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Es werden ein Koppelelement und ein Luftausströmer mit mindestens einem Koppelelement und einer Gruppe von Luftleitelementen beschrieben.
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Koppelelemente werden bei Luftausströmern von Kraftfahrzeugen verwendet, um mehrere Luftleitelemente miteinander zu koppeln, damit das Verschwenken eines Luftleitelements automatisch ein synchrones Verschwenken der anderen Luftleitelemente bewirkt. Die Luftleitelemente sind dazu um parallel verlaufende Schwenkachsen an einem Gehäuse des Luftausströmers gelagert. Solche Luftleitelemente werden auch als Lamellen bezeichnet.
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In der Regel werden Koppelelemente aus Metall verwendet, da diese sich leicht herstellen lassen und einen sicheren Betrieb über einen weiten Temperaturbereich ermöglichen.
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Probleme treten jedoch im Hinblick auf die Verbindung mit den Luftleitelementen auf, da das Metall die Verbindungsstellen der Luftleitelemente beschädigt. Hierbei arbeitet sich bspw. das Metall im Bereich einer Lageröffnung des Koppelelements in den Kunststoff einer Lamelle, bspw. einer Lagerstelle mit einem Koppelstift. Neben einer möglichen Zerstörung der Lamelle kommt es zu einem Bedienkraftabfall beim Verstellen der Lamellen.
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Da die Koppelelemente über den Luftausströmer mit dem Fahrgastraum verbunden sind, sind die Koppelelemente stets Feuchtigkeit ausgesetzt, was zu Korrosion an den Koppelelementen führt. Über einen Luftausströmer wird zudem Luft mit verschiedenen Temperaturen ausgeben, was eine Beanspruchung der Koppelelemente aus Metall vor allem im Hinblick auf Korrosion verstärkt.
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Aus diesem Grund werden Koppelelemente häufig beschichtet und lackiert. Eine Lackierung von Koppelelementen in der Farbe der Lamellen und eines Luftausströmergehäuses ist für Koppelelemente aus Metall auch deshalb erforderlich, damit diese von außen nicht sichtbar sind.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Koppelelemente bekannt, die aus Kunststoff bestehen. So offenbart bspw.
DE 10 2014 105 359 A1 eine Einrichtung zum Steuern von ausströmender Luft aus einem Luftausströmer mit zwei Koppelstangen, die wie die anderen Bestandteile des Luftausströmers aus einem Kunststoff bestehen können.
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Koppelelemente aus Kunststoff weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie sich leicht verformen lassen. Vor allem im Hinblick auf ein häufiges Verstellen von Luftleitelementen muss sichergestellt werden, dass es nicht zu einem Blockieren der Luftleitelemente kommt, weil das Koppelelement aus Kunststoff eine geringere Festigkeit gegenüber Koppelelementen aus Metall aufweist und deshalb bricht oder sich verformt.
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Daher werden in der Regel Koppelelemente aus Metall verwendet, welche zusätzlich lackiert werden müssen, damit sie vor Umwelteinflüssen geschützt und über den Luftausströmer nicht sichtbar sind. Zudem müssen die Lagerstellen von Koppelelementen aus Metall mit einer Schmierung versehen werden, um eine Zerstörung von Lamellen zu verhindern. Problematisch hierbei ist, dass die Schmierung im Lauf der Zeit abgetragen wird. In Abhängigkeit des Alters der Koppelelemente und der Bedienhäufigkeit sind daher eine Zerstörung von Komponenten des Luftausströmers und ein Bedienkraftabfall sehr wahrscheinlich.
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Es ist daher Aufgabe ein Koppelelement und einen Luftausströmer mit einem Koppelelement anzugeben, wobei das Koppelelement eine hohe Festigkeit aufweist, keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte erforderlich sind, eine Zerstörung von Luftleitelementen und anderen Bestandteilen eines Luftausströmers verhindert und ein sicherer Betrieb mit im Wesentlichen gleichbleibenden Bedienkräften zum Verstellen von Luftleitelementen über einen langen Zeitraum sichergestellt wird.
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Die Aufgabe wird durch ein Koppelelement mit den in Anspruch 1 angegeben technischen Merkmalen und durch einen Luftausströmer mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
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Ein die vorstehend genannte Aufgabe lösendes Koppelelement zum Verbinden von Luftleitelementen eines Luftausströmers besteht aus Kunststoff und weist zusätzlich Verstärkungselemente auf, die in dem Kunststoff eingebracht sind.
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Die Verstärkungselemente können Kohlenstoff-Fasern sein. In alternativen Ausführungsformen können die Verstärkungselemente auch Glasfasern sein.
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Über die Verstärkungselemente in dem Kunststoff kann ein Koppelelement eine sehr hohe Festigkeit aufweisen. Die hohe Festigkeit des Koppelelementes ermöglicht neben einer sicheren Übertragung von Bedienkräften beim Verschwenken von Luftleitelementen über einen langen Zeitraum hinweg, eine zerstörungsfreie Lagerung von Koppelzapfen eines Luftleitelementes in den entsprechenden Aufnahmen oder Öffnungen des Koppelelements. Bei Koppelelementen aus dem Stand der Technik, die nur aus Kunststoff bestehen, kann es neben einem Verschleiß in den Lagerstellen des Koppelelementes auch zu einer Beschädigung von Koppelzapfen der Luftleitelemente kommen. Aufgrund der Ausbildung der Koppelelemente mit Verstärkungselementen wie Kohlenstoff- oder Glasfasern sind auch die Aufnahmeöffnungen stabil ausgebildet, ohne jedoch ein Einschneiden zu bewirken, wie dies bei Koppelelementen aus Metall geschieht.
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Ferner sind derartige Koppelelemente besonders leicht und können durch entsprechende Zusätze in dem Kunststoff während der Herstellung der Koppelelemente beliebige Farben annehmen. Daher ist ein nachträgliches Lackieren nicht mehr erforderlich. Ein Schutzlack oder eine andere Beschichtung ist auch nicht erforderlich, da die Koppelelemente nicht korrodieren können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Koppelelemente in den Lagerstellen zur Aufnahme von Koppelzapfen von Luftleitelementen nicht geschmiert oder geölt werden müssen.
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Weiterhin ist vorteilhaft zu nennen, dass aufgrund der sicheren Lagerung von Koppelzapfen in den Lagerstellen der Koppelelemente aus Kunststoff mit Verstärkungselementen keine Änderung der Bedienkräfte beim Verschwenken der Luftleitelemente über einen langen Zeitraum auftritt, da es zu keinem „Einschneiden“ wie bei Koppelelementen aus Metall kommt.
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Das Koppelelement kann hierzu eine Vielzahl von Lagerstellen zur schwenkbeweglichen Aufnahme von Verbindungselementen, wie beispielsweise Koppelzapfen, der Luftleitelemente aufweisen, wobei die Lagerstellen durch eine nachträgliche Bearbeitung eines Koppelelementrohlings oder während der Herstellung des Koppelelementes gebildet worden sind. Werden die Lagerstellen nachträglich in einen Koppelelementrohling eingebracht, so kann beispielsweise ein Bohren oder anderweitiges Entfernen von Bereichen des Koppelelementes durchgeführt werden. Es kann dabei zu einem Durchtrennen von Glas- oder Kohlenstofffasern kommen. Werden die Lagerstellen während der Herstellung des Koppelelementes gebildet, so können sich auch die Glas- oder Kohlenstoff-Fasern um Verbindungsstellen oder andere Kanten der Koppelelemente anlegen.
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Die Koppelelemente können in weiteren Ausführungsformen durch Spritzgießen hergestellt sein, wobei die Verstärkungselemente in den Kunststoff vor dem Spritzgießen oder während dem Spritzgießen eingebracht worden sind. Während dem Spritzgießen einbringen bedeutet, dass beispielsweise Kohlenstoff- oder Glasfasern mit dem Kunststoff vermengt sind und über eine Düse in eine Kavität bzw. Spritzgussform eingespritzt werden. Während dem Spritzgießen können die Glas- oder Kohlenstofffasern beispielsweise durch einen Schichtaufbau eingebracht werden, wobei zuerst eine Schicht aus Kunststoff in eine Form eingespritzt wird und anschließend, solange der Kunststoff noch flüssig ist, die Fasern eingebracht werden und danach wiederrum mindestens wieder eine Kunststoffschicht auf die Fasern aufgebracht wird. Bei dem Verfahren kann beispielsweise das Einbringen von Fasern durch einen Kunststoff mit einem bestimmten Faseranteil durchgeführt werden.
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Es bestehen daher zwei Möglichkeiten zur Herstellung der Koppelelemente, wobei entweder ein Kunststoff mit einem Faseranteil allein zur Herstellung der Koppelelemente verwendet wird oder ein Kunststoff mit einem Faseranteil auf oder zwischen Bereiche des Koppelelementes aufgebracht wird, die aus einem Kunststoff ohne Faserelemente bestehen.
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Die Kohlenstoff-Fasern oder die Glasfasern können insbesondere eine Länge zwischen 1 und 24 Millimetern aufweisen. Je geringer die Länge der Kohlenstoff-Fasern oder der Glasfasern ist, desto besser kann eine Durchmischung erfolgen. Jedoch nimmt die Festigkeit der Koppelelemente mit der Länge der verwendeten Fasern zu.
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Als Kunststoffe können sämtliche Kunststoffe verwendet werden, die mit Verstärkungselementen aus Glas- oder Kohlenstofffasern versehen werden können und die geforderten Eigenschaften, wie bspw. höhere Festigkeit als reine Kunststoff-Koppelstangen, aufweisen. Bspw. können als Kunststoffe flüssigkristalline Polymere verwendet werden. Bspw. kann Polyarylamid (PAA) verwendet werden.
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Ein mit Kohlenstofffasern verstärkter Kunststoff kann bspw. folgende mechanische Eigenschaften aufweisen:
| Mechan. Eigenschaften | Wert | Einheit Test | Standard |
| Zug-Modul | 23500 | N/mm2 | ISO 527-1/-2 |
| Bruchspannung | 149 | N/mm2 | ISO 527-1/-2 |
| Bruchdehnung | 1.1 | % | ISO 527-1/-2 |
| Zug-Kriechmodul (1h) | 19600 | N/mm2 | ISO 899-1 |
| Zug-Kriechmodul (1000h) | 15800 | N/mm2 | ISO 899-1 |
| Charpy-Schlagzähigkeit (23°C) | 13 | kJ/m2 | ISO 179/1eU |
| Charpy-Kerbschlagzähigkeit (23°C) | 7 | kJ/m2 | ISO 179/1eA |
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Die Aufgabe wird ebenfalls durch einen Luftausströmer gelöst, der mindestens eine Gruppe von Luftleitelementen aufweist, die über mindestens ein Koppelelement miteinander verbunden sind, wobei das mindestens eine Koppelelement aus Kunststoff besteht und Verstärkungselemente aufweist.
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Dabei können die Verstärkungselemente Kohlenstoff-Fasern sein. In weiteren Ausführungsformen können die Verstärkungselemente auch Glasfasern sein. So kann ein Luftausströmer in Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaften der Koppelelemente sowohl mindestens ein Koppelelement mit Verstärkungselementen aus Kohlenstoff-Fasern und mindestens ein Koppelelement mit Verstärkungselementen aus Glasfasern aufweisen.
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Ein Luftausströmer mit mindestens einem Koppelelement mit Verstärkungselementen zeichnet sich dadurch aus, dass keine Schmierung oder Ölung der Koppelemente sowie deren korrespondierenden Lagerstellen der Luftleitelemente erforderlich sind. Es wird über einen langen Zeitraum eine hohe Bediensicherheit bereitgestellt, wobei keine Zerstörung im Verbindungsbereich zwischen Koppelelemente und Luftleitelemente auftritt, wodurch ein Bedienkräfteabfall wie bei Koppelelementen aus Metall verhindert wird. Zudem sind Koppelelemente aus Kunststoff mit Verstärkungselementen aus Kohlenstoff-Fasern oder Glasfasern korrosionsbeständig. Es kann daher auf ein Lackieren der Koppelemente verzichtet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale sowie Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Lamellenanordnung mit Koppelelementen;
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2 eine weitere perspektivische Rückansicht der Lamellenanordnung von 1; und
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3 eine schematische Darstellung eines Koppelelementes.
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In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Teile entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anders angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Lamellenanordnung 10, die in einem Gehäuse eines Luftausströmers angeordnet ist. Das Gehäuse des Luftausströmers sowie ein Armaturenbrett oder andere Verkleidungsteile eines Kraftfahrzeugs, in welchen der Luftausströmer angeordnet ist, sind in den 1 und 2 nicht dargestellt.
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Die Lamellenanordnung 10 weist eine Steuerlamelle 12 und parallel dazu angeordnete Lamellen 14 auf. Die Lamellen 14 sowie die Steuerlamelle 12 sind über Lagerzapfen 16 verschwenkbar im Gehäuse gelagert. Die Lamellenanordnung 10 weist ferner eine Steuerlamelle 40 und parallel dazu angeordnete Lamellen 42 auf. Die Steuerlamelle 40 und die Lamellen 42 sind über in den Figuren nicht dargestellte Lagerzapfen in Öffnungen 50 von Lagerleisten 44 angeordnet. Die Lagerleisten 44 sind mit dem Gehäuse des Luftausströmers verbunden.
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An der Steuerlamelle 12 ist eine Verstelleinrichtung 32 angeordnet, die entlang der Steuerlamelle 12 zum Verschwenken der Steuerlamelle 40 verschoben werden kann. Wenn die Steuerlamelle 40 verschwenkt wird, erfolgt ein synchrones Verschwenken der Lamellen 42. Wird die Steuerlamelle 12 über die Verstelleinrichtung 32 nach oben oder unten verschwenkt, so erfolgt ebenso ein Verschwenken der anderen parallel verlaufenden Lamellen 14.
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Für das synchrone Verschwenken sind die Steuerlamelle 40 und die Lamellen 42 sowie die Steuerlamelle 12 und die Lamellen 14 über Koppelelemente 22 und 48 miteinander verbunden. Die Lamellen 14 und die Steuerlamelle 12 weisen Verbindungsansätze 18 auf. An den Verbindungsansätzen 18 sind Koppelzapfen 20 angeordnet. Die Koppelzapfen 20 sind in Öffnungen 24 und Aufnahmen 26 des Koppelelementes 22 aufgenommen.
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Koppelzapfen 46 der Lamellen 42 und der Steuerlamelle 40 sind in Öffnungen des Koppelelementes 48 aufgenommen. Werden die Steuerlamelle 12 und die Steuerlamelle 40 verschwenkt, so erfolgt ein synchrones Verschwenken der parallel dazu verlaufenden Lamellen 14 bzw. 42 aufgrund der Kopplung über die Koppelelemente 22 und 48.
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2 zeigt eine Rückansicht der Lamellenanordnung 10 von 1. Aus dieser Darstellung sind die Ausbildung der Verbindungsansätze 18 und die Anordnung des Koppelelementes 22 ersichtlich. Insbesondere weist die Steuerlamelle 12 einen Verbindungsansatz 18 auf, der an seinem abgewandten Ende einen Anschlag 30 aufweist. Der Anschlag 30 stößt beim Verschwenken der Lamellen 12 und 14 an Begrenzungen 28 des Koppelelementes 22 an. Die so ausgebildeten Begrenzungen 28 verhindern dabei zusätzlich, dass die Steuerlamelle 12 und damit die Lamellen 14 über ein bestimmtes Maß hinaus verschwenkt werden können.
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Vorteilhafterweise kann über ein Koppelelement 22 mit Begrenzungen 28 auf konstruktive Begrenzungselemente im Gehäuse des Luftausströmers verzichtet werden. In der Regel werden bei Luftausströmern aus dem Stand der Technik Begrenzungselemente im Gehäuse ausgebildet. Begrenzungselemente werden bspw. durch Anschläge oder Stifte gebildet. Die Anordnung von Begrenzungselementen im Gehäuse weist bspw. den Nachteil auf, dass der Einbau von Komponenten des Luftausströmers in das Gehäuse deutlich schwieriger ist, weil die Begrenzungselemente in einen Luftkanal ragen, der durch das Gehäuse definiert ist. Je einfacher das Gehäuse ausgebildet ist, desto einfacher ist das Einsetzen von Komponenten wie Lamellen des Luftausströmers in das Gehäuse. Die Begrenzungselemente werden stattdessen durch eine konstruktive Ausgestaltung eines Koppelelementes 22 erreicht, so wie es in 3 beispielhaft gezeigt ist. Ein so ausgebildetes Koppelelement 22 ermöglicht es die Kosten zur Herstellung von Luftausströmern zu reduzieren, da auf Begrenzungselemente im Gehäuse verzichtet werden kann. Zudem wirkt sich dies positiv auf die Kosten für die Montage des Luftausströmers aus, da keine Begrenzungselemente in den Luftkanal ragen und das Einsetzen von Komponenten erschweren und/oder behindern.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Koppelelementes 22. Das Koppelelement 22 weist drei Öffnungen 24 und zwei Aufnahmen 26 auf. Die Ausbildung der Öffnungen 24 und der Aufnahmen 26 resultiert unter anderem aus der versetzten und gegenüberliegend ausgerichteten Anordnung der jeweiligen Verbindungsansätze 18 und Koppelzapfen 20 der Steuerlamelle 12 und der Lamellen 14.
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Das Koppelelement 22 und das Koppelelement 48 bestehen aus einem Kunststoff und weisen Verstärkungselemente auf. Die Verstärkungselemente können beispielsweise Kunststoff-Fasern oder Glasfasern sein. Insbesondere weist der Kunststoff der Koppelelemente 22 und 48 einen Kohlenstoff-Faseranteil von 30 % auf.
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Als Kunststoffe können sämtliche Kunststoffe verwendet werden, die mit Verstärkungselementen aus Glas- oder Kohlenstofffasern versehen werden können und die geforderten Eigenschaften, wie bspw. höhere Festigkeit als reine Kunststoff- Koppelstangen, aufweisen. Bspw. können als Kunststoffe flüssigkristalline Polymere verwendet werden. Bspw. kann Polyarylamid (PAA) verwendet werden.
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Ein mit Kohlenstofffasern verstärkter Kunststoff kann bspw. folgende mechanische Eigenschaften aufweisen:
| Mechan. Eigenschaften | Wert | Einheit | Test Standard |
| Zug-Modul | 23500 | N/mm2 | ISO 527-1/-2 |
| Bruchspannung | 149 | N/mm2 | ISO 527-1/-2 |
| Bruchdehnung | 1.1 | % | ISO 527-1/-2 |
| Zug-Kriechmodul (1h) | 19600 | N/mm2 | ISO 899-1 |
| Zug-Kriechmodul (1000h) | 15800 | N/mm2 | ISO 899-1 |
| Charpy-Schlagzähigkeit (23°C) | 13 | kJ/m2 | ISO 179/1eU |
| Charpy-Kerbschlagzähigkeit (23°C) | 7 | kJ/m2 | ISO 179/1eA |
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Derartige Koppelelemente 22 und 48 weisen ein geringes Gewicht bei hoher Festigkeit auf. Zudem kann auf zusätzliche Lager verzichtet werden, da es zu keinem Einschneiden der Öffnungen 24 und Aufnahmen 26 in den Verbindungsstellen mit den Lamellen 14 und der Steuerlamelle 12 sowie den Lamellen 42 und der Steuerlamelle 40 kommt. Ferner kann auf eine Schmierung mit der Lagerstelle verzichtet werden. Darüber hinaus eigenen sich die Koppelelemente 22 und 48 insbesondere beim Einsatz für Luftausströmer, da diese nicht korrodieren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass über entsprechende Zusätze beim Spritzgussprozess zur Herstellung der Koppelelemente 22 und 48 die Farbe der Koppelelemente bestimmt werden kann. Es ist daher nicht notwendig, die Koppelelemente 22 und 48 nachträglich zu lackieren, damit diese aus einem Luftausströmer von außen nicht sichtbar sind, so wie dies beispielsweise bei Koppelementen aus Metall erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lamellenanordnung
- 12
- Steuerlamelle
- 14
- Lamelle
- 16
- Lagerzapfen
- 18
- Verbindungsansatz
- 20
- Koppelzapfen
- 22
- Koppelelement
- 24
- Öffnung
- 26
- Aufnahme
- 28
- Begrenzung
- 30
- Anschlag
- 32
- Verstelleinrichtung
- 40
- Steuerlamelle
- 42
- Lamelle
- 44
- Lagerleiste
- 46
- Koppelzapfen
- 48
- Koppelelement
- 50
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014105359 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 527-1/-2 [0022]
- ISO 527-1/-2 [0022]
- ISO 527-1/-2 [0022]
- ISO 899-1 [0022]
- ISO 899-1 [0022]
- ISO 179/1eU [0022]
- ISO 179/1eA [0022]
- ISO 527-1/-2 [0042]
- ISO 527-1/-2 [0042]
- ISO 527-1/-2 [0042]
- ISO 899-1 [0042]
- ISO 899-1 [0042]
- ISO 179/1eU [0042]
- ISO 179/1eA [0042]
