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Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Klimatisierungseinrichtungen für Kraftwagen, welche insbesondere für eine Personenförderung eingesetzt werden, sind allgemein und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau hinlänglich bekannt und werden üblicherweise auch als Klimaanlagen bezeichnet. Die Klimatisierungseinrichtung dient dazu, mittels eines thermodynamischen Kreisprozesses einen Innenraum des Kraftwagens, beispielsweise eines Busses mit Elektroantrieb, bedarfsgerecht zu klimatisieren, das heißt zu erwärmen oder zu kühlen. Die Klimatisierungseinrichtung umfasst zumindest einen Kompressor, welcher zumindest ein einen Kältemittelkreislauf durchströmendes Kältemittel verdichtet und fördert.
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Insbesondere aus dem Verdichten resultieren Druckpulsationen im Kältemittel, welche ein für einen Fahrzeuginsassen und/oder eine sich im Umfeld des Kraftwagens befindende Person wahrnehmbares frequenzabhängiges Störgeräusch erzeugen, beispielsweise ein lautes Dröhnen und/oder tieffrequentes Brummen, insbesondere bei leistungsstarken Klimatisierungseinrichtungen, beispielsweise in einer Aufdachklimaanlage eines Busses. Um Druckpulsationen des Kältemittels zu dämpfen, werden insbesondere separat zum Kompressor ausgebildete Pulsationsdämpfer, sogenannte Geräuschdämpfer oder Muffler, in den Kältemittelkreislauf angeordnet.
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Die
DE 195 36 980 A1 offenbart einen Kühlmittelkompressor mit einer Dämpfungseinrichtung, die einstückig mit dem Kühlmittelkompressor ausgebildet ist und eine Ansaugpulsations-Dämpfungskammer und eine von ihr hermetisch abgesonderte Auslasspulsations-Dämpfungskammer umfasst. In der Ansaugpulsations-Dämpfungskammer werden Druckpulsationen eines gasförmigen Kühlmittels geschwächt, bevor das Kühlmittel in den Kühlmittelkompressor eingeführt und komprimiert wird, wohingegen in der Auslasspulsations-Dämpfungskammer Druckpulsationen des komprimierten Kühlmittels geschwächt werden, bevor dieses vom Kühlmittelkompressor an die Klimaanlage abgegeben wird.
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Ferner ist aus der
DE 10 2013 200 574 A1 ein Geräuschdämpfer zum Abbau von Druckpulsationen in einem Kältemittelkreislauf bekannt, welcher direkt an einen Kondensator integriert ist und in dessen Gehäuse, dessen Innenvolumen ein Speichervolumen für ein Kältemittel darstellt, zwei Öffnungen vorgesehen sind, die als Zulauf beziehungsweise als Ablauf für das Kältemittel dienen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimatisierungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sie sich besonders geräuscharm betreiben lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klimatisierungseinrichtung für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Klimatisierungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sie sich besonders geräuscharm betreiben lässt, ist es erfindungsmäßig vorgesehen, dass eine Dämpfungseinrichtung wenigstens einen ersten Pulsationsdämpfer, mittels welchem Druckpulsationen in einem ersten Frequenzbereich zu dämpfen sind, und wenigstens einen stromab des ersten Pulsationsdämpfers angeordneten zweiten Pulsationsdämpfer aufweist, mittels welchem Druckpulsationen in einem von dem ersten Frequenzbereich unterschiedlichen zweiten Frequenzbereich zu dämpfen sind. Das bedeutet, dass Druckpulsationen in einem Kältemittel frequenzselektiv, das heißt frequenzabhängig, mittels zwei aufeinanderfolgenden, das heißt stromabwärts hintereinander angeordneten, Pulsationsdämpfern gedämpft werden. Hierbei hat sich als vorteilhaft gezeigt, dass zwei spezifische Frequenzbereiche, von welchen insbesondere eine bestimmte Störwirkung, beispielsweise lautes Dröhnen und/oder tieffrequentes Brummen ausgeht, selektiv von jenem Pulsationsdämpfer, welcher auf den jeweiligen Frequenzbereich angepasst ist, reduziert werden. Vorteilhaft ist, dass bei einer reduzierten Störwirkung, welche von der Klimatisierungseinrichtung ausgeht, sich ein Beförderungskomfort für einen Fahrzeuginsassen erhöht beziehungsweise der Kraftwagen in seiner Umgebung weniger störend wahrgenommen wird.
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Die Klimatisierungseinrichtung weist den zumindest einen Kältemittelkreislauf auf, in welchem das gasförmige Kältemittel komprimiert, abgekühlt und verdichtet, gedrosselt, unter Wärmeaufnahme verdampft und anschließend wieder komprimiert wird. Üblicherweise umfasst die Klimatisierungseinrichtung den zumindest einen Kompressor, einen sogenannten Verdichter, beispielsweise einen Hubkolbenverdichter, mittels welchem kaltes, gasförmiges Kältemittel angesaugt und verdichtet wird. Das verdichtete Kältemittel strömt zu einem Kondensator, einem sogenannten Verflüssiger, an welchem das gasförmige Kältemittel mittels Abkühlen in einen flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Das flüssige Kältemittel wird an einem Expansionsorgan, beispielsweise einem Expansionsventil oder einer Drossel, gedrosselt, das heißt eine Kältemittelmenge reguliert, bevor es in einen Verdampfer eingespritzt wird. Um das flüssige Kältemittel in einen gasförmigen Aggregatzustand zu überführen, ist eine Wärmeenergie notwendig, welche beispielsweise von einem den Verdampfer umströmenden Medium, beispielsweise Umgebungsluft, entzogen wird. Dabei wird die Umgebungsluft infolge eines Wärmeübergangs von der Umgebungsluft über den Verdampfer an das Kältemittel gekühlt. Ferner umfasst die Klimatisierungseinrichtung ein Leitungssystem, in welchem das Kältemittel zirkuliert, das heißt den Kältekreislauf durchströmt. Setzt die Klimatisierungseinrichtung als Kältemittel Kohlendioxid, das heißt R744, ein, erfordert eine hohe Drucklage bei einer transkritischen Betriebsweise speziell ausgelegte Komponenten, da beispielsweise eine Arbeitstemperatur des Kältemittels oberhalb einer kritischen Temperatur keine vollständige Verflüssigung zulässt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Pulsationsdämpfer voneinander unterschiedliche Abmessungen zum Dämpfen der Druckpulsationen aufweisen. Das bedeutet, dass die Abmessungen, das heißt eine geometrische Form, des jeweiligen Pulsationsdämpfers an den jeweiligen Frequenzbereich angepasst sind, um diesen spezifischen Frequenzbereich dämpfen zu können. Eine Geometrie des Pulsationsdämpfers bewirkt, dass ein frequenzabhängiges Störgeräusch deutlich reduziert und dadurch ein Geräuschkomfort für Fahrzeuginsassen und/oder einen Anwohner einer mit dem Kraftwagen befahrenen Straße verbessert wird. Die geometrische Form wird insbesondere vom Durchmesser und/oder der Länge des Pulsationsdämpfers bestimmt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Pulsationsdämpfer als voneinander separat ausgebildete und fluidisch miteinander verbundene Komponenten ausgebildet sind. Das bedeutet, dass die Klimatisierungseinrichtung mehrere Bauelemente umfasst, die beispielsweise separat voneinander hergestellt und im Rahmen einer Herstellung der Klimatisierungseinrichtung fluidisch miteinander verbunden werden. Beispielsweise verbindet ein Leitungssystem, welches mehrere Leitungsabschnitte umfasst, die einzelnen Bauelemente der Klimatisierungseinrichtung. Hierbei strömt ein Kältemittel durch den jeweiligen Leitungsabschnitt von dem einen Bauelement zum stromabwärts angeordneten nächsten Bauelement. Das bedeutet insbesondere, dass das im Kompressor verdichtete Kältemittel vom Kompressor über den jeweiligen Leitungsabschnitt zum ersten Pulsationsdämpfer strömt. Nachdem das Kältemittel den ersten Pulsationsdämpfer durchströmt hat, wird es über jenen Leitungsabschnitt, welcher die beiden Pulsationsdämpfer verbindet, in den zweiten Pulsationsdämpfer eingeleitet. Über einen weiteren Leitungsabschnitt strömt das Kältemittel aus dem zweiten Pulsationsdämpfer zum stromabwärts angeordneten nächsten Bauelement.
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Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der jeweilige, entlang einer Strömungsrichtung von dem Kältemittel durchströmbare Pulsationsdämpfer wenigstens einen Zulauf, über welchen das Kältemittel in den jeweiligen Pulsationsdämpfer einleitbar ist, und wenigstens einen Ablauf aufweist, über welchen das Kältemittel aus dem jeweiligen Pulsationsdämpfer abführbar ist. Das bedeutet, dass das Kältemittel über den Zulauf in den jeweiligen Pulsationsdämpfer einströmt und über den Ablauf wieder aus dem jeweiligen Pulsationsdämpfer ausströmt. Der jeweilige Pulsationsdämpfer umfasst insbesondere ein zylindrisches Gehäuse, welches von zwei senkrecht auf eine rotationssymmetrische Achse des Gehäuses angeordnete Abdeckungen begrenzt ist. Jeweils eine Abdeckung umfasst den Zulauf und die weitere Abdeckung den Ablauf, wobei der Ablauf insbesondere vom Mittelpunkt nach außen versetzt angeordnet ist, das heißt der Ablauf ist entlang einer senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufenden Richtung versetzt zu dem Zulauf angeordnet. In Gebrauchslage wird der jeweilige Pulsationsdämpfer derart angeordnet, dass beispielsweise auch ein sich im Pulsationsdämpfer aufgrund einer Querschnitterweiterung gesammeltes Schmieröl einfach austreten kann, damit eine Ölansammlung vermieden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Klimatisierungseinrichtung mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Kompressor, einen ersten Pulsationsdämpfer und eine zweiten Pulsationsdämpfer umfasst, welche fluidisch miteinander verbunden sind; und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Gehäuses des jeweiligen Pulsationsdämpfers.
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In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Klimatisierungseinrichtung 10 zum Klimatisieren eines nicht dargestellten Innenraums eines Kraftwagens, beispielsweise eines Busses mit Elektroantrieb. Vorliegend weist die Klimatisierungseinrichtung 10, die beispielsweise als Aufdachklimaanlage ausgeführt sein kann, einen schematisch angedeuteten Kühlmittelkreislauf 12 auf, welcher von einem Kühlmittel 14 durchströmt wird. Der Kühlmittelkreislauf 12 umfasst einen Kompressor 16, welcher das Kältemittel 14 verdichtet und fördert.
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Der Kompressor 16 ist beispielsweise als elektrischer Kompressor ausgeführt und das Kältemittel 14 wird beispielsweise Kohlendioxid (CO2) eingesetzt.
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Des Weiteren umfasst der Kältemittelkreislauf eine Dämpfungseinrichtung 18 zum Dämpfen von Druckpulsationen des Kältemittels 14, die insbesondere im Zuge eines Verdichtens des Kältemittels 14 durch den Kompressor 16 auftreten. Die Dämpfungseinrichtung 18 ist vom Kompressor 16 separat ausgebildet, das heißt gefertigt, und weist wenigstens einen ersten Pulsationsdämpfer 20 und einen stromab des ersten Pulsationsdämpfers 20 angeordneten zweiten Pulsationsdämpfer 22 auf. Der Kompressor 16, die beiden Pulsationsdämpfer 20, 22 und weitere, nicht dargestellte Komponenten des Kältemittelkreislaufes 12, beispielsweise ein Kondensator, ein Expansionsorgan und ein Verdampfer, sind fluidisch miteinander mittels eines Leitungssystems 24 verbunden.
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In 2 ist ein jeweiliger Pulsationsdämpfer 20, 22, mit einem Gehäuse 26 gezeigt, das als rotationssymmetrischer Hohlzylinder mit einem runden Querschnitt ausgebildet ist und an welchem beidseitig eine ebene Abdeckung 28, 29 senkrecht zu einer Rotationsachse des Gehäuses 26 angeordnet ist. Eine Rotationsachse A des Gehäuses 26, welche durch eine Strichpunktlinie dargestellt ist, verläuft parallel zu einer mit einem Pfeil angedeuteten Strömungsrichtung 30 des Kältemittels 14. Das Gehäuse 26 umfasst einen Innenraum, in welchem das Kältemittel 14 aufgenommen werden kann. Eine Längserstreckung 32 entlang der Strömungsrichtung 30 und ein Durchmesser 34, welcher senkrecht zur Strömungsrichtung 30 verläuft, bestimmen eine Abmessung des Gehäuses 26 des jeweiligen Pulsationsdämpfers 20, 22. Über einen Zulauf 36, welcher in der in 2 gezeigten Darstellung mittig an der einen Abdeckung 28 angeordnet ist, kann das Kältemittel 14 in den jeweiligen Pulsationsdämpfer 20, 22 eingeleitet werden. Über einen Ablauf 38 auf der anderen Abdeckung 29, welcher in 2 entlang einer senkrecht zur Strömungsrichtung 30 verlaufenden Richtung versetzt zum Zulauf 36 angeordnet ist, kann das Kältemittel 14 aus dem jeweiligen Pulsationsdämpfer 20, 22 abgeführt werden. In Gebrauchslage sind beide Pulsationsdämpfer 20, 22 so angeordnet, dass über den Ablauf 38 ein Schmieröl einfach austreten kann, das sich beispielsweise aufgrund einer Querschnittserweiterung vom Zulauf 36 zum Gehäuse 26 stromabwärts im Gehäuse 26 des jeweiligen Pulsationsdämpfer 20, 22 ansammeln kann.
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Da ein bestimmter Frequenzbereich, der aus derartigen Druckpulsationen resultiert, ein charakteristisches Störgeräusch verursacht, das beispielsweise von einem Fahrzeuginsassen und/oder einem Anwohner einer mit dem Kraftfahrzeug befahrenen Straße wahrgenommen wird, ist eine Anpassung der Dämpfungseinrichtung 18 und insbesondere der jeweiligen Pulsationsdämpfer 20, 22 notwendig. Beispielsweise resultiert ein erster Frequenzbereich F1, welcher einen Drehzahlbereich von 1600 rpm bis 4000 rpm und insbesondere von 2000 rpm bis 3600 rpm umfasst, erfahrungsgemäß in einem lauten Dröhnen. Ein zweiter Frequenzbereich F2, welcher den Drehzahlbereich von 750 rpm bis 1600 rpm und insbesondere von 1000 rpm und 1400 umfasst, verursacht ein tieffrequentes Brummen, das insbesondere im Innenraum des Kraftwagens wahrgenommen wird.
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Die Abmessungen des jeweiligen Pulsationsdämpfers 20, 22 werden über eine Variation der Längserstreckung 32 und dem Durchmesser 34 an den jeweiligen Frequenzbereich F1, F2 angepasst. Erfahrungsgemäß sind folgende Abmessungen des Gehäuses 26 für den jeweiligen Frequenzbereich F1, F2 vorteilhaft:
- - Erster Frequenzbereich F2:
- - Längserstreckung 32 zwischen 300 mm und 400 mm, insbesondere 345 mm bis 355 mm, und
- - Durchmesser 34 zwischen 35 mm und 55 mm, insbesondere 40 mm bis 50 mm.
- - Zweiter Frequenzbereich F2:
- - Längserstreckung 32 zwischen 100 mm und 150 mm, insbesondere 125 mm bis 130 mm, und
- - Durchmesser 34 zwischen 55 mm und 75 mm, insbesondere 60 mm bis 70 mm.
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Der Zulauf 36 beziehungsweise der Ablauf 38 beider Pulsationsdämpfer 20, 22 weist vorzugsweise einen Durchmesser 40 zwischen 10 mm und 15 mm, insbesondere von 12 mm, auf.
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Durch den jeweiligen Pulsationsdämpfer 20, 22 kann der ihm zugeordnete Frequenzbereich F1, F2 derart gedämpft werden, dass ein resultierendes Störgeräusch reduziert wird. Des Weiteren steigt ein Geräuschpegel bei ansteigender Frequenz kontinuierlich an und weist keine Pegelsprünge mehr auf, die subjektiv als besonders unangenehm wahrgenommen werden.
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Vorliegend ist in Strömungsrichtung 30 der erste Pulsationsdämpfer 20 vor dem zweiten Pulsationsdämpfer 22 angeordnet. Denkbar ist auch eine Anordnung, bei welcher eine Position der beiden Pulsationsdämpfer 20, 22 vertauscht wird, das heißt der zweite Pulsationsdämpfer 20 in Strömungsrichtung 30 vor dem ersten Pulsationsdämpfer 22 angeordnet ist.
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Vorteilhaft ist, dass durch eine frequenzselektive Auslegung der Pulsationsdämpfer eine bauraum- und kostenoptimierte Geräuschdämpfung realisiert wird, welche insbesondere auch das eingesetzte Kältemittel 14 und/oder einen Druck des Kältemittels 14 berücksichtigt. Eine zusätzliche Dämpfung der Druckpulsationen kann beispielsweise durch eine weichere, das heißt elastische, Lagerung des Kompressors 16, erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Klimatisierungseinrichtung
- 12
- Kältemittelkreislauf
- 14
- Kühlmittel
- 16
- Kompressor
- 18
- Dämpfungseinrichtung
- 20
- Pulsationsdämpfer
- 22
- Pulsationsdämpfer
- 24
- Leitungssystem
- 26
- Gehäuse
- 28
- Abdeckung
- 29
- Abdeckung
- 30
- Strömungsrichtung
- 32
- Längserstreckung
- 34
- Durchmesser
- 36
- Zulauf
- 38
- Ablauf
- 40
- Durchmesser
- A
- Rotationsachse
- F1
- Frequenzbereich
- F2
- Frequenzbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19536980 A1 [0004]
- DE 102013200574 A1 [0005]
