22 ist dabei ein feiner Staubfilter, der die durchströmende Luft 16, 18 beispielsweise von Pollen oder Rußpartikeln befreit.
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Ferner werden vom zweiten Luftfilter 22 feine Metallpartikel zurückgehalten, die sich im Betrieb der Luftzuführungsvorrichtung 10 von dem metallenen Lüfterrad 30 lösen und zu einer Kontaktkorrosion des nachgeschalteten Verdampfers 24 der Fahrzeugklimaanlage 12 führen können. Die Metallpartikel entstehen beispielsweise durch eine Sauerstoffkorrosion des Lüfterrads 30 oder einen Aufprall von in der Luft 16, 18 mitgeführten (Sand-)Partikeln auf das Lüfterrad 30.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der zweite Luftfilter 22 als sogenannter Kombifilter ausgebildet, der sowohl Feststoffpartikel zurückhalten als auch Gase adsorbieren kann. Eine entsprechende Beschichtung zur Adsorption von Gasen, insbesondere eine Aktivkohlebeschichtung, ist in den 1 bis 3 schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 32 versehen. Abgesehen von der Adsorption gasförmiger Schadstoffe kann eine Aktivkohlebeschichtung insbesondere auch Feinstaub oder lästige Gerüche zurückhalten.
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Um eine gewünschte Kapazität zur Adsorption gasförmiger Schadstoffe zu erreichen, ist eine bestimmte Menge an Beschichtungsmaterial notwendig.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 3 ist die notwendige Menge des Beschichtungsmaterials auf beide Luftfilter 20, 22 aufgeteilt. Der erste Luftfilter 20 erhält also auch eine Beschichtung 32 zur Adsorption von Gasen, insbesondere eine Aktivkohlebeschichtung, und ist somit ebenfalls als Kombifilter ausgebildet. Im Gegenzug kann die auf den zweiten Luftfilter 22 aufzutragende Menge an Beschichtungsmaterial reduziert werden, was zu einem verringerten Strömungswiderstand des zweiten Luftfilters 22 und damit zu einem besonders energieeffizienten Betrieb der Luftzuführungsvorrichtung 10 führt. Die Adsorption gasförmiger Schadstoffe erfolgt in diesem Fall sowohl durch den ersten Luftfilter 20 als auch durch den zweiten Luftfilter 22.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Luftzuführungsvorrichtung 10 weisen der erste Luftfilter 20 und der zweite Luftfilter 22 identische Abmessungen auf. Dies verringert den Fertigungsaufwand der Luftzuführungsvorrichtung 10, da für die beiden Luftfilter 20, 22 trotz unterschiedlicher Filtermedien identische Filterrahmen oder Filtergehäuse verwendet werden können.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung 10, bei welcher der erste Luftfilter 20 in einem Ansaugkanal 34 für Frischluft 16 und Umluft 18 angeordnet ist, sodass das Lüftergebläse 14 über den ersten Luftfilter 20 sowohl Frischluft 16 als auch Umluft 18 ansaugen kann.
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Hierbei ist der erste Luftfilter 20 in Bezug auf die Rotationsachse A des Lüfterrads 30 radial versetzt zum Lüftergebläse 14 angeordnet.
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Demgegenüber zeigt die 2 eine alternative, zweite Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung 10, bei welcher der erste Luftfilter 20 in einem Ansaugkanal 36 für Frischluft 16 angeordnet ist, sodass das Lüftergebläse 14 über den ersten Luftfilter 20 ausschließlich Frischluft 16 ansaugen kann, wobei der Ansaugkanal 36 für Frischluft 16 stromabwärts des ersten Luftfilters 20 eine Rezirkulationsöffnung 38 aufweist, über die das Lüftergebläse 14 Umluft 18 ansaugen kann.
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Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Luftzuführungsvorrichtung 10, welche sich von der Luftzuführungsvorrichtung 10 gemäß 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass der erste Luftfilter 20 nicht radial versetzt, sondern axial versetzt zum Lüftergebläse 14 angeordnet ist.
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Dies erleichtert gegenüber der Luftzuführungsvorrichtung 10 gemäß 1 die axiale Luftzufuhr zum Lüftergebläse 14, wobei für die konkrete Konstruktion der Luftzuführungsvorrichtung 10 in der Regel die jeweiligen Bauraumanforderungen entscheidend sind.
