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Die Erfindung betrifft ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Gebläsevorrichtung zum Fördern von Luft; wenigstens einer Wärmetauschervorrichtung, die stromabwärts der Gebläsevorrichtung angeordnet ist, zum Kühlen oder/und Erwärmen der Luft; einem Gehäuse, in dem die Gebläsevorrichtung und die Wärmetauschervorrichtung untergebracht sind, wobei das Gehäuse eine zur Umgebung hin dichte Gehäusewandung aufweist, die einen Luftführungskanal für die von der Gebläsevorrichtung geförderte Luft bildet, und mit wenigstens einem entlang der Gehäusewandung angeordneten Schalldämpfungselement mit einer dem Luftführungskanal zugewandten Innenseite und einer der Gehäusewandung zugewandten Außenseite.
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Die
DE 10 2006 057 823 A1 offenbart ein schallgedämpftes, gasführendes Bauteil insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage und/oder eines Kraftfahrzeug-Belüftungssystems mit einem gasdurchlässigem Absorbermaterial.
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Die
DE 20 2010 016 053 U1 offenbart eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit einer an einer Umlufteinlassöffnung angeordneten Umluftklappe.
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Aus der
DE 102 609 32 A1 ist eine schalltechnische Öffnung der Gehäusewandung eines Klimageräts bekannt, was durch poröse Materialien oder perforierte Materialien erreicht wird, so dass neben dem Austritt von Schallenergie auch in einem bestimmten Ausmaß ein Austritt von Luft aus dem Klimagerät im Bereich von schallgedämmten Abschnitten ermöglicht ist.
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Der Einsatz von porösen Materialien, wie etwa Schäumen, Vliesen oder Filzen in einem Klimagerät bzw. einem Belüftungssystem birgt Risiken bezüglich der Luftreinhaltung, im Hinblick auf Geruchsemissionen und bezüglich der Brennbarkeit. Entsprechend ist die Auswahl an akustisch wirksamen Materialien beschränkt, was auch zu erhöhten Kosten bei der Herstellung von Klimageräten führt.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Klimagerät mit wenigstens einem Schalldämpfungselement anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Klimagerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein Klimagerät für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Gebläsevorrichtung zum Fördern von Luft; wenigstens einer Wärmetauschervorrichtung, die stromabwärts der Gebläsevorrichtung angeordnet ist, zum Kühlen oder/und Erwärmen der Luft; einem Gehäuse, in dem die Gebläsevorrichtung und die Wärmetauschervorrichtung untergebracht sind, wobei das Gehäuse eine zur Umgebung hin dichte Gehäusewandung aufweist, die einen Luftführungskanal für die von der Gebläsevorrichtung geförderte Luft bildet, und mit wenigstens einem entlang der Gehäusewandung angeordneten Schalldämpfungselement mit einer dem Luftführungskanal zugewandten Innenseite und einer der Gehäusewandung zugewandten Außenseite. Dabei ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Schalldämpfungselement plattenartig ausgebildet ist, mit mehreren Perforationsöffnungen im Submillimeterbereich versehen ist und mit einem Abstand zur Gehäusewandung angeordnet ist, so dass zwischen der Außenseite des Schalldämpfungselements und der dichten Gehäusewandung ein von dem Luftführungskanal abgewandtes Luftvolumen gebildet ist.
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Durch die Verwendung eines plattenartig ausgebildeten Schalldämpfungselements können bislang eingesetzte schalldämpfende Materialien, wie Schäume, Vlies oder Filze kostengünstig ersetzt werden. Durch die Kombination des perforierten, insbesondere mikroperforierten Schalldämpfungselement mit dem vom Luftführungskanal gesonderten Luftvolumen kann eine breitbandig wirksame Schallabsorption erreicht werden, so dass solche Schalldämpfungselemente für einen weiten Frequenzbereich einsetzbar sind.
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Unter dem Begriff plattenartig wird im Rahmen dieser Anmeldung ein flächig ausgebildetes Schalldämpfungselement verstanden, dessen Länge und Breite deutlich größer sind als dessen Dicke bzw. Höhe. Während die Länge und Breite im Bereich von mehreren Zentimetern liegen können, kann die Dicke bzw. Höhe im Subzentimeterbereich liegen, insbesondere nur wenige Millimeter betragen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass durch den Begriff plattenartig nicht einschränkend impliziert sein soll, dass das Schalldämpfungselement zwingend eben ausgeführt sein muss. Das Schalldämpfungselement kann auch gebogen bzw. gekrümmt ausgebildet sein, beispielsweise mit einer zum Luftführungskanal hin konvexen oder konkaven Krümmung.
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Die Größenordnung der Perforationsöffnungen liegt im Submillimeterbereich und kann sich nach den Dimensionen der akustischen Grenzschicht richten, in der die viskose Reibung stattfindet, die wiederum den Mechanismus der Schallabsorption darstellt. Je kleiner die Perforationsöffnungen sind, desto höher ist die zu eliminierende Frequenz.
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Das Schalldämpfungselement kann aus einem Kunststoff oder einem Metall hergestellt sein. Insbesondere kann das Schalldämpfungselement aus dem gleichen Material hergestellt sein wie die Gehäusewandung. Ein mikroperforiertes Schaldämpfungselement aus einem Kunststoff oder einem Metall kann wesentlich günstiger hergestellt und in ein Klimagerät eingebaut werden als die herkömmlichen Schäume, Vliese oder Filze. Ferner hat der Einsatz von plattenartigen Kunststoffen oder Metallen (Blechen) den Vorteil, dass diese Materialien hinsichtlich hygienischer Anforderungen oder/und Anforderungen hinsichtlich des Brennverhaltens ohne weitere Prüfung einsetzbar sind.
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Das aus Kunststoff hergestellte Schalldämpfungselement kann aus einem Kunststoff hergestellt sein, dem wenigstens ein wärmeleitfähiges Additiv beigemengt ist. Ein wärmeleitfähiges Additiv im Kunststoff erhöht die Wirksamkeit der Schalldämpfung, da die Reibungswärme, die durch die an den Perforationsöffnungen hindurch tretenden Schallwellen entsteht, abgeleitet werden kann.
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Das Schalldämpfungselement kann in einem Bereich stromabwärts der Gebläsevorrichtung und stromaufwärts eines ersten Wärmetauschers angeordnet sein. Insbesondere kann das Schalldämpfungselement in einem Diffusorbereich angeordnet sein, in dem die von der Gebläsevorrichtung gefördete Luft auf die gesamte wirksame Fläche des Wärmetauschers verteilt wird. In einem solchen Diffusorabschnitt eines Klimageräts liegt üblicherweise eine Luftströmung mit geringen Turbulenzen vor, was für die Schalldämpfung von Vorteil ist.
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Die Gehäusewandung kann im Bereich des Schalldämpfungselements nach außen vorspringend ausgebildet sein. Anders ausgedrückt ist in der Gehäusewandung eine Art Aufnahme ausgebildet, die durch das Schalldämpfungselement von dem Luftführungskanal getrennt wird, wobei die Aufnahme nicht mit einem schallabsorbierenden strukturellen Bauteil gefüllt ist, sondern nur das von dem Luftführungskanal abgewandte Luftvolumen umgibt.
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Entlang eines Gehäusewandungsabschnitts können von innen nach außen mehrere Schalldämpfungselemente hintereinander angeordnet sein, wobei zwischen zwei benachbarten Schalldämpfungselementen ein jeweiliges von dem Luftführungskanal abgewandtes Luftvolumen gebildet ist. Anders ausgedrückt kann auch davon gesprochen werden, dass mehrere Schalldämpfungselemente strukturell im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Dabei kann bei beispielsweise zwei Schalldämpfungselementen zwischen einem ersten Schalldämpfungselement und einem zweiten Schalldämpfungselement ein erstes Luftvolumen vorgesehen sein und zwischen dem zweiten Schalldämpfungselement und der Gehäusewandung ein zweiten Luftvolumen.
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Durch das vorsehen von mehreren Schalldämpfungselementen hintereinander von innen nach außen kann die Schalldämpfung weiter beeinflusst bzw. verbessert werden.
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Die Perforationsöffnungen von benachbarten Schalldämpfungselementen können gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Dabei kann die Größe von Perforationsöffnungen so gewählt werden, dass beispielsweise verschiedene Schalldämpfungselemente auf unterschiedliche Frequenzbereich des zu dämpfenden Schalls abgestimmt sind.
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Denkbar ist auch, dass die in einem Schalldämpfungselement enthaltenen Perforationöffnungen gleich groß oder unterschiedlich groß ausgebildet sind, so dass die Ausgestaltung eines Schalldämpfungselements auf verschiedene Frequenzbereiche abgestimmt werden kann.
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Bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung von Luft können mehrere Schalldämpfungselemente entlang der Gehäusewandung nacheinander angeordnet sein. Beispielsweise können vor und nach einem ersten Wärmetauscher Schalldämpfungselemente vorgesehen sein. Hierdurch kann an unterschiedlichen Stellen des Klimageräts Einfluss auf die Schalldämpfung genommen werden. Insbesondere kann die Schalldämpfung entlang der Hauptströmungsrichtung von Luft in dem gesamten Klimagerät optimiert werden. Dabei kann auch daran gedacht werden, dass in Hauptströmungsrichtung nacheinander angeordnete Schalldämpfungselemente gleich große oder unterschiedlich große Perforationsöffnungen aufweisen, wie dies oben bereits beschrieben worden ist.
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Die Schalldämpfungselemente können stoffschlüssig oder/und formschlüssig mit der Gehäusewandung verbunden sein.
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Die Perforationsöffnungen können eine Geometrie, insbesondere einen Öffnungsquerschnitt aufweisen, bei der wenigstens eine Dimension, wie insbesondere Länge oder/und Breite der Perforationsöffnung, in der Größenordnung der akustischen Grenzschicht liegt.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Klimagerät gemäß der obigen Beschreibung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines Klimageräts mit Schalldämpfungselementen und einem vergrößert dargestellten Schalldämpfungselement;
- 2 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines Klimageräts mit von innen nach außen hintereinander angeordneten Schalldämpfungselementen;
- 3 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines Klimageräts mit in Hauptströmungsrichtung von Luft nacheinander angeordneten Schalldäm pfungselementen;
- 4 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Klimagerät mit Schalldämpfungselementen.
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In 1 ist vereinfacht und schematisch ein Klimagerät 10 dargestellt. Das Klimagerät 10 umfasst wenigstens eine Gebläsevorrichtung 12. Stromabwärts der Gebläsevorrichtung 12 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform ein erster Wärmetauscher 14 angeordnet. Die Hauptströmungsrichtung HS von Luft, die durch die Gebläsevorrichtung 12 gefördert wird, ist durch die Konturpfeil vereinfacht dargestellt. Weiter stromabwärts kann ein zweiter Wärmetauscher 16 vorgesehen sein. Im gezeigten Beispiel kann der erste Wärmetauscher 12 ein Verdampfer einer sonst nicht weiter dargestellten Kälteanlage sein, der die anströmende Luft kühlt. Der zweite Wärmetauscher 16 kann als Heizregister der Kälteanlage ausgebildet sein, der anströmende Luft erwärmen kann.
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Das Klimagerät 10 weist ein zur Umgebung hin dichtes Gehäuse 18 auf, das auch als Gehäusewandung bezeichnet werden kann. In der gezeigten Darstellung ist die Gehäusewandung 18 des Klimageräts 10 als durchgehende schwarze Linie illustriert. Stromabwärts der Wärmetauscher 14, 16 sind mehrere Ausströmöffnungen 20 angeordnet, durch welche die konditionierte Luft wieder an die Umgebung abgegeben wird, insbesondere in einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs strömen kann. Dabei kann die durch die Wärmetauscher 14, 16 gekühlte oder/und erwärmte Luft durch unterschiedlich ausgestaltete Verteilabschnitte 22 zu den Ausströmöffnungen 20 geleitet werden.
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Der stromabwärts der Gebläsevorrichtung 12 vorgesehene Abschnitt des Klimageräts 10, in dem sich zumindest ein Wärmetauscher 14, 16 befindet und der durch die Gehäusewandung 18 begrenzt ist, kann auch als Luftführungskanal 24 bezeichnet werden.
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Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass das Klimagerät 10 eingangsseitig zumindest eine Einströmklappe 26 aufweisen kann, die dazu dient, das Einströmen von Luft, insbesondere Umgebungsluft in das Klimagerät zu regulieren. Ferner kann bei dem zweiten Wärmetauscher 16, insbesondere wenn er als Heizregister ausgeführt ist, wenigstens eine Drosselklappe 28 vorgesehen sein, die dazu dient, die den zweiten Wärmetauscher zu durchströmende oder umströmende Luftmenge einzustellen.
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In dem Klimagerät 10 entstehender Schall soll möglichst gut innerhalb des Klimageräts 10 gedämpft werden, so dass er kaum oder nicht bis zu den Ausströmöffnungen 20 gelangt und dann ggf. in der Umgebung bzw. einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs als störend wahrgenommen wird.
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Zur Dämpfung von Schall umfasst das Klimagerät wenigstens ein Schalldämpfungselement 30, das in den Figuren als gepunktete Linie vereinfacht dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei Schalldämpfungselemente 30 vorgesehen, die seitlich des Luftführungskanals 24 angeordnet sind.
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Die Schalldämpfungselemente 30 sind entlang der Gehäusewandung 18 angeordnet, insbesondere entlang eines Gehäusewandabschnitts 18a. Der Abschnitt des Luftführungskanals 24 zwischen der Gebläsevorrichtung 12 und dem ersten Wärmetauscher 14 kann auch als Diffusorbereich bezeichnet werden, in dem die durch die Gebläsevorrichtung 12 geförderte Luft auf die wirksame Fläche des Wärmetauschers 14 verteilt wird.
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Das Schalldämpfungselement 30 (bzw. die Schalldämpfungselemente 30) ist als plattenartiges, insbesondere dünnwandiges, Bauteil ausgestaltet, das aus einem Kunststoff oder einem Metall (Blech) hergestellt sein kann. Zur besseren Darstellung ist beispielhaft ein in Fig. strichpunktiert umrandeter Bereich nochmals vergrößert dargestellt. Das Schalldämpfungselement weist mehrere Perforationsöffnungen 32 auf, die in den Figuren durch die Zwischenräume der gepunkteten Linie vereinfacht dargestellt sind. Jedes Schalldämpfungselement 30 weist ein dem Luftführungskanal 24 zugewandte Innenseite 34 und eine der Gehäusewandung 18, insbesondere dem Gehäusewandabschnitt 18a, zugewandte Außenseite 36 auf. Das Schalldämpfungselement 30 ist mit einem Abstand AB zur Gehäusewandung 18, insbesondere dem Gehäusewandabschnitt 18a, angeordnet. Hierdurch wird zwischen der Außenseite 36 des Schalldämpfungselements 30 und der dichten Gehäusewandung 18 ein von dem Luftführungskanal 24 abgewandtes Luftvolumen 38 gebildet ist. Das Luftvolumen 38 kann auch als gesondertes Luftvolumen bezeichnet werden.
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Schallwellen, die insbesondere auch durch den Betrieb der Gebläsevorrichtung 12 entstehen, breiten sich innerhalb des Klimageräts 10 aus. Im Bereich der Schalldämpfungselemente 30 können die Schallwellen im Bereich der akustischen Grenzschicht durch die Perforationsöffnungen 32 hindurch treten. Dabei findet im Bereich der akustischen Grenzschicht, die sich in den Perforationsöffnungen einstellt, eine viskose Reibung statt, die den Mechanismus der Schallabsorption darstellt. Durch die Reibung wird das Schalldämpfungselement 30 erwärmt, so dass in den Schallwellen vorhandene Energie in Wärme umgewandelt wird, was zur Schallreduktion bzw.-dämpfung führt. Das Luftvolumen 38 leistet keinen Beitrag zum durchströmten Querschnitt (Luftführungskanal 24) des Klimageräts, sondern dient in Verbindung mit dem mikroperforierten Schalldämpfungselement 30 der Schallabsorption mittels eines Feder-Masse-Schwinger-Däm pfungssystems.
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Um die Wirksamkeit der Schallabsorption zu erhöhen oder/und den wirksamen Frequenzbereich abzustimmen, können auch mehrere Schalldämpfungselemente 30, 31, 33 von innen nach außen hintereinander angeordnet sein, was beispielhaft in der Ausführungsform gemäß 2 dargestellt ist. Zwischen jeweils zwei benachbarten Schalldämpfungselementen 30, 31 bzw. 31, 33 ist ein jeweiliges Luftvolumen 39, 41 vorgesehen. Zwischen dem letzten, im Ausführungsbeispiel dritten Schalldämpfungselement 33 und der Gehäusewandung 18, insbesondere dem Gehäusewandabschnitt 18a ist das Luftvolumen 38 ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, können entlang der Gehäusewandung 18 und entlang der Hauptströmungsrichtung HS mehrere Schalldämpfungselemente 30, 35 an dem Klimagerät 10 angeordnet sein. Im Beispiel sind die Schalldämpfungselement 30 zwischen der Gebläsevorrichtung 12 und dem ersten Wärmetauscher 14 angeordnet. Die weiteren Schalldämpfungselemente 35 können zwischen dem ersten Wärmetauscher 14 und dem zweiten Wärmetauscher 16 angeordnet sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen hinsichtlich der Anordnung der Schalldämpfungselemente 30, 31, 33, 35 rein beispielhaft sind und auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Bei einer Ausführungsform könnte es beispielsweise so sein, dass zwischen der Gebläsevorrichtung 12 und dem ersten Wärmetauscher 14 Schalldämpfungselemente 30, 31 vorgesehen sind, also nur zwei von innen nach außen hintereinander angeordnete Schaldämpfungselemente 30, 31 (ähnlich zur Darstellung der 2), wobei zwischen dem ersten Wärmetauscher 14 und dem zweiten Wärmetauscher 16 Schalldämpfungselemente 35 gemäß 3 vorgesehen sind.
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Für alle Ausführungsformen der 1 bis 3 kann auch gesagt werden, dass die Gehäusewandung 18 im Bereich der Schalldämpfungselemente 30, 31, 33, 35 nach außen vorspringend ausgebildet sind, so dass eine Art Aufnahme 19 gebildet. Die Aufnahme 19 weist den Gehäusewandabschnitt 18a und Seitwandabschnitte 19a, 19b auf und begrenzt zusammen mit einem jeweils innersten Schalldämpfungselement 30, 35 ein gesamtes Luftvolumen 38 bzw. die Summe der Luftvolumina 38, 39, 41 (2).
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4 zeigt vereinfacht und schematisch ein Kraftfahrzeug 50 mit einem darin angeordneten Klimagerät 10, das wenigstens ein Schalldämpfungselement 30 aufweist. In dem Ausführungsbeispiel ist das Klimagerät 10 der 1 rein beispielhaft in dem Kraftfahrzeug 50 angeordnet. Selbstverständlich kann auch jede andere, oben beschriebene Ausführungsform eines Klimageräts 10 in dem Kraftfahrzeug 50 angeordnet bzw. eingebaut sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057823 A1 [0002]
- DE 202010016053 U1 [0003]
- DE 10260932 A1 [0004]
