DE10038994A1 - Strömungsregulierklappeneinheit und strömungsführende Struktur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsregulierklappeneinheit mit einer Hauptklappe (12) mit einem Klappenflügel (12c), der um eine Schwenkachse (13) schwenkbeweglich in einer Strömungskanalstruktur montierbar ist, und einer der Hauptklappe zugeordneten Zweitklappe (16) sowie auf eine damit ausgerüstete, strömungsführende Struktur. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Zweitklappe in einer Öffnung des Klappenflügels der Hauptklappe um eine von der Hauptklappen-Schwenkachse verschiedene Zweitklappen-Schwenkachse schwenkbeweglich angeordnet. DOLLAR A Verwendung z. B. in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsregulierklappen­ einheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine strömungsführende Struktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Strömungsführende Strukturen dieser Art werden beispielsweise zur Luftführung in Fahrzeugklimaanlagen verwendet. Speziell kann hierbei der erste Strömungskanal ein Warmluftkanal sein, in welchem eine Heizeinrichtung positioniert ist, und der zweite Strömungskanal ein Kaltluftkanal, in welchem ein Kühl­ element positioniert ist, insbesondere ein Klimaanlagen- Verdampfer. Die Strömungsregulierklappeneinheit dient in die­ ser Anwendung dazu, warme Luft aus dem ersten Kanal und kalte Luft aus dem zweiten Kanal in einem gewünschten Verhältnis steuerbar in einen anschließenden Misch- bzw. Verteilraum strömen zu lassen, von wo sie in verschiedene Luftaustritts­ kanäle weitergeleitet wird, wie in einen Entfrosterkanal, ei­ nen Mittel- und Seitendüsenkanal und einen Fußraumkanal, wo­ bei sich diese Kanäle je nach System ihrerseits weiter ver­ zweigen können.

In der Offenlegungsschrift JP 10-244822 (A) ist eine Strö­ mungsregulierklappeneinheit der eingangs genannten Art be­ schrieben, bei welcher eine einflügelige, endseitig gelagerte Zweitklappe seitlich neben einer einflügeligen, endseitig ge­ lagerten Hauptklappe angeordnet und um dieselbe Schwenkachse wie die Hauptklappe verschwenkbar ist. Der Klappenflügel der Zweitklappe ist deutlich schmaler und dadurch kleiner als der Klappenflügel der Hauptklappe, um das Öffnen der Klappenein­ heit gegen einen Strömungsdruck zu erleichtern. Dazu sind Hauptklappe und Zweitklappe dergestalt an einen Schwenkach­ senbereich gekoppelt, dass auf eine Öffnungsbetätigung hin zunächst nur die Zweitklappe aus der gemeinsamen Schließstel­ lung herausbewegt wird und die Hauptklappe dieser Öffnungsbe­ wegung um einen vorgebbaren Winkel verzögert folgt, wobei die Hauptklappe federelastisch in Schließrichtung vorgespannt ist.

Aus der Patentschrift EP 0 447 304 B1 ist eine zweiflügelige, als Verteilerklappe fungierende Luftklappe bekannt, deren ei­ ner Flügel in einen Mittenbereich und zwei Seitenbereiche aufgeteilt ist, wobei der Mittenbereich in einer gegenüber den Seitenbereichen und dem anderen Flügel verkippten Ebene liegt. Die Verteilerklappe ist in eine Strömungskanalstruktur einer Fahrzeugklimatisierungsanlage eingesetzt, wobei die Verkippung des Mittenbereichs des einen Flügels gegenüber den Seitenbereichen dazu dient, Luft steuerbar auf einen mit dem verkippen Klappenmittenbereich korrespondierenden, mittleren Strömungskanal einerseits und zwei an diesen seitlich angren­ zende, mit den Klappenseitenbereichen korrespondierende Strö­ mungskanäle andererseits aufzuteilen. Der andere Klappenflü­ gel dient zur wahlweisen Öffnung oder Absperrung eines weite­ ren abführenden Strömungskanals.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Strömungsregulierklappeneinheit und einer damit ausgerüsteten, strömungsführenden Struktur mit verbesserter Strömungsregulierungsfunktion zugrunde.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Strömungsregulierklappeneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer strömungsführenden Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 4.

Bei der Strömungsregulierklappeneinheit nach Anspruch 1 ist die Zweitklappe charakteristischerweise im Klappenflügel der Hauptklappe schwenkbeweglich angeordnet, der hierzu mit einer entsprechenden Öffnung versehen ist, deren freier Strömungs­ querschnitt durch die Zweitklappe reguliert werden kann. Dies schafft die Möglichkeit, eine Strömung feiner zu regulieren als allein durch die Verschwenkung der Hauptklappe, indem die Zweitklappe in jeweils gewünschtem Maß die Öffnung im Haupt­ klappenflügel freigibt bzw. verschließt. Durch die Positio­ nierung der Zweitklappe innerhalb des Hauptklappenflügels ist es insbesondere möglich, in Fällen, in denen eine ankommende Strömung durch die Regulierklappeneinheit nur teilweise durchgelassen wird, diese Teilströmung auch in einem entspre­ chenden Bereich des Hauptklappenflügels durchzulassen und nicht nur zwischen dem Rand des Hauptklappenflügels und ei­ ner benachbarten Strömungskanalwand. Dadurch lässt sich die strömungsleitende und mengenregulierende und gegebenenfalls auch die strömungsmischende Funktion der Regulierklappenein­ heit verbessern und durch Lage, Größe, Form und Verschwen­ kungsmechanik der Zweitklappe gezielt beeinflussen.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Strömungsregulier­ klappeneinheit ist an einem Klappenflügel der Zweitklappe ein davon abstehender Führungsbolzen vorgesehen. Über diesen kann die Bewegung der Zweitklappe vorteilhaft gesteuert werden, je nach Bedarf abhängig oder unabhängig von der Schwenkbewegung der Hauptklappe.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Strömungsregulier­ klappeneinheit sind im Klappenflügel der Hauptklappe mehrere Zweitklappen vorgesehen, so dass dementsprechend an mehreren Stellen des Hauptklappenflügelbereichs eine Strömung regu­ lierbar durch den Hauptklappenflügel hindurchgeleitet werden kann.

Die strömungsführende Struktur nach Anspruch 4 ist mit einer erfindungsgemäßen Strömungsregulierklappeneinheit ausgerüs­ tet, um damit gleichzeitig die freien Strömungsquerschnitte zweier Strömungskanäle zu regulieren, und zwar dergestalt, dass die Hauptklappe zwischen einer ersten Endstellung, in der sie den einen Strömungskanal schließt und den anderen freigibt, und einer zweiten Endstellung, in der sie den einen Strömungskanal freigibt und den anderen schließt, verschwenk­ bar ist. Durch die Zusatzklappe kann das Strömungsverhalten im Bereich der Regulierklappeneinheit zusätzlich beeinflusst werden, z. B. zu dem Zweck, ein in einem der Strömungskanäle geführtes Strömungsmedium gezielt durch den Zweitklappen- Öffnungsbereich des Hauptklappenflügels hindurch in eine be­ stimmte Richtung und/oder einen bestimmten anschließenden Be­ reich der strömungsführenden Struktur weiterzuleiten.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten strömungsführenden Struktur sind spezielle Mittel zur Kopplung der Zweitklappen­ bewegung mit der Hauptklappenbewegung dergestalt vorgesehen, dass sich die Zweitklappe bei einer Bewegung der Hauptklappe von ihrer einen in ihre andere Endstellung zunächst aus einer Schließstellung heraus bis zu einer vorgebbaren maximalen Öffnungsstellung und von dieser wieder zurück in die Schließ­ stellung bewegt. In den Endstellungen der Hauptklappe, in de­ nen sie je einen der beiden Strömungskanäle absperrt, bleibt somit auch die Zweitklappe geschlossen, während letztere in Zwischenstellungen der Hauptklappe einen von der Hauptklap­ penstellung abhängigen Strömungsquerschnitt durch den Haupt­ klappenflügel hindurch freigibt.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten strömungsführenden Struktur sind Kulissenführungsmittel vorgesehen, welche die Zweitklappenbewegung mit der Hauptklappenbewegung in einer durch die Gestaltung der Kulissenführung definierten Weise koppeln. Aktive Stellmittel für die Zweitklappe sind in die­ sem Fall nicht erforderlich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach An­ spruch 7 ist die strömungsführende Struktur mit der Strö­ mungsregulierklappeneinheit Teil eines Luftführungssystems einer Fahrzeugklimaanlage, wobei der eine Strömungskanal ein Kaltluftkanal und der andere ein mit einer Heizeinrichtung versehener Warmluftkanal ist und mit der Strömungsregulier­ klappeneinheit die Warmluft und die Kaltluft in steuerbaren Mengenanteilen weitergeleitet und dabei in einer gewünschten Weise gemischt und/oder räumlich unterschiedlich verteilt werden können.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine strömungsführende Struktur mit einer Strömungsregulierklappeneinheit als Teil der luftführenden Struktur einer Kraftfahr­ zeug-Klimaanlage,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Struktur von Fig. 1 in Rich­ tung des Pfeils II und

Fig. 3 eine ausschnittweise Schnittansicht der Strömungsre­ gulierklappeneinheit.

Die in den Figuren gezeigte, strömungsführende Struktur ist Teil einer Zuluftführungsstruktur einer Kraftfahrzeug- Klimaanlage und umfasst eine Luftkanalstruktur mit einem Kaltluftkanal 1 und einem Warmluftkanal 2, die über eine je­ weilige Ausmündung 1a, 2a gemeinsam in einen anschließenden Misch- und Verteilraum 3 münden, von dem mehrere weiterfüh­ rende Strömungskanäle abzweigen, insbesondere ein Mitteldü­ senkanal 4, zwei seitlich angrenzende Seitendüsenkanäle 5, 6, ein Entfrosterkanal 7 und ein Fußraumkanal 8. Über drehbeweg­ liche Luftklappen 9, 10, 11 kann die Luftmenge für die Mit­ tel- und Seitendüsenkanäle 4, 5, 6, den Entfrosterkanal 7 und den Fußraumkanal 8 individuell eingestellt werden.

Die strömungsführende Struktur beinhaltet des weiteren eine Strömungsregulierklappeneinheit mit einer als Temperatur- Mischklappe fungierenden Hauptklappe 12, die zwischen einer ersten, mit durchgezogenen Linien gezeichneten Endstellung 12a und einer gestrichelt gezeichneten, zweiten Endstellung 12b um eine zugehörige Schwenkachse 13 schwenkbeweglich ange­ ordnet ist. In der ersten Endstellung 12a sperrt die Misch­ klappe 12 mit einem oberen Klappenflügel 12c den Warmluftka­ nal 2 ab, während sie gleichzeitig mit einem gegenüberliegen­ den, unteren Klappenflügel 12d in nicht näher gezeigter, her­ kömmlicher Weise einen Verbindungskanal vom Kaltluftkanal 1 zum Warmluftkanal 2 absperrt. In der zweiten Endstellung 12b sperrt die Mischklappe 12 die Ausmündung des Kaltluftkanals 1 zum Mischraum 3 vollständig ab, während sie gleichzeitig mit ihrem unteren Klappenflügel 12d den Verbindungskanal vom Kaltluftkanal 1 zum Warmluftkanal 2 freigibt. Auf diese Weise kann von außen angesaugte Zuluft, die im Kaltluftkanal 1 über einen Verdampfer 14 geführt wird und an diesem bei Bedarf in gewünschter Weise gekühlt werden kann, je nach Stellung der Temperatur-Mischklappe 12 in steuerbaren Anteilen direkt dem Mischraum 3 zugeführt bzw. über den Verbindungskanal zum Warmluftkanal 2 geführt, dort durch einen Heizkörper 15 auf­ geheizt und anschließend in den Mischraum 3 eingeleitet wer­ den.

Insoweit entspricht die strömungsführende Struktur einer her­ kömmlichen Bauart. Charakteristischerweise ist darüber hinaus in den beiden Seitenbereichen des oberen Mischklappenflügels 12c, die den Seitendüsenkanälen 5, 6 zugeordnet sind, je eine als Regulierklappe fungierende Zweitklappe 16, 17 vorgesehen, deren zu den Seitendüsen 5, 6 korrespondierende Positionie­ rung insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, die eine An­ sicht zeigt, in welcher sich die in dieser Figur mit ihrer oberen Stirnkante 12e erkennbare Temperatur-Mischklappe 12 in einer etwa mittigen Stellung 12f befindet, die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist.

Wie in der Detailansicht von Fig. 3 zu einer der beiden Zweitklappen 16, 17 zu erkennen, ist die Zweitklappe 17 je­ weils in einer Öffnung 18 des oberen Klappenflügels 12c ange­ ordnet und an diesem mittels einer geeigneten Lagerung 19 um eine zur Mischklappen-Schwenkachse 13 parallel versetzte Zweitklappen-Schwenkachse 20 schwenkbeweglich gehalten. Die Zweitklappen-Schwenkachse 20 entspricht in etwa der Zweit­ klappen-Längsmittelachse und teilt somit die Zweitklappe 17 in einen oberen Klappenflügel 17a und einen unteren Klappen­ flügel 17b. Am unteren Zweitklappenflügel 17b ist seitlich ein Kulissen- oder Führungsbolzen 21 vorgesehen, der sich axial über die Zweitklappe 17 und die Mischklappe 12 hinaus in eine Kulissen- oder Führungsnut 22 hinein erstreckt, die in einer benachbarten Kanalwandung 23 ausgebildet ist. Die Kanalwandung 23 weist des weiteren eine Lagerbohrung 24 auf, in welcher die Mischklappe 12 auf der betreffenden Seite ge­ lagert ist und über einen angeformten Betätigungshebel 25 be­ tätigt werden kann.

Durch die vom Kulissenbolzen 21 und der Kulissennut 22 gebil­ dete Kulissenführung ist die Schwenkbewegung der jeweiligen Zweitklappe 16, 17 mit der Schwenkbewegung der Mischklappe 12 zwangsgekoppelt, d. h. die Verschwenkung der jeweiligen Zweit­ klappe 16, 17 erfolgt automatisch durch die Verschwenkung der Mischklappe 12, so dass für die Zweitklappen 16, 17 keine ei­ genen, aktiven Stellmittel erforderlich sind. Das Schwenkver­ halten der Zweitklappen 16, 17 in Abhängigkeit von der Ver­ schwenkung der Mischklappe 12 lässt sich durch entsprechende Auslegung des Verlaufs der Kulissennut bzw. Kulissenbahn 22 in gewünschter Weise festlegen.

Im gezeigten Beispiel ist der Verlauf der Kulissenbahn 22, wie er aus Fig. 1 zu erkennen ist, so gewählt, dass sich die Zweitklappen 16, 17 in jeder der beiden Mischklappen- Endstellungen 12a, 12b in ihrer Schließstellung befinden und sich daraus, wenn die Mischklappe 12 von der einen in die an­ dere Endstellung verschwenkt wird, zunächst bis zu einer vor­ gebbaren maximalen Öffnungsstellung 16a herausbewegen, die in etwa bei der mittleren Stellung 12f der Mischklappe 12 er­ reicht wird, um sich dann wieder kontinuierlich in die Schließstellung zurückzubewegen.

Dies hat zur Folge, dass in den beiden Endstellungen der Mischklappe 12 auch die Zweitklappen 16, 17 geschlossen und daher der Warmluftkanal 2 bzw. der Kaltluftkanal gegenüber dem Mischraum 3 vollständig abgesperrt bleiben. In den Zwi­ schenpositionen der Mischklappe 12 gelangt Warmluft 26 und Kaltluft 27 in einem von der Stellung der Mischklappe 12 ab­ hängigen Verhältnis in den Mischraum 3. In den mit den Sei­ tendüsenkanälen 5, 6 korrespondierenden Seitenbereichen der Strömungsregulierklappeneinheit gelangt zusätzliche Warmluft 26a durch die von den Zweitklappen 16, 17 freigegebenen Öff­ nungen 18 des oberen Mischklappenflügels 12c hindurch spe­ ziell in die Seitendüsenkanalbereiche des Mischraums 3. Ein Leitblech 28 sorgt für eine zusätzliche Strömungsleitung die­ ses Zusatzwarmluftstroms 26a und ist zu diesem Zweck entlang der Unterkante der entsprechenden Öffnung 18 des oberen Mischklappenflügels 12c angeformt oder fixiert und gegenüber dessen Ebene in einem spitzen Winkel auf der Kaltluftseite des oberen Mischklappenflügels 12c derart angeordnet, dass es etwa parallel zur Zweitklappe 16, 17 liegt, wenn diese sich in ihrer maximalen Öffnungsstellung 16a befindet.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, ermöglicht die gezeigte Strömungsregulierklappeneinheit mit den beiden seit­ lichen Zweitklappen 16, 17 in der Klappenfläche der Tempera­ tur-Mischklappe 12 eine verbesserte Mischung von Kalt- und Warmluftstrom und eine sehr gezielte Zuführung warmer oder kalter Luft zu den Seitendüsenkanälen 5, 6 einerseits und zu den anderen, aus dem Mischraum 3 abzweigenden Strömungskanä­ len 4, 7, 8 andererseits. Speziell ermöglicht die gezeigte Strömungsregulierklappeneinheit eine regulierte Zuführung zu­ sätzlicher Warmluft zu den Seitendüsenkanälen über die Zweit­ klappen 16, 17. Damit lässt sich die häufig gestellte Anfor­ derung erfüllen, den Seitendüsenkanälen wärmere Luft als dem Mitteldüsenkanal zuführen zu können. Es versteht sich, dass Richtung und Menge der zusätzlich über die Zweitklappen ein­ gespeisten Warmluft durch geeignete Wahl der Größe, Lage und Verstellmechanik der Zweitklappen in gewünschter Weise einge­ stellt werden kann.

Des weiteren versteht sich, dass in alternativen Ausführungs­ formen der Erfindung in der Temperatur-Mischklappe nur eine Zweitklappe oder aber mehr als die beiden gezeigten Zweit­ klappen an beliebiger, gewünschter Stelle vorgesehen sein können. Insbesondere können bei Bedarf statt oder zusätzlich zu den gezeigten, warmluftseitig angeordneten Zweitklappen eine oder mehrere Zweitklappen an der Kaltluftseite der Mischklappe angeordnet werden, über die dann ein zusätzlicher Kaltluftstrom durch den Mischklappenflügel hindurch in den Mischraum geführt werden kann, z. B. in einem mittleren, dem Mitteldüsenströmungskanal zugeordneten Bereich der Mischklappe.

Im übrigen versteht sich, dass die erfindungsgemäße Strö­ mungsregulierklappeneinheit nicht nur zur Warm- und Kaltluft­ mischung in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, sondern für be­ liebige andere Anwendungsfälle geeignet ist, in denen Bedarf besteht, einen Teilluftstrom mit steuerbarem Durchtrittsquer­ schnitt durch einen Flügel einer Hauptklappe hindurchleiten zu können. Statt der gezeigten Zwangskopplung mittels einer Kulissenführung können die eine oder mehreren Zweitklappen auch in anderer Weise an die Bewegung der Hauptklappe ange­ koppelt sein. Alternativ kann die Zweitklappenbewegung von der Hauptklappenbewegung entkoppelt sein, wobei dann den Zweitklappen eigene Stellmittel zugeordnet sind. Die Zweit­ klappen können dann unabhängig von der Hauptklappe einge­ stellt werden.

Claims (7)

1. Strömungsregulierklappeneinheit mit
einer Hauptklappe (12) mit einem Klappenflügel (12c), der um eine Schwenkachse (13) schwenkbeweglich in einer Strö­ mungskanalstruktur montierbar ist, und
einer der Hauptklappe zugeordneten Zweitklappe (16, 17),
dadurch gekennzeichnet, dass die Zweitklappe (16, 17) in einer Öffnung (18) des Klappenflügels (12c) der Hauptklappe (12) um eine von der Hauptklappen-Schwenkachse (13) verschiedene Zweitklappen- Schwenkachse (20) schwenkbeweglich angeordnet ist.

2. Strömungsregulierklappeneinheit nach Anspruch 1, wei­ ter dadurch gekennzeichnet, dass an einem Klappenflügel (17b) der Zweitklappe (16, 17) ein davon abstehender Führungsbolzen (21) als Klappenbetätigungselement vorgesehen ist.

3. Strömungsregulierklappeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zweitklappen (16, 17) im Klappenflügel (12c) der Hauptklappe (12) vorgese­ hen sind.

4. Strömungsführende Struktur mit
einer Strömungskanalstruktur mit einem ersten und ei­ nem zweiten Strömungskanal (1, 2) und
einer Strömungsregulierklappeneinheit mit einer Hauptklappe (12), die zwischen einer ersten Endstellung (12a), in der sie den ersten Strömungskanal (1) freigibt und den zweiten Strömungskanal absperrt, und einer zweiten End­ stellung (12b), in der sie den ersten Strömungskanal absperrt und den zweiten Strömungskanal freigibt, schwenkbeweglich an­ geordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass 1 die Strömungsregulierklappeneinheit eine solche nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.

5. Strömungsführende Struktur nach Anspruch 4, weiter gekennzeichnet durch Mittel (21, 22) zur Kopplung der Schwenkbewegung der wenigstens einen Zweitklappe (16, 17) mit der Schwenkbewegung der Hauptklappe (12) derart, dass sich die Zweitklappe, wenn die Hauptklappe von der einen in die andere Endstellung bewegt wird, aus einer Schließstellung heraus bis zu einer vorgebbaren maximalen Öffnungsstellung (16a) und dann wieder zurück in die Schließstellung bewegt.

6. Strömungsführende Struktur nach Anspruch 4 oder 5, weiter gekennzeichnet durch Kulissenführungsmittel zur Bewe­ gungskopplung der wenigstens einen Zweitklappe (16, 17) mit der Hauptklappe (12), die einen an einem Klappenflügel (17b) der Zweitklappe seitlich fixierten Führungsbolzen (21), der axial über den Zweitklappenflügel vorsteht, und eine Kulis­ sennut (22) beinhalten, die in einer benachbarten Strömungs­ kanalwand (23) vorgesehen ist und in die der Führungsbolzen eingreift.

7. Strömungsführende Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil einer luftführenden Struktur einer Fahrzeugklimaanlage ist, wobei der erste Strömungskanal ein Kaltluftkanal (1) und der zweite Strömungskanal ein mit einer Heizeinrichtung (15) versehender Warmluftkanal (2) ist und mit der Strömungsregulierklappen­ einheit die Warmluft aus dem Warmluftkanal und die Kaltluft aus dem Kaltluftkanal in steuerbaren Mengenanteilen in einen Mischraum (3) weitergeleitet wird.