DE102015107658A1

DE102015107658A1 - Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015107658A1
Application number: DE102015107658.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Capellmann; Detlef Handwerk; Johannes Stausberg; Evzi Duka; Michael Fietz
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2035-05-16
Also published as: US20150343995A1; KR102056122B1; KR20170101854A; DE102015107658B4; US9914433B2; KR20150137032A; KR102056123B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem (1) eines Kraftfahrzeugs. Das Klimatisierungssystem (1) ist mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft ausgebildet und weist ein Gehäuse (2) mit mindestens einem Strömungspfad (6, 7), welcher in eine Mischkammer (8) mündet, einem Luftauslass (3a) zu einer Frontscheibe und mindestens einem Luftauslass (3c) in einem Armaturenbrett sowie dazugehörigen Luftklappen (10, 12), einem Strömungspfad (16), welcher als Bypass um den in die Mischkammer (8) mündenden Strömungspfad (6, 7) und die Mischkammer (8) ausgebildet ist und sich zum Luftauslass (3c) im Armaturenbrett erstreckt, sowie einem sich von der Mischkammer (8) zum Luftauslass (3a) zur Frontscheibe erstreckenden Strömungskanal (19) mit einer umfänglich geschlossenen Wandung auf. Der Strömungskanal (19) ist sich durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad (16) hindurch erstreckend derart angeordnet, dass die durch den Strömungspfad (16) und den Strömungskanal (19) geleiteten Teilluftmassenströme durch die Wandung des Strömungskanals (19) voneinander getrennt sind. Der Strömungskanal (19) ist einteilig ausgebildet. Der als Bypass ausgebildete Strömungspfad (16) ist mindestens zweigeteilt um den Strömungskanal (19) herum angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs. Das Klimatisierungssystem ist mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft und einem Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse weist mindestens einen Strömungspfad, welcher in eine Mischkammer mündet, einen Luftauslass zu einer Frontscheibe und mindestens einen Luftauslass in einem Armaturenbrett sowie dazugehörige Luftklappen, einen Strömungspfad, welcher als Bypass um den in die Mischkammer mündenden Strömungspfad und die Mischkammer ausgebildet ist und sich zum Luftauslass im Armaturenbrett erstreckt, sowie einen sich von der Mischkammer zum Luftauslass zur Frontscheibe erstreckenden Strömungskanal mit einer umfänglich geschlossenen Wandung auf.
Bei Kraftfahrzeugen ist aufgrund der zunehmenden Anzahl an technischen Komponenten eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens erforderlich, um die gewünschte Funktionsvielfalt durch Unterbringung der Komponenten überhaupt gewährleisten zu können. Aus diesem Grund sind auch großvolumige Komponenten zur Klimatisierung, wie sie aus stationären Klimaanlagen in Form von Mischkammern, Strömungsleiteinrichtungen und Verwirbelungseinrichtungen bekannt sind, in Kraftfahrzeugen wegen der geringen Platzverhältnisse nicht einsetzbar. Eine zusätzliche Anforderung an ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs, welche einen zugeführten Luftmassenstrom konditioniert, gegebenenfalls aufteilt und die einzelnen Luftmassenströme in unterschiedliche Bereiche des Fahrzeugs leitet, besteht darin, verschiedene Luftauslässe des Klimatisierungssystems je nach Lage und Funktion mit verschieden temperierten Luftmassenströmen zu beaufschlagen. Der zugeführte Luftmassenstrom wird dabei über unterschiedliche Wärmeübertrager geführt, sodass die Luft abgekühlt und entfeuchtet sowie, wenn notwendig, wieder aufgeheizt wird, bevor sie in den Fahrgastraum geleitet wird. Dabei wird die Luft beispielsweise in den Fußraum sowie über Öffnungen im Armaturenbrett in den Fahrgastraum eingeblasen und zudem über Auslässe unmittelbar an die Frontscheibe geführt, um diese beschlagfrei zu halten oder abzutauen. Bei gattungsgemäßen luftseitig geregelten Klimatisierungssystemen wird der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassenstrom mittels mindestens einer Klappe, auch als Temperaturklappe bezeichnet, in zwei Teilluftmassenströme aufgeteilt. Mit Hilfe der Temperaturklappen und unterschiedlichen Regelmechanismen werden die erforderlichen Temperaturen der Luftströmungen eingestellt. Dabei wird der eine Teilluftmassenstrom durch einen Heizwärmeübertrager geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassenstrom als Kaltluft am Heizwärmeübertrager vorbei. Beide unterschiedlich temperierten Teilluftmassenströme werden anschließend zum Erreichen der geforderten Zieltemperatur vermischt.
Beim Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs kann es zudem erforderlich sein, in Strömungsrichtung der zu konditionierenden Luft nach dem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager einen dritten Teilmassenstrom abgekühlter und entfeuchteter, das heißt kalter Luft abzuzweigen und an der Mischkammer vorbei direkt zu den Luftauslässen, insbesondere den Luftauslässen im Armaturenbrett, zu leiten. Der dritte Teilluftmassenstrom der kalten Luft strömt dabei durch einen Kaltluftbypass als weiteren zusätzlichen Strömungspfad, um mit der kalten Luft die Ausblastemperatur an den Luftauslässen im Armaturenbrett definiert abzukühlen. Damit wird eine größere Temperaturschichtung im Fahrgastraum, insbesondere zwischen den Luftauslässen im Armaturenbrett und im Fußraum, erreicht. Die voneinander abweichenden Temperaturen der Luftmassenströme an den unterschiedlichen Auslässen, wie Fußraum, Armaturenbrett und Scheibenbelüftung, werden als Temperaturschichtung bezeichnet. Bei einer Ausbildung des Kaltluftbypasses oberhalb der Mischkammer des Klimatisierungssystems ist der Kaltluftbypass um die Strömungspfade zu den Luftauslässen der Frontscheibe herum anzuordnen. Um die kalte Luft gleichmäßig auf die Luftauslässe im Armaturenbrett zu verteilen, ist der Luftauslass zur Frontscheibe bei herkömmlichen Klimatisierungssystemen in einen linken und einen rechten Auslass zweigeteilt ausgebildet. Die kalte Luft kann sowohl zu den beiden Luftauslässen zur Frontscheibe als auch um die beiden zu den Luftauslässen zur Frontscheibe führenden Strömungskanäle herum geleitet werden, um eine gute Verteilung der kalten Luft auf die Luftauslässe im Armaturenbrett zu ermöglichen.
Den im Stand der Technik bekannten Systemen ist zu eigen, dass sie apparativ sehr aufwendig zusätzliche Elemente aufweisen, wie den zweiten Luftauslass zur Frontscheibe und die dazugehörigen Luftklappen sowie Komponenten zur Anbindung innerhalb des Systems, welche alle weiteren Platz beanspruchen, Kosten und auch einen zusätzlichen Montageaufwand sowie einen entsprechenden Wartungsaufwand verursachen. Die zusätzlichen Luftklappen sowie deren dazugehörige Antriebstechnik erfordern auch einen Mehraufwand der konstruktiv sehr aufwendigen Steuerungsmittel der Luftmassenströme. Des Weiteren bewirken die zusätzlichen Einbauten Begrenzungen und Verengungen der Strömungskanäle und verursachen erhöhte Druckverluste in der Luftströmung, was wiederum zu einem erhöhten Leistungsbedarf und damit einem erhöhten Energieverbrauch sowie einer Verringerung der Effizienz des Klimatisierungssystems und damit des gesamten Kraftfahrzeugs führt. Zudem bedingen die zusätzlichen Einbauten neben den deutlichen Strömungsverlusten auch starke Strömungsgeräusche.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, welches eine einfache Konstruktion mit einer minimalen Anzahl an erforderlichen Komponenten aufweist, um einerseits den Platzbedarf des Systems zu reduzieren, und anderseits die Kosten der Herstellung, den Materialaufwand, den Montageaufwand und den Wartungsaufwand zu reduzieren. Dabei sind zudem die Druckverluste der Luftmassenströme durch das System sowie der Energieverbrauch des Systems bei mindestens gleichbleibender Luftleistung zu minimieren und so die Effizienz des Klimatisierungssystems zu erhöhen. Des Weiteren sind die auftretenden Strömungsgeräusche zu verringern.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Klimatisierungssystem ist mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft und einem Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse weist mindestens einen Strömungspfad, welcher in eine Mischkammer mündend ausgebildet ist, sowie einen Luftauslass zu einer Frontscheibe und mindestens einen Luftauslass in einem Armaturenbrett sowie dazugehörige Luftklappen auf. Das Gehäuse umfasst zudem einen Strömungspfad, welcher als Bypass um den in die Mischkammer mündend ausgebildeten Strömungspfad und die Mischkammer ausgebildet ist und sich direkt zum Luftauslass im Armaturenbrett erstreckt, sowie einen sich von der Mischkammer zum Luftauslass zur Frontscheibe erstreckenden Strömungskanal. Der mit einer umfänglich geschlossenen Wandung ausgebildete Strömungskanal ist sich durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad hindurch erstreckend derart angeordnet, dass die durch den Strömungspfad und den Strömungskanal geleiteten Teilluftmassenströme durch die Wandung des Strömungskanals voneinander getrennt sind.
Nach der Konzeption der Erfindung ist der Strömungskanal einteilig ausgebildet und der als Bypass ausgebildete Strömungspfad ist mindestens zweigeteilt um den Strömungskanal herum angeordnet.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Wandung des Strömungskanals einen ovalen Querschnitt, insbesondere einen elliptischen Querschnitt, auf. Nach einer alternativen Ausgestaltung kann der Strömungskanal auch mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet sein. Die Angabe der Ausbildung des Querschnitts bezieht sich dabei auf die Strömungsrichtung der Luft von der Mischkammer zum Luftauslass zur Frontscheibe und damit auf den Strömungsquerschnitt des von der Mischkammer zum Luftauslass zur Frontscheibe geleiteten Teilluftmassenstroms. Der Strömungskanal weist bei einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke auch auf der Außenseite eine ovale, insbesondere eine elliptische, oder kreisrunde Form auf.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Luftauslass zur Frontscheibe einteilig ausgebildet. Der einteilige Luftauslass zur Frontscheibe ist bevorzugt mit einer einzelnen und einzigen Luftklappe zu verschließen sowie zu öffnen, welche mit lediglich einem einzelnen Antrieb angetrieben wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Strömungspfades zum gezielten Leiten des Teilluftmassenstromes um die Wandung des Strömungskanals herum Luftleitelemente ausgebildet. Mit der Ausbildung der Luftleitelemente wird der Teilluftmassenstrom in Strömungsrichtung der Luft nach dem Strömungskanal gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades verteilt.
Die Luftleitelemente sind bevorzugt beabstandet zur Wandung des Strömungskanals derart angeordnet, dass ein erster Teil des durch den Strömungspfad geleiteten Teilluftmassenstroms zwischen der Wandung des Strömungskanals und einem Luftleitelement sowie ein zweiter Teil des durch den Strömungspfad geleiteten Teilluftmassenstroms zwischen einem Luftleitelement und dem Gehäuse hindurch strömen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Strömungspfad von einer Außenseite der Wandung des Strömungskanals und einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses begrenzt ausgebildet ist. Dabei weist das Gehäuse im Bereich des Strömungspfades mindestens ein Verschlusselement zum Verschließen einer in der Wandung des Gehäuses ausgebildeten Öffnung auf. Das Verschlusselement wird bevorzugt mit dem Gehäuse verschraubt und/oder verklippt verbunden. Das Verschlusselement kann alternativ in einer Haltevorrichtung der Kinematik der Luftklappen des Klimatisierungssystems integriert ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Luftleitelement an das Verschlusselement integriert angeordnet, sodass das Luftleitelement und das Verschlusselement einstückig ausgebildet sind. Beim Vorgang des Verschließens einer im Bereich des Strömungspfades vorhandenen Öffnung innerhalb des Gehäuses wird gleichzeitig das Luftleitelement in den Strömungspfad eingebracht. Die Form des Luftleitelementes kann dabei beliebig verändert und an den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades angepasst werden, ohne das Gehäuse zu verändern.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse mit mindestens einem ersten Strömungspfad und einem zweiten Strömungspfad ausgebildet, welche jeweils in die Mischkammer münden. Dabei weisen ein durch den ersten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine zweite Temperatur auf.
Das Gehäuse ist vorteilhaft mit mindestens einem Luftauslass zu einem Fußraum sowie mindestens einer dazugehörigen Luftklappe ausgebildet. Zudem ist die Mischkammer strömungstechnisch bevorzugt mit dem Luftauslass zur Frontscheibe, mit dem Luftauslass zum Fußraum und mit dem Luftauslass im Armaturenbrett verbunden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Gehäuses eine Luftklappe und Temperaturklappen ausgebildet. Dabei ist der in das Gehäuse geförderte Luftmassenstrom mittels der dem als Bypass ausgebildeten Strömungspfad zugeordneten Luftklappe und der Temperaturklappen in die Teilluftmassenströme durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad und den mindestens einen in die Mischkammer mündenden Strömungspfad aufteilbar.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

– gleichmäßiges Aufteilen des durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad geleiteten Teilluftmasssenstroms, insbesondere von Kaltluft, über den gesamten Strömungsquerschnitt und damit auf die Luftauslässe im Armaturenbrett,
– optimale strömungstechnische Form des Strömungskanals insbesondere für die äußere Umströmung des Teilluftmassenstroms zu den Luftauslässen im Armaturenbrett und für die innere Durchströmung des Teilluftmassenstroms zum Luftauslass der Frontscheibe,
– einteilige Ausbildung des Strömungskanals ermöglicht die einteilige Ausbildung des Luftauslasses zur Frontscheibe mit einer Luftklappe und dem einen dazugehörigen Antrieb, Verringerung des Mehraufwands bzgl. Material, ohne Nachteile für die Luftleistung,
– einfache Konstruktion mit einer minimalen Anzahl an Komponenten,
– Minimierung der Geräuschentwicklung und Druckverluste bei gleichbleibender oder verbesserter Luftleistung führt zur Steigerung der Effizienz des Klimatisierungssystems,
– Minimierung des Platzbedarfs,
– Minimierung der Kosten der Herstellung sowie des Aufwands an Material, der Montage und der Wartung sowie
– Einsparen von Zeit bei der Montage des Klimatisierungssystems.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs:
1: mit Luftauslässen und dazugehörigen Luftklappen sowie mit einem Kaltluftbypass in seitlicher Schnittdarstellung,
2a: mit einem zweigeteilten Luftauslass zur Frontscheibe in perspektivischer Ansicht aus dem Stand der Technik,
2b: mit einem zweigeteilten Luftauslass zur Frontscheibe in Draufsicht aus dem Stand der Technik,
3: mit einem einteiligen Luftauslass zur Frontscheibe in Draufsicht und
4: mit einem einteiligen Luftauslass zur Frontscheibe in Schnittdarstellung durch einen Kaltluftbypass in Draufsicht.
In 1 ist ein Klimatisierungssystem 1, 1' eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse 2, 2' mit Luftauslässen 3a, 3a', 3b, 3c und dazugehörigen Luftklappen 10, 10', 11, 12 sowie mit einem Kaltluftbypass 16, 16' in seitlicher Schnittdarstellung gezeigt. Das Klimatisierungssystem 1, 1' weist einen nicht dargestellten Lüfter zum Ansaugen und Fördern der Luft in Strömungsrichtung 13 durch das Gehäuse 2, 2' des Klimatisierungssystems 1, 1' mit einen Verdampfer 4 und einem Heizwärmeübertrager 5 auf. Das Gehäuse 2, 2' umfasst neben den drei Luftauslässen 3a, 3a' 3b, 3c eine Mischkammer 8.
Der vom Lüfter angesaugte und in Strömungsrichtung 13 zum Verdampfer 4 hingeführte Luftmassenstrom wird vollständig oder anteilig über die Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 4 geleitet und anschließend auf drei Strömungspfade 6, 7, 16, 16' aufgeteilt. Der Luftmassenstrom kann zumindest anteilig durch einen nicht dargestellten Bypass um den Verdampfer 4 herumgeleitet werden. Der erste Strömungspfad 6, auch als Kaltluftpfad 6 bezeichnet, führt die im Verdampfer 4 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft als Teilluftmassenstrom um den Heizwärmeübertrager 5 herum. Dabei ist der erste Strömungspfad 6 in vertikaler Richtung y des Klimatisierungssystems 1, 1' oberhalb des Heizwärmeübertragers 5 angeordnet, welcher innerhalb des zweiten Strömungspfades 7 ausgebildet ist. Der durch den zweiten Strömungspfad 7 geführte Teilluftmassenstrom wird vollständig über die Wärmeübertragerfläche des Heizwärmeübertragers 5 geleitet und erwärmt. Die Strömungspfade 6, 7 münden jeweils in die Mischkammer 8. Die auf die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilten Teilluftmassenströme werden in der Mischkammer 8 wieder zusammengeführt und vermischt bevor die nunmehr konditionierte Luft durch die einzelnen Luftauslässe 3a, 3a' 3b, 3c dem Fahrgastraum zugeführt wird.
Der Strömungspfad 16, 16' ermöglicht das Strömen von im Verdampfer 4 abgekühlter und/oder entfeuchteter kalter Luft als Teilluftmassenstrom um den Heizwärmeübertrager 5 und den Kaltluftpfad 6 sowie die Mischkammer 8 herum direkt zum Luftauslass 3c im Armaturenbrett. Der Teilluftmassenstrom der Kaltluft wird über eine im Strömungspfad 16, 16' angeordnete Luftklappe 17 gesteuert. Der Strömungspfad 16, 16' wird auch als Kaltluftbypass 16, 16' bezeichnet. Der über den Verdampfer 4 geführte Luftmassenstrom wird mittels der Luftklappe 17 und der Temperaturklappen 9a, 9b in die Teilluftmassenströme durch den Kaltluftbypass 16, 16' und die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Mittels der Stellung der Temperaturklappen 9a, 9b und der Luftklappe 17 sind die Teilluftmassenströme durch die Strömungspfade 6, 7, 16, 16', das heißt die Anteile am gesamten durch das Klimatisierungssystem 1, 1' geführten Luftmassenstroms, und damit die Temperatur an den Luftauslässen 3a, 3a' 3b, 3c, steuerbar. Die Temperaturklappe 9a dient dem Öffnen und Verschließen des Kaltluftpfades 6, während die Temperaturklappe 9b zum Öffnen und Verschließen des Warmluftpfades 7 vorgesehen ist.
Der Luftauslass 3a, 3a' zur Frontscheibe, der Luftauslass 3b zum Fußraum und der Luftauslass 3c zum Armaturenbrett können mittels der Luftklappen 10, 10', 11, 12 verschlossen beziehungsweise geöffnet werden. Der Luftauslass 3c wird auch als Insassen- oder Fahrer-Anströmer bezeichnet, da der durch den Luftauslass 3c geleitete Luftmassenstrom die Insassen direkt anströmen kann. Die im Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, flächig ausgebildeten Temperaturklappen 9a, 9b und Luftklappen 10, 10', 11, 12, 17 sind jeweils um eine Drehachse drehbar gelagert und erstrecken sich in Tiefenrichtung z.
Bei der in 1 dargestellten Anordnung mit zumindest teilweise geöffneten Temperaturklappen 9a, 9b und der geöffneten Luftklappe 17 wird der Luftmassenstrom auf die Strömungspfade 6, 7, 16, 16' aufgeteilt. Der in Strömungsrichtung 15 durch den Kaltluftpfad 6 geleitete erste Teilluftmassenstrom und der in Strömungsrichtung 14 durch den Warmluftpfad 7 geleitete zweite Teilluftmassenstrom werden in der Mischkammer 8 vermischt. Anschließend kann der vermischte Luftmassenstrom durch die Luftauslässe 3a, 3a', 3b, 3c in den Fahrgastraum geleitet werden. Der durch den Luftauslass 3a, 3a' geführte Teilluftmassenstrom wird mittels eines Strömungskanals 19, 19' durch den Kaltluftbypass 16, 16' hindurch geleitet. Der in Strömungsrichtung 18, 18' durch den Kaltluftbypass 16, 16' geleitete dritte Teilluftmassenstrom wird an den Strömungspfaden 6, 7 und der Mischkammer 8 vorbei direkt durch den Luftauslass 3c in den Fahrgastraum geführt. Der durch den Kaltluftbypass 16, 16' geleitete Teilluftmassenstrom strömt dabei auf der Außenseite um den sich von der Mischkammer 8 zum Luftauslass 3a, 3a' der Frontscheibe erstreckenden Strömungskanal 19, 19' herum, ohne dass sich die durch den Kaltluftbypass 16, 16' und den Strömungskanal 19, 19' geleiteten Teilluftmassenströme vermischen.
Die beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 4 abgekühlte und/oder entfeuchtete kalte Luft kann somit als erster Teilluftmassenstrom in Strömungsrichtung 15 durch den Kaltluftpfad 6 und anschließend durch den Strömungskanal 19, 19' sowohl zum Luftauslass 3a, 3a' zur Frontscheibe als auch als dritter Teilluftmassenstrom in Strömungsrichtung 18, 18' durch den Kaltluftbypass 16, 16' um den zum Luftauslass 3a, 3a' zur Frontscheibe führenden Strömungskanal 19, 19' herum zum Luftauslass 3c im Armaturenbrett geleitet werden.
Die im Verdampfer 4 abgekühlte und direkt durch den Kaltluftbypass 16, 16' zum Luftauslass 3c im Armaturenbrett strömende kalte Luft wird zur Verringerung der Lufttemperatur im Bereich des Luftaulasses 3c im Armaturenbrett genutzt, was zu einer Erhöhung der Temperaturdifferenz und einer Ausprägung der Temperaturschichtung zwischen dem Luftauslass 3c im Armaturenbrett und insbesondere dem Luftauslass 3b im Fußraum führt.
In den 2a und 2b ist ein Klimatisierungssystem 1' eines Kraftfahrzeugs mit einem zweigeteilten Luftauslass 3a' zur Frontscheibe nach 2a in perspektivischer Ansicht und nach 2b in Draufsicht jeweils aus dem Stand der Technik dargestellt.
Der in Strömungsrichtung 13, 18' der zu konditionierenden Luft nach dem als Verdampfer 4 betriebenen Wärmeübertrager abgezweigte dritte Teilluftmassenstrom abgekühlter und entfeuchteter, das heißt kalter Luft, wird in Strömungsrichtung 18' an der Mischkammer 8 einerseits sowie den Strömungskanälen 19' und damit den Luftauslässen 3a' zur Frontscheibe andererseits vorbei direkt zu den Luftauslässen 3c im Armaturenbrett geleitet. Der Teilluftmassenstrom der kalten Luft strömt dabei durch den mit der Luftklappe 17 verschließbaren und öffenbaren Kaltluftbypass 16', um mit der kalten Luft die Ausblastemperatur am Luftauslass 3c im Armaturenbrett definiert abzukühlen. Bei der Ausbildung des Kaltluftbypasses 16' in vertikaler Richtung y oberhalb der Mischkammer 8 des Klimatisierungssystems 1' ist der Kaltluftbypass 16' um die Strömungskanäle 19' zu den Luftauslässen 3a' der Frontscheibe herum ausgebildet. Um die kalte Luft gleichmäßig auf die Luftauslässe 3c im Armaturenbrett zu verteilen, ist bei herkömmlichen Klimatisierungssystemen 1' der Luftauslass 3a' zur Frontscheibe in einen linken und einen rechten Auslass zweigeteilt ausgebildet. Die kalte Luft wird um die beiden zu den Luftauslässen 3a' zur Frontscheibe führenden Strömungskanäle 19' herum geleitet, um eine gute Verteilung der kalten Luft auf die Luftauslässe 3c im Armaturenbrett zu ermöglichen. Erste Anteile des durch den Kaltluftbypass 16' strömenden Teilluftmassenstroms kalter Luft strömen folglich außen um die sich von der Mischkammer 8 zu den Luftauslässen 3a' der Frontscheibe erstreckenden Strömungskanäle 19' herum, während zweite Anteile des durch den Kaltluftbypass 16' strömenden Teilluftmassenstroms kalter Luft zwischen den beabstandet zueinander angeordneten Strömungskanälen 19' hindurch strömen. Dabei wird der durch den Kaltluftbypass 16' strömende Teilluftmassenstrom kalter Luft gleichmäßig auf die Luftauslässe 3c im Armaturenbrett verteilt. Die beiden jeweils zu den Luftauslässen 3a' der Frontscheibe führenden Strömungskanäle 19' weisen im Wesentlichen rechteckige Strömungsquerschnitte auf. Der zwischen den beiden beabstandet zueinander angeordneten Strömungskanälen 19' ausgebildete Spalt dient als ein Bereich des Kaltluftbypasses 16'. Das Umströmen der beiden rechteckigen und damit kantigen Strömungskanäle 19' mit kalter Luft verursacht unerwünschte Strömungsgeräusche und Druckverluste.
Die Strömungskanäle 19' weisen in der Nähe der Luftauslässe 3a' jeweils eine Luftklappe 10' zum Öffnen und Verschließen der Luftauslässe 3a' auf, welche über einen gemeinsamen oder getrennte Antriebe zu bedienen sind. Aufgrund der Ausbildung mindestens zweier Strömungskanäle 19' weist das Klimatisierungssystem 1' einen hohen Platzbedarf und eine erhöhte Anzahl an Komponenten zur Steuerung der Luftauslässe 3a' auf, was wiederum einen hohen Aufwand der Konstruktion, Montage sowie Wartung und damit auch Kosten verursacht.
In den 3 und 4 ist das Klimatisierungssystem 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem einteiligen Luftauslass 3a zur Frontscheibe nach 3 im montierten Zustand und nach 4 in Schnittdarstellung durch einen Kaltluftbypass 16 jeweils in einer Draufsicht dargestellt.
Bei der Ausbildung des einteiligen Luftauslasses 3a zur Frontscheibe strömt die in Strömungsrichtung 13, 18 der zu konditionierenden Luft nach dem als Verdampfer 4 betriebenen Wärmeübertrager abgezweigte, kalte und entfeuchtete Luft als Teilluftmassenstrom um den Strömungskanal 19 des Luftauslasses 3a herum. Auch der in das Gehäuse 2 integriert ausgebildete Strömungskanal 19 ist dabei einteilig ausgebildet und weist einen ovalen, insbesondere einen ellyptischen, Strömungsquerschnitt für die Luft zum Luftauslass 3a auf. Die ellyptische Form ist eine spezielle geschlossene ovale Kurve. Unter dem einteilig ausgebildeten Strömungskanal 19 ist zu verstehen, dass der Strömungskanal 19 lediglich einen Pfad aufweist, und nicht wie im Stand der Technik nach 2a und 2b aus zwei beabstandet zueinander angeordneten Strömungskanälen 19' folglich mit zwei getrennten Pfaden ausgebildet ist. Der ovale Strömungsquerschnitt für die Luft zum Luftauslass 3a bietet neben der maximal möglichen Querschnittsfläche bei im Wesentlichen konstanter Wandstärke des Strömungskanals 19 auch einen geringen Strömungswiderstand für die durch den Kaltluftbybass 16 um den Strömungskanal 19 herum strömende kalte Luft. Der Kaltluftbypass 16 ist mit der Luftklappe 17 verschließbar und öffenbar ausgebildet.
Der zweigeteilt ausgebildete Kaltluftbypass 16 wird jeweils einerseits von der Außenseite der Wandung des Strömungskanals 19 und andererseits von einem Verschlusselement 21 des Gehäuses 2 begrenzt. Die Verschlusselemente 21 sind als Komponenten der Wandung des Gehäuses 2 ausgebildet, den Scheitelflächen der insbesondere ellyptischen Form des Strömungskanals 19 gegenüberliegend angeordnet und verschließen das Gehäuse 2 im Bereich des Kaltluftbypasses 16. Die Verschlusselemente 21 sind in dem in der von der horizontalen Richtung x und der Tiefenrichtung z aufgespannten Ebene verlaufenden Querschnitt konkav ausgebildet, sodass die durch die beiden Bereiche des Kaltluftbypasses 16 geleiteten Teilluftmassenströme der kalten Luft strömungstechnisch günstig um den Strömungskanal 19 herum geleitet werden.
Im sich zwischen den Hauptscheitelflächen der insbesondere ellyptischen Form des Strömungskanals 19 und den gegenüberliegend angeordneten Verschlusselementen 21 erstreckenden Bereich des Kaltluftbypasses 16 sind zudem Luftleitelemente 20 angeordnet, welche die kalte Luft um den Strömungskanal 19 herum zu den mittleren Luftauslässen 3c im Armturenbrett leiten. Die Luftleitelemente 20 sind dabei im Querschnitt im Wesentlichen parallel zur Wandung des Strömungskanals 19 ausgerichtet und derart ausgebildet, dass die kalte Luft auch bis in den Bereich der Nebenscheitelflächen der insbesondere ellyptischen Form des Strömungskanals 19 innerhalb des Kaltluftbypasses 16 geführt wird. Mit der ellyptischen Form der Wandung des Strömungskanals 19 und der Anordnung der Luftleitelemente 20 werden auch die mittig angeordneten Luftauslässe 3c im Armaturenbrett mit ausreichend kalter Luft beaufschlagt, sodass der durch den Kaltluftbypass 16 strömende Teilluftmassenstrom kalter Luft gleichmäßig auf die Luftauslässe 3c im Armaturenbrett verteilt wird. Die elliptische oder ovale Form der Wandung des Strömungskanals 19 ist nicht nur optimal in Bezug auf die Verringerung des Strömungswiderstandes innerhalb des Kaltluftbypasses 16 sondern dient gleichzeitig auch zur Minimierung des Risikos von unerwünschter Geräuschbildung.
Das Luftleitelement 20 ist vorteilhaft an das Verschlusselement 21 integriert angeordnet, sodass das Luftleitelement 20 und das Verschlusselement 21 als ein einstückiges Element ausgebildet sind. Mit der beiderseitigen Montage der Verschlusselemente 21 zum Verschließen der Wandung des Gehäuses 2 im Bereich des Kaltluftbypasses 16 werden folglich auch die Luftleitelemente 20 in das Gehäuse 2 des Klimatisierungssystems 1 eingebracht. Mit der integrierten Ausbildung des Luftleitelementes 20 und des Verschlusselementes 21 werden zudem die Herstellung und die Bearbeitung des Gehäuses 2 erleichtert sowie die Herstellungszeit minimiert. Zudem wird eine größere Flexibilität bei Ausgestaltung der Form der Luftleitelemente 20 erreicht, wenn die Luftleitelemente 20 nicht im Gehäuse 2 direkt ausgebildet sind. Die Verschlusselemente 21 werden je nach Art der Abdichtung zwischen dem Verschlusselement 21 und der Wandung des Gehäuses 2 beispielsweise mit dem Gehäuse 2 verschraubt und/oder verklippt. Das Verschlusselement 21 kann wiederum in eine Haltevorrichtung der Kinematik der Luftklappen des Klimatisierungssystems 1 integriert ausgebildet sein.
Der einteilig ausgebildete Luftauslass 3a zur Frontscheibe ist mit einer einzelnen Luftklappe 10 zu verschließen und zu öffnen. Die einzelne Luftklappe 10 wird mittels eines einzelnen Antriebs verstellt.
Bezugszeichenliste

1, 1': Klimatisierungssystem
2, 2': Gehäuse
3a, 3a': Luftauslass Frontscheibe
3b: Luftauslass Fußraum
3c: Luftauslass Armaturenbrett
4: Verdampfer
5: Heizwärmeübertrager
6: Strömungspfad, Kaltluftpfad
7: Strömungspfad, Warmluftpfad
8: Mischkammer
9a: Temperaturklappe Warmluftpfad 7
9b: Temperaturklappe Kaltluftpfad 6
10, 10': Luftklappe Luftauslass Frontscheibe 3a
11: Luftklappe Luftauslass Fußraum 3b
12: Luftklappe Luftauslass Armaturenbrett 3c
13: Strömungsrichtung der Luft
14: Strömungsrichtung der Luft im Kaltluftpfad 6
15: Strömungsrichtung der Luft im Warmluftpfad 7
16, 16': Strömungspfad, Kaltluftbypass
17: Luftklappe Kaltluftbypass 16
18, 18': Strömungsrichtung der Luft im Kaltluftbypass 16
19, 19': Strömungskanal zum Luftauslass Frontscheibe 3a
20: Luftleitelement
21: Verschlusselement
x: horizontale Richtung
y: vertikale Richtung
z: Tiefenrichtung

Claims

Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Klimatisierungssystem (1) mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft ausgebildet ist, aufweisend ein Gehäuse (2) mit – mindestens einem Strömungspfad (6, 7), welcher in eine Mischkammer (8) mündend ausgebildet ist, – einem Luftauslass (3a) zu einer Frontscheibe und mindestens einem Luftauslass (3c) in einem Armaturenbrett sowie dazugehörigen Luftklappen (10, 12), – einem Strömungspfad (16), welcher als Bypass um den in die Mischkammer (8) mündend ausgebildeten Strömungspfad (6, 7) und die Mischkammer (8) ausgebildet ist und sich zum Luftauslass (3c) im Armaturenbrett erstreckt, sowie – einem sich von der Mischkammer (8) zum Luftauslass (3a) zur Frontscheibe erstreckenden Strömungskanal (19) mit einer umfänglich geschlossenen Wandung, wobei sich der Strömungskanal (19) durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad (16) hindurch erstreckend derart angeordnet ist, dass die durch den Strömungspfad (16) und den Strömungskanal (19) geleiteten Teilluftmassenströme durch die Wandung des Strömungskanals (19) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Strömungskanal (19) einteilig ausgebildet ist sowie – der als Bypass ausgebildete Strömungspfad (16) mindestens zweigeteilt um den Strömungskanal (19) herum angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Strömungskanals (19) einen ovalen Querschnitt aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass (3a) zur Frontscheibe einteilig ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Strömungspfades (16) Luftleitelemente (20) zum gezielten Leiten des Teilluftmassenstromes um die Wandung des Strömungskanals (19) herum ausgebildet sind, sodass der Teilluftmassenstrom in Strömungsrichtung der Luft nach dem Strömungskanal (19) gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades (16) verteilt ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitelemente (20) beabstandet zur Wandung des Strömungskanals (19) derart angeordnet sind, dass ein erster Teil des durch den Strömungspfad (16) geleiteten Teilluftmassenstroms zwischen der Wandung des Strömungskanals (19) und einem Luftleitelement (20) sowie ein zweiter Teil des durch den Strömungspfad (16) geleiteten Teilluftmassenstroms zwischen einem Luftleitelement (20) und dem Gehäuse (2) hindurch strömen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungspfad (16) von einer Außenseite der Wandung des Strömungskanals (19) und einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses (2) begrenzt ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (2) im Bereich des Strömungspfades (16) mindestens ein Verschlusselement (21) zum Verschließen einer in der Wandung des Gehäuses (2) ausgebildeten Öffnung aufweist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (20) an das Verschlusselement (21) integriert angeordnet ist, sodass das Luftleitelement (20) und das Verschlusselement (21) einstückig ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mindestens einen ersten Strömungspfad (6) und einen zweiten Strömungspfad (7) aufweist, welche jeweils in die Mischkammer (8) mündend ausgebildet sind, wobei ein durch den ersten Strömungspfad (6) geführter Luftmassenstrom eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad (7) geführter Luftmassenstrom eine zweite Temperatur aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mindestens einen Luftauslass (3b) zu einem Fußraum sowie mindestens eine dazugehörige Luftklappe (11) aufweist und dass die Mischkammer (8) strömungstechnisch mit dem Luftauslass (3a) zur Frontscheibe, mit dem Luftauslass (3b) zum Fußraum und mit dem Luftauslass (3c) im Armaturenbrett verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (2) eine Luftklappe (17) und Temperaturklappen (9a, 9b) ausgebildet sind, wobei der in das Gehäuse (2) geförderte Luftmassenstrom mittels der dem als Bypass ausgebildeten Strömungspfad (16) zugeordneten Luftklappe (17) und der Temperaturklappen (9a, 9b) in die Teilluftmassenströme durch den als Bypass ausgebildeten Strömungspfad (16) und den mindestens einen in die Mischkammer (8) mündend ausgebildeten Strömungspfad (6, 7) aufteilbar ist.