DE19733319A1

DE19733319A1 - Heizungs- oder Klimagerät mit einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung

Info

Publication number: DE19733319A1
Application number: DE1997133319
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Henke; Joachim Dipl Ing Reimann; Thomas Dipl Ing Zeller
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizungs- oder Klimagerät mit einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung, insbesondere ein Heizungs- oder Klimagerät für den mobilen Einsatz, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizungs- oder Klimageräts.

Bei Heizungs- oder Klimageräten der genannten Art ist es erforderlich, die aus einem Gebläse anströmende Luft in einen Luftverteilraum zu leiten und dabei gleichzurichten, um eine wunschgemäße Verteilung der Luft in einzelne Luftkanäle zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird häufig zumindest teilweise durch die Lamellenstruktur eines Wärmetauschers oder Verdampfers gelöst, der sich in Strömungsrichtung vor dem Luftverteilraum befindet. Ist ein solcher Wärmetauscher oder Verdampfer in dem Heizungs- oder Klimagerät nicht vorgesehen, muß diese Aufgabe von einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung übernommen werden. Insbesondere bei einem "asymmetrischen" Aufbau, d. h. dann, wenn das Gebläse seitlich vom Luftverteilraum angeordnet ist, muß durch eine Vorrichtung zur Luftleitung und Luftverteilung ein gleichmäßiger Luftstrom eingestellt werden.

Aus der Druckschrift DE 35 20 548 C2 ist eine Heizungs- und Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, wobei eine entsprechend ausgerichtete, profilierte Gitterwand für die Luftgleichrichtung eingesetzt wird.

Aus der Druckschrift EP 0 663 309 A1 ist ein Heiz- bzw. Klimagerät mit einer Luftleitvorrichtung bekannt, wobei die Luftleitvorrichtung auch dann eine gleichmäßige Luftverteilung gewährleistet, wenn kein Verdampfer in dem Luftführungskanal eingebaut ist.

Bei den bekannten Heiz- bzw. Klimageräten weisen die Vorrichtungen zur Luftleitung und Luftgleichrichtung ein großen Bauvolumen auf, das insbesondere bei Heiz- bzw. Klimageräten für den mobilen Einsatz, beispielsweise im Kraftfahrzeug, nachteilig ist. Darüber hinaus erfordern die bekannten Vorrichtungen einen erheblichen Herstellungs- und Montageaufwand.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Heizungs- oder Klimagerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß eine gleichmäßigere Luftverteilung bei reduzierter Geräuschentwicklung erreicht wird. Weiterhin soll die Baugröße des Heizungs- oder Klimageräts verringert werden. Außerdem soll das Heiz- bzw. Klimagerät kostengünstig herstellbar sein.

Das Problem wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch offenbarte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Das Problem ist bei einem Heizungs- oder Klimagerät mit Luftleitschaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs l erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Luftleitschaufeln eine gekrümmte Oberfläche mit einer konkaven Seite und einer konvexen Seite aufweisen, und daß mindestens eine der Luftleitschaufeln derart in dem Luftstrom angeordnet ist, daß der Luftstrom die konvexe Seite der Luftleitschaufel anströmt. Die Luftleitschaufeln stehen somit quer zur Strömungsrichtung, d. h. eine gedachte Tangente an die Luftleitschaufel an der Stelle, an der die Luft anströmt, bildet mit der Luftströmungsrichtung vorzugsweise einen Winkel von etwa 90°. Der dadurch entstehende Luft-"Rückstau" führt neben einer Luftleitung entlang der Luftleitschaufel auch zu einer stark ausgeprägten Luft-Gleichrichtung und damit zu einer homogenen und laminaren Luftströmung. Diese gewünschten Eigenschaften werden wesentlich durch die Winkellage, die Länge, die Anzahl und die Verteilung der Luftleitschaufeln bestimmt. Die durch die querstehenden Luftleitschaufeln reduzierte Strömungsgeschwindigkeit der Luft wirkt sich positiv auf einen laminaren Luftstrom aus, da durch Wirbelbildung verursachte Strömungsturbulenzen verhindert werden. Die strömende Luft wird vielmehr nach dem Abbremsen durch die Krümmung der Luftleitschaufeln in die gewünschte Richtung gelenkt.

In besonderen Ausführungsarten der Erfindung gemäß den Ansprüchen 2 und 3 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Luftleitschaufeln im Luftstrom nebeneinander angeordnet sind, und daß die mehreren Luftleitschaufeln mit unterschiedlichem Abstand nebeneinander angeordnet sind. Durch eine entsprechende Anzahl und Verteilung der Luftleitschaufeln kann die Luft- Gleichrichtungswirkung weiter verbessert werden, insbesondere können zu diesem Zweck in Bereichen hoher Luftströmungsgeschwindigkeit mehrere Luftleitschaufeln und/oder in geringerem Abstand angeordnet werden und umgekehrt.

In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil der mehreren Luftleitschaufeln derart in dem Luftstrom angeordnet ist, daß der Luftstrom die konvexe weite dieser Luftleitschaufeln anströmt, und daß ein zweiter Teil der mehreren Luftleitschaufeln derart in dem Luftstrom angeordnet ist, daß der Luftstrom auf konkave Seite dieser Luftleitschaufeln anströmt. Durch diese Verbindung aus konvexer und konkaver Anströmung kann die Gleichrichterwirkung der Vorrichtung weiter verbessert werden. Insbesondere können in Bereichen hoher Luftströmungsgeschwindigkeit die Luftleitschaufeln konvex gegen die Luftströmung ausgerichtet werden und/oder in geringerem Abstand angeordnet werden, und in Bereichen geringer Luftströmungsgeschwindigkeit die Luftleitschaufeln konkav gegen die Luftströmung ausgerichtet werden und/oder in größerem Abstand angeordnet werden. Vorzugsweise werden die konvex ausgerichteten Luftleitschaufeln in der Überzahl sein, da von ihnen der größere Beitrag zur Luftleitung und zur Luftgleichrichtung zu erwarten ist.

In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Luftleitschaufeln im Luftstrom hintereinander angeordnet sind. Durch eine derartige lufttechnische Kaskadenschaltung kann der Luftleit- und Luftgleichrichtungseffekt weiter verstärkt werden, wobei die Luftleitschaufeln sowohl gleichsinnig hintereinander angeordnet sein können, beispielsweise konvex/konvex, als auch gegensinnig hintereinander angeordnet sein können, beispielsweise konvex/konkav. Weiterhin können die Luftleitschaufeln unmittelbar hintereinander angeordnet sein oder "auf Lücke" hintereinander angeordnet sein.

In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln ein Flächenprofil aufweisen, vorzugsweise ein Tropfen- oder Flügelprofil. Durch eine entsprechende Profilierung der Luftleitschaufeln wird nicht nur der Luftleit- und Luftgleichrichtungseffekt verbessert, sondern es wird auch eine laminare Strömung mit wenig Turbulenzen im Luftkanal erreicht, wodurch die Ablagerung von Staub oder Blütenpollen im Luftkanal vermieden wird. Darüber hinaus können bei einer Profilierung der Luftleitschaufel entsprechend einem Tragflächenprofil die durch die Umströmung der Luftleitschaufel auftretenden Kräfte, die abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und dem Anstellwinkel der Luftleitschaufel sind, zur Selbstregulierung der Luftleit- Vorrichtung eingesetzt werden.

In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln aus einem geschäumten Kunststoff hergestellt sind oder mit einem geschäumten Kunststoff beschichtet sind. Dadurch wird die durch die Luftströmung verursachte Geräuschentwicklung wirksam vermindert. Außerdem weisen derartige Werkstoffe ein sehr geringes spezifisches Gewicht auf, so daß derartige Luftleitschaufeln nur wenig Masse aufweisen, was insbesondere bei Heizungs- und Klimageräten für den mobilen Einsatz besonders vorteilhaft ist.

In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln in ihrer Ausrichtung in Bezug auf den Luftstrom während des Betriebs des Heizungs- oder Klimageräts verstellbar sind. Diese Verstellung kann durch einen externen Regelkreis, beispielsweise in Abhängigkeit der Gebläseeinstellung am Armaturenbrett, oder durch eine vorstehend beschriebene Selbstregulierung der Luftleit- Vorrichtung vorgenommen werden. Die Stellung der Luftleitschaufeln kann beispielsweise abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit gewählt werden, wodurch der Luftleit- und Luftgleichrichtungseffekt weiter verbessert wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Heizungs- oder Klimagerät, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuseteile des Heizungs- oder Klimageräts mittels eines Kunststoff-Spritzgießverfahrens unter Verwendung eines Wechselwerkzeuges einstückig mit Teilen der Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung hergestellt werden. Durch die Verwendung eines Wechselwerkzeugs als Teil eines Gesamtwerkzeugs können beispielsweise verschieden gestaltete Luftleitschaufeln einstückig mit dem Gehäuse der Vorrichtung unter Verwendung eines gemeinsamen Grundwerkzeugs kostengünstig realisiert werden.

In besonderen Ausführungsarten der Erfindung gemäß den Ansprüchen 10 und 11 ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ersten Wechselwerkzeug die Luftleitschaufeln einstückig mit dem Gehäuseteil des Heizungs- oder Klimageräts hergestellt werden, beziehungsweise daß mit einem zweiten Wechselwerkzeug eine Haltevorrichtung für einen einsetzbaren Rahmen einstückig mit dem Gehäuseteil des Heizungs- oder Klimageräts hergestellt wird, daß der einsetzbare Rahmen die Luftleitschaufeln aufweist, und daß die Luftleitschaufeln aus einem geschäumten Kunststoff hergestellt sind oder mit einem geschäumten Kunststoff beschichtet sind. Die einstückige Lösung ist besonders kostengünstig und ermöglicht die Herstellung der Luftleitschaufeln aus dem gleichen Werkstoff wie das Vorrichtungsgehäuse, beispielsweise aus Polypropylen. Demgegenüber ist die Rahmen-Lösung aufwendiger, aber flexibler; sie ermöglicht insbesondere die Herstellung der Luftleitschaufeln aus einem zweiten Werkstoff, beispielsweise aus Polyurethan.

Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A ein erfindungsgemäßes Heizgerät mit einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung,

Fig. 1B eine Luftleitschaufel des Heizgeräts aus der Fig. 1A,

Fig. 2 eine Vorrichtung mit unterschiedlich beabstandeten Luftleitschaufeln,

Fig. 3 eine Vorrichtung mit unterschiedlich orientierten Luftleitschaufeln,

Fig. 4 eine Vorrichtung mit mehreren nebeneinander und hintereinander angeordneten Luftleitschaufeln,

Fig. 5 eine Vorrichtung mit Luftleitschaufeln, die ein Flächenprofil aufweisen.

Die Fig. 1A zeigt ein Heizungsgerät (eine Heizvorrichtung ist nicht dargestellt) mit einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung 110, wobei die Vorrichtung 110 Luftleitschaufeln 111 aufweist, die in einem Luftstrom 112 angeordnet sind, der aus einem Gebläse 113 austritt und über einen Luftkanal 114 an die Vorrichtung 110 geführt wird. Nachdem die Luft gleichgerichtet die Vorrichtung 110 passiert hat, tritt sie in einen Luftverteilungsraum 115 ein, von wo aus sie über Steuerklappen 121 bis 124 in drei abgehende Luftkanäle 125, 126, 127 verteilt wird.

Die Fig. 1B zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Luftleitschaufel 111 der Vorrichtung 110 der Fig. 1A. Die Luftleitschaufel 111 weist eine gekrümmte Oberfläche mit einer konkaven Seite 131 und einer konvexen Seite 132 auf. Die Luftleitschaufel 111 ist so angeordnet und ausgerichtet, daß der Luftstrom 112 die konvexe Seite 132 der Luftleitschaufel 111 anströmt. Die gedachte Tangente 133 an die Luftleitschaufel 111 in dem Punkt, an dem die Luft 112 anströmt, bildet mit der Strömungsrichtung der Luft 112 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel 134 von 90°. Dieser Winkel beträgt im allgemeinen vorzugsweise zwischen 30° und 150°.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vorrichtung 110 zur Gleichrichtung und Leitung der anströmenden Luft 112, wobei die Vorrichtung mehrere nebeneinander stehende Luftleitschaufeln 111 aufweist, wobei die Abstände 201 bis 206 zwischen den Luftleitschaufeln 111 unterschiedlich sind und im dargestellten Beispiel von links nach rechts (von 201 zu 206) zunehmen.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vorrichtung 110 zur Gleichrichtung und Leitung der anströmenden Luft 112, wobei die Vorrichtung mehrere nebeneinander stehende Luftleitschaufeln 311 bis 315 aufweist, wobei ein erster Teil der mehreren Luftleitschaufeln 311, 312, 313 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet ist, daß der Luftstrom 112 die konvexe Seite dieser Luftleitschaufeln 311, 312, 313 anströmt, und ein zweiter Teil der mehreren Luftleitschaufeln 314, 315 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet ist, daß der Luftstrom 112 die konkave Seite dieser Luftleitschaufeln 314, 315 anströmt. Darüber hinaus sind die Abstände zwischen den Luftleitschaufeln 311, 312, 313 des ersten Teils unterschiedlich, insbesondere ist der Abstand 301 zwischen den Luftleitschaufeln 311, 312 kleiner als der Abstand 302 zwischen den Luftleitschaufeln 312, 313. Außerdem sind die Neigungen der Luftleitschaufeln 311, 312, 313 unterschiedlich, insbesondere nimmt die Neigung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von links nach rechts ab.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vorrichtung 110 zur Gleichrichtung und Leitung der anströmenden Luft 112, wobei die Vorrichtung mehrere nebeneinander und hintereinander stehende Luftleitschaufeln 411 bis 415 und 421 bis 424 aufweist. Die Luftleitschaufeln 411 bis 415 stehen nebeneinander in einer ersten Reihe, wobei die Luftleitschaufeln 411 bis 414 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konvexe Seite dieser Luftleitschaufeln 411 bis 414 anströmt, und die Luftleitschaufel 415 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konkave Seite dieser Luftleitschaufel 415 anströmt. Hinter den Luftleitschaufeln der ersten Reihe ist eine zweite Reihe von Luftleitschaufeln 421 bis 424 angeordnet, wobei die Luftleitschaufeln 421 und 422 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konvexe Seite dieser Luftleitschaufeln 421 und 422 anströmt und die Luftleitschaufeln 423 und 424 derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konkave Seite dieser Luftleitschaufeln 423 und 424 anströmt. Während die Luftleitschaufeln 411, 421 und 412, 422 identisch ausgerichtet (konvex/konvex) und unmittelbar hintereinander angeordnet sind, sind die Luftleitschaufeln 413, 423 zwar unmittelbar hintereinander angeordnet, aber unterschiedlich ausgerichtet (konvex/konkav). Die Luftleitschaufel 424 der zweiten Reihe ist "auf Lücke" zwischen den Luftleitschaufeln 414, 415 der ersten Reihe angeordnet.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Vorrichtung 110 zur Gleichrichtung und Leitung der anströmenden Luft 112, wobei die Luftleitschaufeln 511 bis 514 der Vorrichtung 110 ein Flächenprofil aufweisen, insbesondere ein Flügelprofil aufweisen. Die Luftleitschaufeln 511 und 512 sind derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konvexe Seite dieser Luftleitschaufeln 511 und 512 anströmt und die Luftleitschaufeln 513 und 514 sind derart in dem Luftstrom 112 angeordnet sind, daß der Luftstrom 112 die konkave Seite dieser Luftleitschaufeln 513 und 514 anströmt. Während die Luftleitschaufeln 511 und 514 jeweils an dem Nasenende des Flügelprofils angeströmt werden, werden die Luftleitschaufeln 512 und 513 jeweils an dem Schwanzende des Flügelprofils angeströmt.

Claims

1. Heizungs- oder Klimagerät (100) mit einer Vorrichtung (110) zur Luftleitung und Luftgleichrichtung, wobei die Vorrichtung (110) Luftleitschaufeln (111) aufweist, die In einem Luftstrom (112) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln (111) eine gekrümmte Oberfläche mit einer konkaven Seite (131) und einer konvexen Seite (132) aufweisen, und daß mindestens eine der Luftleitschaufeln (111) derart in dem Luftstrom (112) angeordnet ist, daß der Luftstrom (112) die konvexe Seite (132) der Luftleitschaufel (111) anströmt.

2. Heizungs- oder Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Luftleitschaufeln (111) im Luftstrom (112) nebeneinander angeordnet sind.

3. Heizungs- oder Klimagerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Luftleitschaufeln (111) mit unterschiedlichem Abstand (201 bis 206) nebeneinander angeordnet sind.

4. Heizungs- oder Klimagerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil der mehreren Luftleitschaufeln (311, 312, 313) derart in dem Luftstrom (112) angeordnet ist, daß der Luftstrom auf die konvexe Seite dieser Luftleitschaufeln auftrifft, und daß ein zweiter Teil der mehreren Luftleitschaufeln (314, 315) derart in dem Luftstrom (112) angeordnet ist, daß der Luftstrom auf die konkave Seite dieser Luftleitschaufeln auftrifft.

5. Heizungs- oder Klimagerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Luftleitschaufeln (411 bis 415 und 421 bis 424) im Luftstrom hintereinander angeordnet sind.

6. Heizungs- oder Klimagerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln (511 bis 514) ein Flächenprofil aufweisen, insbesondere ein Tropfen- oder Flügelprofil.

7. Heizungs- oder Klimagerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln (111) aus einem geschäumten Kunststoff hergestellt sind oder mit einem geschäumten Kunststoff beschichtet sind.

8. Heizungs- oder Klimagerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitschaufeln (111) in ihrer Ausrichtung in Bezug auf den Luftstrom (112) während des Betriebs des Heizungs- oder Klimageräts verstellbar sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Heizungs- oder Klimageräts mit einer Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuseteile des Heizungs- oder Klimageräts mittels eines Kunststoff- Spritzgießverfahrens unter Verwendung eines Wechselwerkzeuges einstückig mit Teilen der Vorrichtung zur Luftleitung und Luftgleichrichtung hergestellt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem ersten Wechselwerkzeug die Luftleitschaufeln einstückig mit dem Gehäuseteil des Heizungs- oder Klimageräts hergestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem zweiten Wechselwerkzeug eine Haltevorrichtung für einen einsetzbaren Rahmen einstückig mit dem Gehäuseteil des Heizungs- oder Klimageräts hergestellt wird, daß der einsetzbare Rahmen die Luftleitschaufeln aufweist, und daß die Luftleitschaufeln aus einem geschäumten Kunststoff hergestellt sind oder mit einem geschäumten Kunststoff beschichtet sind.