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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Luftvermischung mit mindestens einem Luftwiderstandselement. Das Luftwiderstandselement ist um eine Drehachse drehbeweglich gehaltert angeordnet und ist sich in Richtung der Drehachse erstreckend ausgebildet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft. Das Klimatisierungssystem weist ein Gehäuse mit Luftauslässen und mindestens zwei Strömungspfaden, welche in eine Mischkammer mündend ausgebildet sind, sowie eine Anordnung zur Luftverteilung auf.
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Bei Kraftfahrzeugen ist aufgrund der zunehmenden Anzahl an technischen Komponenten eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens erforderlich, um die gewünschte Funktionsvielfalt durch Unterbringung der Komponenten überhaupt gewährleisten zu können. Aus diesem Grund sind auch großvolumige Komponenten zur Klimatisierung, wie sie aus stationären Klimaanlagen in Form von Mischkammern, Strömungsleit- und Verwirbelungseinrichtungen bekannt sind, in Kraftfahrzeugen wegen der geringen Platzverhältnisse nicht einsetzbar.
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Eine zusätzliche Anforderung an eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, welche einen zugeführten Luftmassenstrom konditioniert, gegebenenfalls aufteilt und die einzelnen Luftmassenströme in unterschiedliche Bereiche des Fahrzeugs leitet, besteht darin, verschiedene Luftauslässe der Klimaanlage je nach Lage und Funktion mit verschieden temperierten Luftmassenströmen zu beaufschlagen. Der zugeführte Luftmassenstrom wird dabei über unterschiedliche Wärmeübertrager geführt, sodass die Luft abgekühlt und entfeuchtet sowie, wenn notwendig, wieder aufgeheizt wird, bevor sie in den Fahrgastraum geleitet wird. Dabei wird die Luft beispielsweise in den Fußraum sowie über Öffnungen im Armaturenbrett in den Fahrgastraum eingeblasen und zudem über Auslässe unmittelbar an die Frontscheibe geführt, um diese beschlagfrei zu halten oder abzutauen. Bei gattungsgemäßen luftseitig geregelten Klimatisierungssystemen wird der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassenstrom mittels einer Klappe, auch als Temperaturklappe bezeichnet, in zwei Teilluftmassenströme aufgeteilt. Mittels der Temperaturklappen und unterschiedlichen Regelmechanismen werden die erforderlichen Temperaturen der Luftströmungen eingestellt. Dabei wird der eine Teilluftmassenstrom durch einen im unteren Bereich des Systems angeordneten Heizwärmeübertrager geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassenstrom als Kaltluft am Heizwärmeübertrager vorbei. Beide unterschiedlich temperierten Teilluftmassenströme werden anschließend zum Erreichen der geforderten Zieltemperatur vermischt.
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Bei herkömmlichen Klimatisierungssystemen werden die Teilluftmassenströme nicht vollständig vermischt. An den verschiedenen Auslässen der Luft in den Fahrgastraum treten bei Zwischenstellungen der Temperaturklappe unterschiedliche Temperaturen auf. Die voneinander abweichenden Temperaturen der Luftmassenströme an den unterschiedlichen Auslässen, wie Fußraum, Armaturenbrett und Scheibenbelüftung, werden als Temperaturschichtung bezeichnet.
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Zur Verringerung der Schichtung zwischen bestimmten Auslässen werden beispielsweise Warmluftkanäle, insbesondere zum Leiten warmer Luft zum Auslass an die Frontscheibe, vorgesehen, welche als zusätzliche Elemente zum einen den Luftdurchsatz und die Akustik beeinträchtigen und zum anderen höhere Kosten verursachen.
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Andere bekannte Klimatisierungssysteme weisen eine Temperaturklappe in Verbindung mit einer vergrößerten Mischzone auf, welche derart ausgebildet sind, den Kaltluftmassenstrom in Richtung des Warmluftmassenstroms zu leiten und die Luftmassenströme für eine ausreichende Vermischung durch die vergrößerte Mischzone zu führen. Die Güte der Vermischung wird dabei über die Größe der Mischzone erreicht. Alternativ oder zusätzlich werden die Klimatisierungssysteme, insbesondere im Bereich der Mischzone, mit Leitblechen beziehungsweise Prallblechen als Verengungselemente oder Drosselelemente ausgebildet, um innerhalb des sich zu vermischenden Luftmassenstroms Turbulenzen zu erzeugen. Mit den zusätzlichen, den Strömungsquerschnitt für den Luftmassenstrom verringernden Blechen wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Dabei steigt nachteilig gleichermaßen der Druckverlust an.
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Aus dem Stand der Technik ist ebenfalls bekannt, das Klimatisierungssystem derart auszubilden, dass der Warmluftmassenstrom und der Kaltluftmassenstrom zur besseren Durchmischung frontal aufeinandertreffend geleitet werden und sich anschließend vermischen. Andere Ausführungen von herkömmlichen Systemen weisen Prallbleche auf, welche je nach Bedarf die unterschiedlichen Luftmassenströme an bestimmten Positionen innerhalb des Systems blockieren, den Durchgang versperren und damit ein Durchströmen der Luft verhindern. Die Leitbleche, Prallbleche, Verengungselemente oder Drosselelemente sind beispielsweise an der Temperaturklappe selbst ausgebildet.
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Im Stand der Technik sind auch Systeme mit mehr als zwei Strömungspfaden der Luft bekannt, bei denen die Luft innerhalb der Strömungspfade unterschiedliche Temperaturen aufweist.
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Aus der
EP 1 336 517 A1 geht eine Klimaanlage mit einem in einem Luftkanal angeordneten Verdampfer und einem in Strömungsrichtung der Luft anschließend angeordneten Heizwärmeübertrager hervor. Der im Verdampfer konditionierte Luftmassenstrom ist anschließend in drei unterschiedliche Strömungspfade aufteilbar, wobei ein Strömungspfad als Warmluftkanal die Luft durch den Heizwärmeübertrager hindurchleitet und die beiden anderen Strömungspfade als Kaltluftkanäle beziehungsweise Bypässe die Luft jeweils am Heizwärmeübertrager vorbeiführen. Die unterschiedlichen Strömungspfade dienen der Vermeidung einer starken Schichtung und damit einer verbesserten Temperaturverteilung im Luftmassenstrom.
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Allerdings weist die Klimaanlage mit den Schiebeklappen und/oder drehbaren Klappen sowie der dazugehörigen Antriebstechnik eine konstruktiv sehr aufwendige Steuerung der Luftmassenströme durch beziehungsweise um den Heizwärmeübertrager auf. Zudem ist die Klimaanlage mit einer Vielzahl von Mischkammern ausgebildet und erfordert einen großen Bauraum.
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Aus dem Stand der Technik sind Alternativen zur Ausbildung von Klimaanlagen mit einer Vielzahl von Schiebeklappen und/oder Drehklappen und der jeweils dazugehörigen Antriebstechnik bekannt.
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So geht aus der
DE 196 03 126 A1 eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage zum selektiven Öffnen von mindestens drei Auslässen hervor. Die Klimaanlage umfasst neben einem Gehäuse, eine Drehwelle, welche im Gehäuse drehbar gelagert ist, und einen bogenförmigen Drehschieber, welcher mit der Drehwelle in Verbindung steht. Der Drehschieber weist mehrere Öffnungen und ein Antriebsmittel zum Drehen der Drehwelle auf. Das Gehäuse ist mit mehreren zu den Auslässen führenden Kanälen ausgebildet, deren Eintrittsöffnungen entlang der Umfangsfläche des Drehschiebers angeordnet sind. Mittels des Drehschiebers werden die Eintrittsöffnungen der Kanäle verschlossen und/oder geöffnet, sodass der Luftstrom mit einheitlicher Temperatur von einer Mischkammer ausgehend auf mehrere Kanäle aufgeteilt wird.
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Den im Stand der Technik bekannten Systemen ist zu eigen, dass sie entweder apparativ sehr aufwendig zusätzliche Elemente aufweisen, welche zudem weiteren Platz beanspruchen, Kosten und auch einen zusätzlichen Montageaufwand sowie einen entsprechenden Wartungsaufwand nach sich ziehen. Des Weiteren bewirken die zusätzlichen Einbauten Begrenzungen und Verengungen der Strömungskanäle und verursachen damit erhöhte Druckverluste in der Luftströmung, was wiederum zu einem erhöhten Leistungsbedarf und damit Energieverbrauch sowie einer Verringerung der Effizienz des Klimatisierungssystems und damit des gesamten Kraftfahrzeugs führt.
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Zudem bedingen die aus dem Stand der Technik bekannten Klappengeometrien neben den deutlichen Strömungsverlusten auch starke Strömungsgeräusche. Durch ein Schwingen der Klappen können Vibrationen erzeugt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimasystem zur Verfügung zu stellen, dass je nach Bedarf sowohl eine optimale Durchmischung mit möglichst geringer Schichtung bezüglich der Temperaturen des Luftmassenstroms als auch einen minimalen Aufwand zur Temperatursteuerung aufweist. Insbesondere soll ein Luftmassenstrom in einer der Hauptströmungsrichtungen, in welchen keine oder nur eine geringe Durchmischung der Luftmassenströme erforderlich ist, nicht oder lediglich minimal beeinflusst werden und gleichzeitig ein Kanal eines zweiten Luftmassenstroms zumindest teilweise geschlossen werden. Dabei sollte die Luft gezielt geführt werden und sowohl die Anzahl der einzusetzenden Komponenten als auch deren Bauraumbedarf minimal sein. Die anfallenden Kosten für Herstellung, Montage und Wartung sollen minimal sein.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Luftverteilung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Klimatisierungssystem ist mit einem Gehäuse mit mindestens zwei Strömungspfaden, welche in eine Mischkammer münden, mindestens einem Luftauslass sowie einer den mindestens einen Luftauslass öffenbaren und verschließbaren Luftklappe ausgebildet. Die Anordnung weist eine Vorrichtung zur Luftvermischung mit mindestens einem Luftwiderstandselement auf, welches um eine Drehachse drehbeweglich gehaltert angeordnet ist und sich in Richtung der Drehachse erstreckt.
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Nach der Konzeption der Erfindung weist das Luftwiderstandselement mindestens eine Durchströmöffnung auf, sodass abhängig von der Stellung der Vorrichtung ein Querschnitt mindestens eines Strömungspfads des Gehäuses veränderbar ist. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß über Verbindungselemente mit mindestens einer der mindestens einen Luftklappe derart gekoppelt ausgebildet, dass mit einer Bewegung der Luftklappe die Stellung des Luftwiderstandselements geändert wird.
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Unter Verbindungselementen sind mechanische und/oder elektrische beziehungsweise elektronische Komponenten zu verstehen, welche eine gemeinsame Verstellung des mindestens einen Luftwiderstandselements der Vorrichtung mit einer der mindestens einen Luftklappe ermöglichen. Die mechanische Verbindung kann beispielsweise über eine Drehscheibe mit eingeformten Kurvenbahnen, in welche Anschlussstücke der Vorrichtung und der Luftklappe eingreifen, über verschieden ausgebildete Gestänge, über ein Getriebe oder über eine elektronische Steuerung von einzelnen Antriebselementen erzielt werden.
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Das Klimatisierungssystem ist bevorzugt derart betreibbar ausgebildet, dass ein durch den ersten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom eine zweite Temperatur aufweisen. Dabei werden der erste Strömungspfad als ein Kaltluftpfad und der zweite Strömungspfad als ein Warmluftpfad betrieben.
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Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind das über Verbindungselemente mit der mindestens einen Luftklappe gekoppelte Luftwiderstandselement und die Luftklappe jeweils mit einem Antrieb, insbesondere einem elektrischen Antrieb, wie einem Stellmotor, ausgebildet. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weisen das über Verbindungselemente mit der mindestens einen Luftklappe gekoppelte Luftwiderstandselement und die Luftklappe einen gemeinsamen Antrieb, insbesondere einen elektrischen Antrieb, wie einen Stellmotor, auf. Dabei ist der Antrieb zumindest ein Teil der Verbindungselemente.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Luftwiderstandselement und die Luftklappe derart miteinander gekoppelt, dass das Luftwiderstandselement in einer ersten Endstellung den Querschnitt des ersten Strömungspfads, insbesondere des Kaltluftpfads, verändernd angeordnet ist, wobei die mindestens eine Luftklappe den dazugehörigen Luftauslass, insbesondere den Luftauslass zu einem Armaturenbrett, vorwiegend verschließend angeordnet ist. In einer zweiten Endstellung ist das Luftwiderstandselement zudem den Querschnitt des ersten Strömungskanals unverändernd angeordnet, wobei die mindestens eine Luftklappe den dazugehörigen Luftauslass vorwiegend öffnend angeordnet ist. Das Luftwiderstandselement ist dabei in der ersten Endstellung vorteilhaft den Querschnitt des zweiten Strömungskanals, insbesondere des Warmluftpfads, unverändernd angeordnet, wobei wenigstens eine der Luftklappen, insbesondere des Luftauslasses zu einer Frontscheibe und des Luftauslasses zu einem Fußraum, vorwiegend öffnend angeordnet sind. In der zweiten Endstellung ist das Luftwiderstandselement bevorzugt den Querschnitt des zweiten Strömungskanals verändernd angeordnet, wobei die Luftklappen der dazugehörigen Luftauslässe die Luftauslässe vorwiegend verschließend angeordnet sind.
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Von Vorteil ist, dass die Vorrichtung zur Luftvermischung eine Welle mit einer Längsachse aufweist. Dabei entspricht die Längsachse der Welle der Drehachse der Vorrichtung. Das mindestens eine Luftwiderstandselement ist bevorzugt an der Welle angeordnet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Luftwiderstandselement der Vorrichtung zur Luftvermischung aus einer in einem senkrecht zur Längsachse der Welle ausgerichteten Querschnitt bogenförmigen Fläche, insbesondere einer kreisbogenförmigen Fläche, mit vier Seitenkanten ausgebildet. Dabei ist eine der Seitenkanten als Stirnseite bevorzugt direkt an der Welle angeordnet und starr mit der Welle verbunden. Die kreisbogenförmige Ausbildung der Fläche ermöglicht eine bauraumoptimierte Anordnung insbesondere in Verbindung mit einer drehgelagerten Temperaturklappe. Die bevorzugt kreisbogenförmige Fläche ist mit einem konstanten Radius um eine Längsachse gebogen. Die bogenförmige Fläche des Luftwiderstandselements ist als Anströmfläche für einen Luftmassenstrom zudem vorteilhaft mit Strömungsprofilen beziehungsweise Durchströmöffnungen ausgebildet.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Luftwiderstandselement der Vorrichtung zur Luftvermischung aus einer in einem senkrecht zur Längsachse der Welle ausgerichteten Querschnitt geraden Fläche, mit vier Seitenkanten ausgebildet. Dabei ist eine der Seitenkanten als Stirnseite bevorzugt direkt an der Welle angeordnet und starr mit der Welle verbunden. Die gerade Fläche des Luftwiderstandselements ist als Anströmfläche für einen Luftmassenstrom zudem vorteilhaft mit Strömungsprofilen beziehungsweise Durchströmöffnungen ausgebildet. Die gerade Ausbildung der Fläche ist insbesondere in Verbindung mit einer als Schiebeklappe ausgebildeten Temperaturklappe vorgesehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Vielzahl an Luftwiderstandselementen auf. Die Luftwiderstandselemente sind dabei in Richtung der Drehachse derart beabstandet zueinander angeordnet, dass zwischen den Luftwiderstandselementen jeweils ein Freiraum als Durchströmöffnung für einen Luftmassenstrom ausgebildet ist. Unter einer Vielzahl von Luftwiderstandselementen ist eine Anzahl von mehr als einem Luftwiderstandselement, das heißt eine Anzahl von zwei oder mehr Luftwiderstandselementen, zu verstehen. Die Luftwiderstandselemente sind in Richtung der Drehachse vorteilhaft fluchtend zueinander angeordnet.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Klimatisierungssystem umfasst Mittel zur Förderung und zur Konditionierung, insbesondere zur Kühlung, zur Erwärmung und zur Entfeuchtung, von Luft und weist ein Gehäuse mit Luftauslässen und mindestens zwei Strömungspfaden auf. Die Strömungspfade münden in eine gemeinsame Mischkammer. Ein durch den ersten Strömungspfad geführter Luftmassenstrom als Teilluftmassenstrom beziehungsweise Anteil des gesamten im Klimatisierungssystem geförderten Luftmassenstroms weist eine erste Temperatur und ein durch den zweiten Strömungspfad geführter Teilluftmassenstrom weist eine zweite Temperatur auf. Die Luftmassenströme sind durch die Strömungspfade und die Mischkammer zu den Luftauslässen leitbar.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist innerhalb der Mischkammer eine voranstehend beschriebene erfindungsgemäße Anordnung zur Luftverteilung ausgebildet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Luftwiderstandselemente je nach Stellung der Vorrichtung der Anordnung und die Drehachse der Vorrichtung am Rand oder außerhalb eines durch die Mischkammer geleiteten Luftmassenstroms, insbesondere eines Hauptluftmassenstroms, angeordnet. Durch die Ausbildung der Vorrichtung am Rand oder außerhalb der durch die Mischkammer geleiteten Luftmassenströme bleiben insbesondere die in einem der Hauptbetriebsmodi des Klimatisierungssystems durch die Mischkammer geförderten Luftmassenströme unbeeinflusst. Bei der Anordnung der Vorrichtung mit dem mindestens einen Luftwiderstandselement am Rand oder außerhalb eines durch die Mischkammer geleiteten Luftmassenstroms als Hauptluftmassenstrom ist der Luftwiderstand für den Hauptluftmassenstrom minimal und vernachlässigbar.
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Das Mittel zur Förderung der Luft ist bevorzugt als ein Lüfter, das Mittel zur Kühlung der Luft als ein Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes und das Mittel zur Erwärmung der Luft als ein Heizwärmeübertrager ausgebildet. Der Lüfter, der Verdampfer und der Heizwärmeübertrager sind innerhalb des Gehäuses angeordnet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizwärmeübertrager innerhalb einer der beiden Strömungspfade, insbesondere innerhalb des zweiten Strömungspfads, angeordnet und füllt den Querschnitt des Strömungspfads aus. Die Berührungsflächen zwischen dem Heizwärmeübertrager und der Wandung des Strömungspfads sind technisch dicht verschlossen, sodass der durch den Strömungspfad geführte Teilluftmassenstrom vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers geleitet wird. Der andere der beiden Strömungspfade, insbesondere der erste Strömungspfad, ist bevorzugt als Bypass um den Heizwärmeübertrager ausgebildet. Der durch den Bypass geleitete Luftmassenstrom tritt folglich nicht mit den Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers in Kontakt.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist eine Vorrichtung mit Luftwiderstandselementen zum Führen und Leiten oder zum mindestens teilweise Versperren von kalten beziehungsweise warmen Luftmassenströmen innerhalb des Klimatisierungssystems auf, mit dem Ziel, die Luftmassenströme optimal zu vermischen. Dabei dienen die Luftwiderstandselemente dem Erzeugen von Turbulenzen im Bereich der Mischkammer. Die Luftwiderstandselemente sind beispielsweise als Leitbleche, Prallbleche, Verengungselemente, integrierte Strömungskanäle oder Drosselelemente oder aus Kombinationen davon in unterschiedlicher Anzahl und Anordnung ausgebildet. Der durch die Vorrichtung erzeugte Luftwiderstand ist vernachlässigbar.
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Die erfindungsgemäße Lösung weist weitere diverse Vorteile auf:
- – Einstellen einer Temperatur des Luftmassenstroms mittels einer Anordnung zur Luftverteilung mit einer Vorrichtung zur Luftvermischung mit minimalem Aufwand zur Temperatursteuerung und Verzicht auf zusätzliche Komponenten und Einbauten, wie beispielsweise Warmluftkanäle,
- – Reduktion des Bauraums durch Minimierung der Anzahl an Komponenten,
- – Steigerung der Effizienz des Klimatisierungssystems, da die den Querschnitt der Strömungspfade verringernden Komponenten innerhalb der Strömungspfade gezielt angeordnet sind, sowie
- – Verringerung der Temperaturschichtung durch optimale Durchmischung des Luftmassenstroms und damit maximaler Komfort für die Insassen des Fahrgastraums.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs mit Luftauslässen und dazugehörigen Luftklappen aus dem Stand der Technik,
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2: ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs mit Luftauslässen und dazugehörigen Luftklappen nach 1 sowie einem Warmluftkanal aus dem Stand der Technik,
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3a, 3b: ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs mit Luftauslässen und dazugehörigen Luftklapppen sowie einer Vorrichtung zur Luftvermischung jeweils in einer Endstellung der Vorrichtung und
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4: die Vorrichtung zur Luftvermischung mit Luftwiderstandselementen in perspektivischer Ansicht.
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In 1 ist ein Klimatisierungssystem 1' aus dem Stand der Technik dargestellt. Das Klimatisierungssystem 1' weist einen nicht dargestellten Lüfter zum Ansaugen und Fördern der Luft in Strömungsrichtung 13 durch das Gehäuse 2 des Klimatisierungssystems 1' mit einen Verdampfer 4 und einem Heizwärmeübertrager 5 auf. Das Gehäuse 2 umfasst drei Luftauslässe 3a, 3b, 3c und eine Mischkammer 8.
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Der vom Lüfter angesaugte und in Strömungsrichtung 13 zum Verdampfer 4 hingeführte Luftmassenstrom wird vollständig oder anteilig über die Wärmeübertragerflächen des Verdampfers 4 geleitet und anschließend auf zwei Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Der Luftmassenstrom kann zumindest anteilig durch einen Bypass um den Verdampfer 4 herumgeleitet werden. Der erste Strömungspfad 6, auch als Kaltluftpfad 6 bezeichnet, führt die im Verdampfer 4 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft als Teilluftmassenstrom um den Heizwärmeübertrager 5 herum. Dabei ist der erste Strömungspfad 6 in vertikaler Richtung y des Klimatisierungssystems 1' oberhalb des Heizwärmeübertragers 5 angeordnet, welcher innerhalb des zweiten Strömungspfads 7 angeordnet ist. Der durch den zweiten Strömungspfad 7 geführte Teilluftmassenstrom wird vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers 5 geleitet und erwärmt. Der Strömungspfad 7 wird folglich auch als Warmluftpfad 7 bezeichnet. Die Strömungspfade 6, 7 münden jeweils in die Mischkammer 8. Die auf die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilten Teilluftmassenströme werden in der Mischkammer 8 wieder zusammengeführt und vermischt bevor die nunmehr konditionierte Luft durch die einzelnen Luftauslässe 3a, 3b, 3c dem Fahrgastraum zugeführt wird.
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Der über den Verdampfer 4 geführte Luftmassenstrom wird mittels der Temperaturklappen 9a, 9b in die Teilluftmassenströme auf die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Mittels der Stellung der Temperaturklappen 9a, 9b sind die Teilluftmassenströme durch die Strömungspfade 6, 7, das heißt die Anteile am gesamten durch das Klimatisierungssystem 1' geführten Luftmassenstroms, und damit die Temperatur an den Luftauslässen 3a, 3b, 3c, steuerbar. Die Temperaturklappe 9a dient dem Öffnen und Verschließen des Kaltluftpfads 6. während die Temperaturklappe 9b zum Öffnen und Verschließen des Warmluftpfads 7 vorgesehen ist.
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Der Luftauslass 3a zur Frontscheibe, der Luftauslass 3b zum Fußraum und der Luftauslasses 3c zum Armaturenbrett können mittels der Luftklappen 10, 11, 12' verschlossen beziehungsweise geöffnet werden. Nach 1 sind die Luftklappen 10, 11, 12' derart ausgerichtet, dass die Luftauslässe 3a, 3b, 3c geöffnet sind. Der Luftauslass 3c wird auch als Insassen- oder Fahrer-Anströmer bezeichnet, da der durch den Luftauslass 3c geleitete Luftmassenstrom die Insassen direkt anströmen kann. Die im Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, geradflächig ausgebildeten Luftklappen 10, 11, 12' sind jeweils um eine Drehachse drehbar gelagert und erstrecken sich in Tiefenrichtung z. Die Luftklappe 12' des Luftauslasses 3c zum Armaturenbrett ist beispielsweise um die Drehachse 16' drehbar angeordnet.
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Bei der in 1 dargestellten Anordnung mit geöffneten Temperaturklappen 9a, 9b wird der Luftmassenstrom auf die Strömungspfade 6, 7 aufgeteilt. Der in Strömungsrichtung 14 durch den Kaltluftpfad 6 geleitete erste Teilluftmassenstrom und der in Strömungsrichtung 15 durch den Warmluftpfad 7 geleitete zweite Teilluftmassenstrom werden in der Mischkammer 8 vermischt und durch die Luftauslass 3a, 3b, 3c in den Fahrgastraum geleitet.
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Aus 2 geht ein Klimatisierungssystem 1'' eines Kraftfahrzeugs mit den Luftauslässen 3a, 3b, 3c und den dazugehörigen Luftklappen 10, 11, 12' nach 1 sowie einem Warmluftkanal 7a aus dem Stand der Technik hervor. Der innerhalb des Luftmassenstroms oder seitlich neben dem Luftmassenstrom angeordnete Warmluftkanal 7a dient dabei im Wesentlichen zum Leiten warmer Luft aus dem Warmluftpfad 7 zum Luftauslass 3a der Frontscheibe und dem Verringern der Schichtung der Luft zwischen den Luftauslässen 3a, 3b, 3c. Der innerhalb der Mischkammer 8 angeordnete Warmluftkanal 7a beansprucht zusätzlichen Bauraum und/oder reduziert den Strömungsquerschnitt für den Luftmassenstrom, sodass der Warmluftkanal 7a als zusätzliches Element zum einen den Luftdurchsatz durch die Mischkammer 8 und damit die Luftleistung sowie zum anderen die Akustik beeinträchtigt. Die Effizienz des Betriebs des Klimatisierungssystems 1'' wird verringert. Alternativ sind mehrere Warmluftkanäle beispielsweise in Tiefenrichtung z nebeneinander verteilt angeordnet.
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In den 3a und 3b ist ein Klimatisierungssystem 1 mit einer Vorrichtung 18 zur Luftvermischung mit den Luftauslässen 3a, 3b, 3c und dazugehörigen Luftklapppen 10, 11, 12 sowie einer Vorrichtung 18 zur Luftvermischung jeweils in einer Endstellung der Vorrichtung 18 dargestellt. In 3a ist das Klimatisierungssystem 1 im Betriebsmodus „Warmluft am Luftauslass Frontscheibe und am Luftauslass Fußraum“ gezeigt, bei welchem der in Strömungsrichtung 15 durch den Warmluftpfad 7 geleitete Luftmassenstrom unter Zumischen des in Strömungsrichtung 14 durch den Kaltluftpfad 6 geleiteten Luftmassenstroms in Hauptströmungsrichtung, das heißt in Strömungsrichtung 17a, zum Luftauslass 3a der Frontscheibe sowie zum Luftauslass 3b des Fußraums geführt wird. Die Luftauslässe 3a, 3b sind geöffnet. Der Luftauslass 3c zum Armaturenbrett ist durch die Luftklappe 12 verschlossen. In 3b ist das Klimatisierungssystem 1 im Betriebsmodus „Kaltluft am Luftauslass Armaturenbrett“ gezeigt, bei welchem der in Strömungsrichtung 14 durch den Kaltuftpfad 6 geleitete Luftmassenstrom unter Zumischen des in Strömungsrichtung 15 durch den Warmluftpfad 7 geleiteten Luftmassenstroms in Hauptströmungsrichtung, das heißt in Strömungsrichtung 17b, zum Luftauslass 3c des Armaturenbretts geleitet wird. Die Luftklappe 12 des Luftauslasses 3c zum Armaturenbrett ist in geöffneter Stellung des Luftauslasses 3c angeordnet. Die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung dient je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 im Wesentlichen der Verengung des Querschnitts des jeweiligen Strömungskanals 6, 7.
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Die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung ist in Drehrichtung 19 um eine Drehachse 20 zwischen zwei Endstellungen drehbar gehaltert angeordnet und mit Luftwiderstandselementen 21 ausgebildet. Die als Strömungswiderstände innerhalb des Luftmassenstroms angeordneten Luftwiderstandselemente 21 sind über eine sich in Richtung der Drehachse 20 erstreckende Welle 22 starr miteinander verbunden. Die im Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, kreisbogenförmigen Luftwiderstandselemente 21 erstrecken sich jeweils in Tiefenrichtung z, wobei die Luftwiderstandselemente 21 derart beabstandet zueinander angeordnet sind, dass der Querschnitt des jeweiligen Kanals lediglich verengt wird. Mit der kreisbogenförmigen Ausbildung der Luftwiderstandselemente 21 wird vorteilhaft der Arbeitsbereich der drehgelagerten Temperaturklappe 9a freigehalten und somit eine Optimierung des Bauraums erzielt. Bei einer alternativen Ausgestaltung und Anordnung der Temperaturklappen, beispielsweise der Ausgestaltung der Temperaturklappe als eine Schiebeklappe, könnten die Luftwiderstandselemente ungebogen und folglich mit einer geraden Fläche ausgebildet sein.
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In der ersten Endstellung gemäß 3a ist die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung mit den Luftwiderstandselementen 21 derart angeordnet, dass der Kaltluftpfad 6 im Querschnitt verringert wird. In der zweiten Endstellung gemäß 3b ist die Vorrichtung 18 mit den Luftwiderstandselementen 21 den Querschnitt des Warmluftpfads 7 verringernd ausgerichtet. Die Vorrichtung 18 ist zwischen den beiden Endstellungen stufenlos verdrehbar.
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Die um die Drehachse 16 in Drehrichtung 23 drehbar gelagerte Luftklappe 12 des Luftauslasses 3c des Armaturenbretts und die um die Drehachse 20 in Drehrichtung 19 gelagerte Vorrichtung 18 zur Luftvermischung sind über Verbindungselemente, wie einen gemeinsamen Antrieb, miteinander gekoppelt ausgebildet. In der ersten Endstellung der Vorrichtung nach 3a ist die Luftklappe 12 den Luftauslass 3c verschließend ausgerichtet. In der zweiten Endstellung der Vorrichtung 18 nach 3b ist die Luftklappe 12 den Luftauslass 3c öffnend angeordnet. Der Verbindungselemente sind bevorzugt derart ausgebildet, dass die Vorrichtung 18 und die Luftklappe 12 jeweils gleichzeitig in die jeweiligen Endstellungen verbracht sind. Nach einer alternativen Ausgestaltung weisen sowohl die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung als auch die Luftklappen 10, 11, 12 einen separaten Antrieb auf. Die Antriebe sind dabei miteinander gekoppelt ausgebildet, sodass die Bewegung beziehungsweise Verdrehung der Vorrichtung 18 und der Luftklappen 10, 11, 12 gleichzeitig erfolgen. Die bevorzugten Kopplungen in verschiedenen Betriebsmodi sind in einer unten stehenden Tabelle zusammengestellt.
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In Bezug auf die Anströmfläche sind die Luftwiderstandselemente 21 je nach Anströmrichtung konvex beziehungsweise konkav ausgebildet. In der ersten Endstellung der Vorrichtung 18 nach 3a werden die Luftwiderstandselemente 21 im Wesentlichen auf der konkaven Seite, welche in Richtung des Kaltluftpfads 6 ausgerichtet ist, in Strömungsrichtung 14 von Kaltluft angeströmt. In der zweiten Endstellung der Vorrichtung 18 nach 3b werden die Luftwiderstandselemente 21 auf der konvexen Seite, welche in Richtung des Warmluftpfads 7 ausgerichtet ist, in Strömungsrichtung 15 mit Warmluft aus dem Warmluftpfad 7 beaufschlagt.
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Die Drehachse 20 der Vorrichtung 18 zur Luftvermischung ist am Übergang und damit jeweils am Rand beziehungsweise außerhalb der Strömungspfade 6, 7 angeordnet. Bei der Ausrichtung der Vorrichtung 18 in der ersten Endstellung gemäß 3a verringern die Luftwiderstandselemente 21 den Strömungsquerschnitt des Kaltluftpfads 6, sodass der in Strömungsrichtung 14 durch den Kaltluftpfad 6 strömende Luftmassenstrom beim Eintritt in die Mischkammer 8 verwirbelt und damit optimal mit dem durch den Warmluftpfad 7 strömenden Luftmassenstrom vermischt wird. In Strömungsrichtung 15 der Warmluft ist nahezu kein Strömungshindernis in Form von Luftleitelementen oder Ähnlichem ausgebildet. Die aus der Strömungsrichtung 15 anströmende Warmluft trifft dabei auf die strömungstechnisch vorteilhaft konvex gekrümmte Anströmfläche der Luftwiderstandselemente 21. Bei der Ausrichtung der Vorrichtung 18 zur Luftvermischung in der zweiten Endstellung gemäß 3b verringern die Luftwiderstandselemente 21 den Strömungsquerschnitt des Warmluftpfads 7, sodass der in Strömungsrichtung 15 durch den Warmluftpfad 7 strömende Luftmassenstrom beim Eintritt in die Mischkammer 8 verwirbelt und damit optimal mit dem durch den Kaltluftpfad 6 strömenden Luftmassenstrom vermischt wird. In Strömungsrichtung 14 der Kaltluft ist kein Strömungshindernis in Form von Luftleitelementen oder Ähnlichem angeordnet. Die aus der Strömungsrichtung 14 anströmende Kaltluft strömt innerhalb der mit strichpunktierten Linien dargestellten Hauptströmung in Strömungsrichtung 17b vom Kaltluftpfad 6 zum Luftauslass 3c. Die Vorrichtung 18 ist mit den Luftwiderstandselementen 21 im Übergangsbereich vom Warmluftpfad 7 zur Mischkammer 8, außerhalb der Hauptströmung angeordnet und beeinflusst die Luftströmung nicht.
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Bei dem in 3a dargestellten Betriebsmodus „Warmluft am Luftauslass Frontscheibe und/oder am Luftauslass Fußraum“ des Klimatisierungssystems 1 können die Temperaturklappe 9a den Kaltluftpfad 6 verschließend und die Temperaturklappe 9b den Warmluftpfad 7 öffnend angeordnet sein, sodass der gesamte, in das Gehäuse 2 angesaugte Luftmassenstrom durch den Warmluftpfad 7 zu den geöffneten Luftauslässen 3a, 3c geleitet wird. Diese Anordnungen stellen die Hauptbetriebsmodi zur schnellen Fahrzeugaufheizung dar. Dabei wird eine hohe Förderleistung der Warmluft durch einen freien Warmluftpfad 7 erreicht. Die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung ist mit den Luftwiderstandselementen 21 im Wesentlichen außerhalb des Luftmassenstroms beziehungsweise parallel zur Hauptströmungsrichtung, insbesondere zur Strömungsrichtung 17a, angeordnet.
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Bei dem in 3b dargestellten Betriebsmodus „Kaltluft am Luftauslass Armaturenbrett“ des Klimatisierungssystems 1 sowie bei dem nicht dargestellten Betriebsmodus „Kaltluft am Luftauslass Frontscheibe“ können die Temperaturklappe 9a den Kaltluftpfad 6 öffnend und die Temperaturklappe 9b den Warmluftpfad 7 verschließend angeordnet sein, sodass der gesamte, durch das Gehäuse 2 geförderte Luftmassenstrom im Wesentlichen ohne Strömungswiderstand durch den Kaltluftpfad 6 zum Luftauslass 3c beziehungsweise zum Luftauslass 3a geleitet wird. Diese Anordnungen entsprechen beispielsweise den hauptsächlichen Betriebsmodi zur schnellen Abkühlung des Fahrgastraums. Dabei wird eine hohe Förderleistung der Kaltluft durch einen freien Kaltluftpfad 6 erreicht. Die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung ist mit den Luftwiderstandselementen 21 außerhalb des Luftmassenstroms und parallel zur Hauptströmungsrichtung, insbesondere zur Strömungsrichtung 17b, angeordnet.
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Bei den in den 3a oder 3b nicht dargestellten Betriebsmodi
- – mit geöffnetem Luftauslass 3a zur Frontscheibe und geöffnetem Luftauslass 3b zum Fußraum sowie durch die Luftklappe 12 geschlossenem Luftauslass 3c zum Armaturenbrett,
- – mit geöffnetem Luftauslass 3b zum Fußraum und geöffnetem Luftauslass 3c zum Armaturenbrett sowie durch die Luftklappe 10 geschlossenem Luftauslass 3a zur Frontscheibe
- – mit geöffnetem Luftauslass 3a zur Frontscheibe und geöffnetem Luftauslass 3c zum Armaturenbrett sowie durch die Luftklappe 11 geschlossenem Luftauslass 3b zum Fußraum oder
- – mit geöffnetem Luftauslass 3a zur Frontscheibe und geöffnetem Luftauslass 3b zum Fußraum sowie geöffnetem Luftauslass 3c zum Armaturenbrett
ist die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung mit den Luftwiderstandselementen 21 jeweils vorteilhaft in einer der beiden Endstellungen nach 3a oder 3b angeordnet. In der nachfolgenden Tabelle sind die überwiegenden Stellungen der Luftklappen 10, 11, 12 und der Vorrichtung 18 mit den Luftwiderstandselementen 21 abhängig vom jeweiligen Betriebsmodus zusammenfassend gegenübergestellt.
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4 zeigt die Vorrichtung 18 zur Luftvermischung in perspektivischer Ansicht mit den Luftwiderstandselementen 21 als Elemente zur Intensivierung der Luftvermischung. Die Luftwiderstandselemente 21 sind um eine gemeinsame Drehachse 20, in Richtung der Drehachse 20 versetzt und fluchtend zueinander angeordnet. Die Luftwiderstandselemente 21 sind mit einer ebenen, um eine Mittelachse gebogenen Fläche mit vier Seitenkanten ausgebildet. Die gebogene Fläche umspannt dabei einen bestimmten Winkelbereich. Die mit einer Stirnseite direkt an der Welle 22 angeordneten Luftwiderstandselemente 21 sind an einer in Richtung der Drehachse 20 ausgerichteten Welle 22 starr gehaltert und über die Welle 22 miteinander verbunden.
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Die in Bezug auf den Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, kreisbogenförmigen Luftwiderstandselemente 21 sind in Tiefenrichtung z beabstandet zueinander angeordnet, sodass zwischen den Luftwiderstandselementen 21 Freiräume ausgebildet sind. Die Luftwiderstandselemente 21 weisen in Richtung der Drehachse 20 beziehungsweise in Tiefenrichtung z die gleiche Länge auf. Die von den Luftwiderstandselementen 21 aufgespannten Anströmflächen beziehungsweise die gegen den jeweiligen Luftmassenstrom gerichteten und mit einem definierten Winkelbereich ausgebildeten Wandungen sind gleich groß und können mit zusätzlichen Profilen oder Öffnungen zum Ablenken beziehungsweise Durchlassen des Luftmassenstroms versehen sein. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können sich die Luftwiderstandselemente 21 beispielsweise in der Länge in Tiefenrichtung z und/oder dem definierten Winkelbereich unterscheiden.
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Die Welle 22 weist an den Enden jeweils ein Lagerelement 24 auf. Die Lagerelemente 24 sind dabei als zylinderförmige Zapfen ausgebildet. Die Drehachse 20 und die Achsen der Lagerelemente 24 sind deckungsgleich.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''
- Klimatisierungssystem
- 2
- Gehäuse
- 3a
- Luftauslass Frontscheibe
- 3b
- Luftauslass Fußraum
- 3c
- Luftauslass Armaturenbrett
- 4
- Verdampfer
- 5
- Heizwärmeübertrager
- 6
- Strömungspfad, Kaltluftpfad
- 7
- Strömungspfad, Warmluftpfad
- 7a
- Warmluftkanal
- 8
- Mischkammer
- 9a, 9b
- Temperaturklappe
- 10
- Luftklappe Luftauslass Frontscheibe 3a
- 11
- Luftklappe Luftauslass Fußraum 3b
- 12, 12'
- Luftklappe Luftauslass Armaturenbrett 3c
- 13
- Strömungsrichtung der Luft
- 14
- Strömungsrichtung der Luft im Kaltluftpfad 6
- 15
- Strömungsrichtung der Luft im Warmluftpfad 7
- 16, 16'
- Drehachse der Luftklappe 12, 12'
- 17a, 17b
- Strömungsrichtung konditionierter Luftmassenstrom
- 18
- Vorrichtung zur Luftvermischung
- 19
- Drehrichtung des Luftvermischungselements 18
- 20
- Drehachse des Luftvermischungselements 18
- 21
- Luftwiderstandselement
- 22
- Welle
- 23
- Drehrichtung der Luftklappe 12
- 24
- Lagerelement
- x
- horizontale Richtung
- y
- vertikale Richtung
- z
- Tiefenrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1336517 A1 [0010]
- DE 19603126 A1 [0013]
