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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerstelle zur drehbaren Lagerung einer Welle an einer Tragstruktur um eine Drehachse, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Lagerstelle ausgestatteten Luftsteuereinrichtung für eine Klimatisierungsanlage, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Klimatisierungsanlage für ein Fahrzeug zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums, die mit einer derartigen Luftsteuereinrichtung ausgestattet ist.
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Aus der
EP 0 925 969 B1 ist eine Luftsteuereinrichtung für eine Klimatisierungsanlage bekannt, die ein Gehäuse zur Ausbildung wenigstens eines Kanals zum Führen eines Luftstroms und wenigstens eine Klappe zum Steuern des Luftstroms im Kanal aufweist, wobei die Klappe um eine Drehachse zum Öffnen und Schließen des Kanals drehbar im Gehäuse angeordnet ist. Die Klappe weist dazu eine Welle auf, von der wenigstens ein Flügel absteht. Die Welle ist an wenigstens einem ihrer Längsenden mittels einer Lagerstelle an einer als Tragstruktur dienenden Wand des Gehäuses um die Drehachse drehbar gelagert. Die hierbei ausgebildete Lagerstelle umfasst eine in der Tragstruktur ausgebildete Lageröffnung, durch welche die Welle hindurch ragt. Ferner ist die Lagerstelle mit einer koaxial zur Drehachse angeordnete, ringförmigen Dichtung zum Abdichten der Lageröffnung ausgestattet. Bei der bekannten Lagerstelle ist die Dichtung durch einen ringförmigen und koaxial zur Drehachse angeordneten Dichtspalt gebildet, der radial zwischen einer drehfest an der Welle angeordneten, ringförmig umlaufenden, zylindrischen Innenwand und einer an der Tragstruktur angeordneten, ringförmig umlaufenden, zylindrischen Außenwand ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Lageröffnung der Lagerstelle an ihrem Innenumfang eine koaxial zur Drehachse angeordnete, zylindrische Innenlagerfläche auf, wobei die Welle an ihrem Außenumfang eine koaxial zur Drehachse angeordnete zylindrische Außenlagerfläche besitzt, die an der Innenlagerfläche flächig anliegt. Bei der bekannten Lagerstelle ist die Dichtung axial beabstandet zu einem Axialabschnitt der Welle, in dem die Außenlagerfläche mit der Innenlagerfläche zum Lagern der Welle zusammenwirkt. Weitere Luftsteuereinrichtungen mit Lagerstellen sind aus der
WO 2006/037567 A1 , der
EP 2 072 297 A1 und der
DE 10 2007 026 620 B4 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Lagerstelle der eingangs genannten Art bzw. für eine mit wenigstens einer derartigen Lagerstelle ausgestattete Luftsteuereinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Dichtigkeit im Bereich der Lagerstelle auszeichnet. Ferner ist eine axial kompakte Bauweise im Bereich der Lagerstelle angestrebt.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Dichtung als Labyrinthdichtung auszugestalten, wobei die Labyrinthdichtung zumindest eine ringförmige Rippe und zumindest eine ringförmige Nut umfasst, wobei die jeweilige Rippe in die jeweilige Nut axial hineinragt. Die jeweilige Rippe weist zwei Außenwände auf, die in der Radialrichtung voneinander abgewandt sind und jeweils in der Umfangsrichtung ringförmig geschlossen umlaufen und vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet sind. Die Nut weist ihrerseits zwei Innenwände auf, die bezüglich der Radialrichtung einander zugewandt sind und die ebenfalls in der Umfangsrichtung ringförmig geschlossen umlaufen und insbesondere zylindrisch ausgestaltet sind. Die jeweilige Rippe und die jeweilige Nut sind hinsichtlich ihrer jeweiligen radialen Abmessungen so aufeinander abgestimmt, dass die proximal zur Drehachse angeordnete Innenwand mit der proximal zur Drehachse angeordneten Außenwand einen inneren Dichtspalt ausbilden, während gleichzeitig die distal zur Drehachse angeordnete Innenwand mit der distal zur Drehachse angeordneten Außenwand einen äußeren Dichtspalt ausbilden. Der jeweilige Dichtspalt erstreckt sich dabei ringförmig und ist koaxial zur Drehachse angeordnet. Ferner ist der jeweilige Dichtspalt radial zwischen der zugehörigen Innenwand und der zugehörigen Außenwand ausgebildet und erstreckt sich in der Axialrichtung, abhängig von der axialen Überdeckung zwischen Rippe und Nut.
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Durch die Verwendung einer Labyrinthdichtung, die zumindest zwei konzentrische Dichtspalte aufweist, lässt sich die Effizienz der Abdichtung der Welle gegenüber der Tragstruktur erheblich verbessern. Von besonderem Vorteil ist außerdem, dass eine derartige Labyrinthdichtung nahezu wartungsfrei funktioniert. Insbesondere kann auf eine Schmierung verzichtet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein inneres Radialspiel zwischen der bezüglich der Drehachse proximalen Innenwand der jeweiligen Nut und der bezüglich der Drehachse proximalen Außenwand der jeweiligen Rippe kleiner sein als ein Axialabstand zwischen einem Nutgrund und einer Stirnwand der Rippe. Zusätzlich oder alternativ kann ein äußeres Radialspiel zwischen der bezüglich der Drehachse distalen Innenwand der jeweiligen Nut und der bezüglich der Drehachse distalen Außenwand der jeweiligen Rippe kleiner sein als der Axialabstand zwischen dem Nutgrund und der Stirnwand der Rippe. Die genannten Relationen liegen zumindest bei Umgebungstemperatur vor. Diese Relationen ermöglichen einen einfachen Aufbau der Labyrinthdichtung, da es auf eine exakte axiale Positionierung zwischen Welle und Tragstruktur nicht ankommt, um die gewünschte Dichtungswirkung zu erzielen. Hierfür ist lediglich eine möglichst koaxiale Positionierung der Welle innerhalb der Lageröffnung erforderlich, sodass auch die jeweilige Rippe axial in die jeweilige Nut eingreifen kann, um die beiden radialen Dichtspalte auszubilden. Das jeweilige Radialspiel ist zur Realisierung des jeweiligen Dichtspalts kleiner, vorzugsweise mindestens 10 mal kleiner, als eine in der Radialrichtung gemessene Rippenbreite oder Nutbreite.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweiligen Rippe in einem Axialabschnitt der Welle in die jeweilige Nut axial eingreifen, in dem die Außenlagerfläche radial mit der Innenlagerfläche zusammenwirkt, um die Welle an der Tragstruktur drehbar zu lagern. Somit befindet sich die Labyrinthdichtung unmittelbar radial benachbart zur Lageröffnung, wodurch die Lagerstelle insgesamt in der Axialrichtung vergleichsweise kompakt baut und dementsprechend wenig Bauraum benötigt.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eine solche Rippe an der Welle, insbesondere an einer Ringstufe der Welle, ausgebildet sein, wobei sie dann zweckmäßig radial beabstandet zur Außenlagerfläche angeordnet ist. Die zugehörige Nut ist dann an der Tragstruktur ausgebildet und dabei radial beabstandet zur Lageröffnung angeordnet. Auch hierdurch ergibt sich eine extrem kompakte Bauweise in der Axialrichtung für die jeweilige Lagerstelle.
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Eine erfindungsgemäße Luftsteuereinrichtung charakterisiert sich dadurch, dass zumindest eine Klappe zum Steuern eines Luftstroms eine Welle aufweist, die mit wenigstens einer Lagerstelle der vorstehend beschriebenen Art an einer als Tragstruktur dienenden Wand des Gehäuses um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Hierdurch wird auch für die Luftsteuereinrichtung im Bereich der Lagerstellen die Abdichtung verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Klappe zumindest zwei Flügel aufweisen, die an verschiedenen Umfangsabschnitten der Welle von der Welle abstehen. Eine Klappe mit genau zwei Flügeln kann auch als Schmetterlingsklappe bezeichnet werden. Eine derartige Klappe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zum Verstellen der Klappe nur vergleichsweise geringe Drehmomente erforderlich sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können zumindest zwei Flügel der Klappe radial zur Drehachse verschieden groß sein. Hierdurch wird die Klappe asymmetrisch, was für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil ist. Insbesondere kann sich die Welle dadurch leichter in einem Randbereich des jeweiligen Kanals anordnen.
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Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Klappe genau zwei Flügel aufweist, die in der Umfangsrichtung einen Flügelwinkel einschließen, der von 180° verschieden ist. Auch diese Bauweise unterstützt komplexe Einbausituationen, insbesondere in Verbindung mit einer exzentrischen Anordnung der Klappe bezüglich des Kanals.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Welle im Kanal beabstandet zu einer Längsmittelachse des Kanals angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich für die Klappe ein reduzierter Strömungswiderstand im geöffneten Zustand.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine solche Klappe im Gehäuse zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen Umluft und Frischluft dienen. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine derartige Klappe zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen Warmluft und Kaltluft dienen. Zusätzlich oder alternativ kann zumindest eine derartige Klappe im Gehäuse zum Einstellen eines Volumenstroms für den Luftstrom im jeweiligen Kanal dienen. Somit ergeben sich für die jeweilige Klappe innerhalb des Gehäuses unterschiedliche Funktionen.
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Eine erfindungsgemäße Klimatisierungsanlage, die in einem Fahrzeug zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums dient, ist mit einer Luftsteuereinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung einer Klimatisierungsanlage im Bereich einer Luftsteuereinrichtung,
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2 eine isometrische Ansicht einer Klappe im Bereich einer Lagerstelle,
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3 eine isometrische Ansicht eines Gehäuses der Luftsteuereinrichtung im Bereich der Lagerstelle,
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4 eine Schnittansicht der Lagerstelle,
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5 ein vergrößertes Detail IV aus 4.
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Entsprechend 1 umfasst eine Klimatisierungsanlage 1, mit deren Hilfe ein Fahrzeuginnenraum eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Straßenfahrzeugs, klimatisiert werden kann, zumindest eine Luftsteuereinrichtung 2. Die Luftsteuereinrichtung 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das hier offen dargestellt ist und das zur Ausbildung zumindest eines Kanals 4 dient, der seinerseits zum Führen eines durch einen Pfeil angedeuteten Luftstroms 5 dient. Die Luftsteuereinrichtung 2 ist ferner mit wenigstens einer Klappe 6 ausgestattet, die im Kanal 4 zum Steuern des Luftstroms 5 dient und die hierzu um eine Drehachse 7 drehbar im Gehäuse 3 angeordnet ist. Dabei kann die Klappe 6 je nach Drehstellung den Kanal 4 öffnen und schließen. Ferner sind in der Regel auch beliebig viele Zwischenstellungen zwischen der Offenstellung und der Schließstellung möglich.
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Die Klappe 6 weist eine Welle 8 auf, von der zumindest ein Flügel 9 absteht. Im Beispiel der 1 stehen zwei Flügel 9 von der Welle 8 ab. Die Welle 8 ist an wenigstens einem ihrer Längsenden 10 mittels einer Lagerstelle 11 am Gehäuse 3 um die Drehachse 7 drehbar gelagert. Die Lagerstelle 11 ist dabei in einer Wand 12 des Gehäuses 3 ausgebildet, die hierzu als Tragstruktur 13 dient. Zweckmäßig ist die Klappe 6 an beiden Längsenden 10 der Welle 8 jeweils mit Hilfe einer derartiger Lagerstelle 11 am Gehäuse 3 gelagert.
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Entsprechend den 2 bis 5 umfasst die jeweilige Lagerstelle 11, die zur drehbaren Lagerung der Welle 8 an der Tragstruktur 13 um die Drehachse 7 dient, eine in der Tragstruktur 13 ausgebildete Lageröffnung 14. Die Tragstruktur 13 ist wie erwähnt hier durch einen Bereich der Wand 12 des Gehäuses 3 gebildet. Im zusammengebauten Zustand, der in den 4 und 5 wiedergegeben ist, ragt die Welle 8 in die Lageröffnung 14 axial hinein und endet innerhalb der Lageröffnung 14. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher sich die Welle 8 durch die Lageröffnung 14 hindurch erstreckt.
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Die Lagerstelle 11 ist außerdem mit einer Labyrinthdichtung 15 ausgestattet, die koaxial zur Drehachse 7 angeordnet ist, sich ringförmig erstreckt und zum Abdichten der Lageröffnung 14 dient. Hierzu weist die Labyrinthdichtung 15 zumindest eine ringförmige Rippe 16, sowie zumindest eine ringförmige Nut 17 auf. Im zusammengebauten Zustand greift die Rippe 16 axial in die Nut 17 ein. Die Axialrichtung ist dabei durch die Längsrichtung der Drehachse 7 definiert. Beim hier gezeigten Beispiel weist die Labyrinthdichtung 15 nur eine Rippe 16 und nur eine Nut 17 auf. Bei anderen Ausführungsformen können auch mehrere Rippen 16 mit mehreren, dazu komplementären Nuten 17 vorgesehen sein. Ferner ist im Beispiel die Rippe 16 an der Welle 8 ausgebildet. Insbesondere daran integral ausgeformt. Im Unterschied dazu ist die Nut 17 in der Tragstruktur 13 ausgebildet. Grundsätzlich ist jedoch auch eine umgekehrte Bauform denkbar, bei welcher die Nut 17 an der Welle 8 ausgebildet ist, während sich die Rippe 16 an der Tragstruktur 13 befindet. Besonders kompakt baut jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher sich die Rippe 16 an der Welle 8 befindet.
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Die Labyrinthdichtung 15 zeichnet sich im zusammengebauten Zustand der Lagerstelle 11 gemäß den 4 und 5 durch zwei Dichtspalte aus, nämlich durch einen inneren Dichtspalt 18, der bezüglich der Drehachse 7 proximal angeordnet ist, und einen äußeren Dichtspalt 19, der bezüglich der Drehachse 7 distal angeordnet ist. Die beiden Dichtspalte 18, 19 sind dabei koaxial ineinander und koaxial zur Drehachse 7 angeordnet, wobei der innere Dichtspalt 18 radial innerhalb des äußeren Dichtspalts 19 verläuft. Der innere Dichtspalt 18 ist gemäß 5 radial zwischen einer zur Drehachse 7 proximalen Außenwand 20 der Rippe 16 und einer zur Drehachse 7 proximalen Innenwand 21 der Nut 17 ausgebildet. Der äußere Dichtspalt 19 ist dagegen radial zwischen einer zur Drehachse 7 distalen Außenwand 22 der Rippe 16 und einer zur Drehachse 7 distalen Innenwand 23 der Nut 17 ausgebildet. Die Radialrichtung bezieht sich daher auf die Drehachse 7, auf der sie senkrecht steht.
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Im Bereich der axialen Überdeckung zwischen Rippe 16 und Nut 17, die einer axialen Eindringtiefe der Rippe 16 in die Nut 17 entspricht, erstrecken sich die Dichtspalte 18, 19 axial, wodurch der jeweilige Dichtspalt 18, 19 eine entsprechende axiale Spaltlänge besitzt. Je größer diese axiale Spaltlänge ist, desto effizienter dichtet der jeweilige Dichtspalt 18, 19. Ferner ist für die Dichtungswirkung außerdem ein Radialspiel innerhalb des jeweiligen Dichtspalts 18, 19 verantwortlich. Der innere Dichtspalt 18 besitzt ein inneres Radialspiel 24, während der äußere Dichtspalt 19 ein äußeres Radialspiel 25 aufweist. Das innere Radialspiel 24 liegt radial zwischen der proximalen Innenwand 20 und der proximalen Außenwand 21 vor und ist zweckmäßig kleiner als ein Axialabstand 26, der zwischen einem Nutgrund 27 der Nut 17 und einer axialen Stirnwand 28 der Rippe 16 vorliegt. Das äußere Radialspiel 25 liegt radial zwischen der distalen Außenwand 22 und der distalen Innenwand 23 vor und ist ebenfalls kleiner als der Axialabstand 26. Je kleiner das Radialspiel 24, 25, desto größer die Dichtungswirkung. Im Beispiel ist das jeweilige Radialspiel 24, 25 deutlich kleiner, z.B. mindestens 20 mal kleiner, als eine radial gemessene Breite 36 der Rippe 16 bzw. als eine radial gemessene Breite 37 der Nut 17.
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Wie sich insbesondere den 4 und 5 entnehmen lässt, ist die Labyrinthdichtung 15 in einem Axialabschnitt 29 der Welle 8 ausgebildet, in dem die Welle 8 in die Lageröffnung 14 eingreift und in dem die Welle 8 an der Tragstruktur 13 gelagert ist. Hierzu weist die Lageröffnung 14 an ihrem Innenumfang eine koaxial zur Drehachse 7 angeordnete zylindrische Innenlagerfläche 30 auf, während die Welle 8 an ihrem Außenumfang eine koaxial zur Drehachse 7 angeordnete, zylindrische Außenlagerfläche 31 besitzt. Die Außenlagerfläche 31 liegt dabei unmittelbar flächig und radial an der Innenlagerfläche 30 an. Das Zusammenwirken der Innenlagerfläche 30 mit der Außenlagerfläche 31 zum drehbaren Lagern der Welle 8 an der Tragstruktur 13 erfolgt in besagtem Axialabschnitt 29, in dem auch die Labyrinthdichtung 15 angeordnet ist, jedoch radial versetzt zu den Lagerflächen 30, 31. Insbesondere erfolgt der Eingriff der Rippe 16 in die zugehörige Nut 17 in besagtem Axialabschnitt 29, jedoch radial versetzt zur Lageröffnung 14. Zur Ausbildung der Rippe 16 kann die Welle 8 mit einer Ringstufe 32 ausgestattet sein. Die Rippe 16 ist jedenfalls radial beabstandet zur Außenlagerfläche 31 an der Welle 8 angeordnet. Die Nut 17 ist an der Tragstruktur 13 radial beabstandet zur Lageröffnung 14 angeordnet.
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Im Beispiel der 4 und 5 ist ein radialer Abstand 38 zwischen der Außenlagerfläche 31 und der proximalen Außenwand 20 des Stegs 16 etwa gleich groß wie der radiale Abstand zwischen den beiden Außenwänden 20, 22 der Rippe 16, welcher der Rippenbreite 36 entspricht.
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Wie sich insbesondere den 1 und 2 entnehmen lässt, weist die Klappe 6 im Beispiel genau zwei Flügel 9 auf, die von der Welle 8 an verschiedenen Umfangsabschnitten abstehen. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Flügel 9 in der Radialrichtung bezüglich der Drehachse 7 verschieden groß. Gemäß 2 besitzt der linke Flügel 9 in der Radialrichtung eine deutlich größere Dimension als der rechte Flügel 9. Ferner ist bei den Klappen 6 der 1 und 2 vorgesehen, dass die beiden Flügel 9 in der Umfangsrichtung einen Flügelwinkel 33 einschließen, der von 180° verschieden ist.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Welle 8 im Bereich einer Längsmittelachse 34 des Kanals 4 im Kanal 4 angeordnet. Im Unterschied dazu zeigt 3 eine Ausführungsform, bei welcher die Welle 8 bzw. die Drehachse 7 im Kanal 4 zur Längsmittelachse 34 des Kanals 4 beabstandet angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich für die jeweilige Klappe 6 bezüglich des Kanals 4 eine exzentrische oder außermittige Anordnung.
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Im Gehäuse 3 dient die jeweilige Klappe 6 beispielsweise zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses zwischen Umluft und Frischluft. Ebenso kann eine derartige Klappe 6 im Gehäuse 3 dazu dienen, ein Mischungsverhältnis zwischen Warmluft und Kaltluft einzustellen. Ferner kann eine derartige Klappe 6 im Gehäuse 3 dazu dienen, einen Volumenstrom für den Luftstrom 5 einzustellen.
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Wie sich den 1, 2, 4 und 5 entnehmen lässt, ist die Welle 8 zumindest im Bereich ihres jeweiligen Längsendes 10 als Hohlwelle konfiguriert, sodass sie eine stirnseitig offene Öffnung 35 aufweist. Die Öffnung 35 dient zweckmäßig zum axialen Einführen eines Antriebsglieds, das hier jedoch nicht gezeigt ist. Durch eine unrunde Ausgestaltung eines Innenumfangs der Öffnung 35 lässt sich eine Drehmomentübertragung zwischen dem jeweiligen Antriebsglied und der Welle 8 realisieren. Das jeweilige Antriebsglied kann dabei insbesondere durch die Lageröffnung 14 hindurch in die Welle 8 eingreifen. Somit erfolgt die Drehmomentübertragung am Ort der Lagerstelle 11, was für die mechanische Belastung der Klappe 6 vorteilhaft ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0925969 B1 [0002]
- WO 2006/037567 A1 [0002]
- EP 2072297 A1 [0002]
- DE 102007026620 B4 [0002]
