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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Staudruckkompensation eines Lufteinlassgehäuses für eine Kraftfahrzeugklimaanlage. Gattungsgemäße Lufteinlassgehäuse umfassen dazu einen Frischlufteinlass, einen Umlufteinlass und eine Luftklappenanordnung zum Einstellen des Verhältnisses zwischen Frischluft und Umluft.
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Bekannt sind Ausführungen, welche mit einer einzelnen Luftklappe auskommen, mittels welcher in einer ersten Endstellung der Umlufteinlass verschlossen und der Frischlufteinlass geöffnet ist, und mittels welcher in einer zweiten Endstellung der Frischlufteinlass verschlossen und der Umlufteinlass geöffnet ist, und mittels welcher in verschiedenen Zwischenstellungen ein variables Verhältnis zwischen aus dem Frischlufteinlass und dem Umlufteinlass zugeführter Luft einstellbar ist (in der ersten Endstellung ist die Luftklappe mit dem Umlufteinlass durch eine Dichtanordnung luftdicht verschlossen und in der zweiten Endstellung ist die Luftklappe mit dem Frischlufteinlass durch eine Dichtanordnung luftdicht verschlossen). Eine solche Frischluft/Umluftregelung hängt von verschiedenen Parametern wie z.B. der Gebläsedrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit ab und ist als solches schon lange bekannt. Als Hintergrundwissen sei beispielsweise auf die
DE 101 01 700 A1 ,
DE 197 33 052 A1 ,
EP 2 631 098 A1 ,
US 2001/0 014 582 A1 ,
DE 10 2015 204 511 A1 und die
EP 1 783 409 A1 verwiesen.
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Ein gängiges Problem ist, dass insbesondere bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs (also höheren Staudrücken am Frischlufteinlass) vermieden werden muss, dass im Umluftbetrieb oder Teilumluftbetrieb Frischluft direkt durch den Umlufteinlass in die Fahrgastzelle gedrückt wird. Zu diesem Zweck wird in der zweiten Endstellung der Frischlufteinlass mit der Luftklappe mittels einer Dichtanordnung luftdicht verschlossen. Dieses Problem wird beispielsweise in der
DE 10 2008 050 139 A1 behandelt. Als Lösung wird hierzu ab einer gewissen Fahrtgeschwindigkeit die Frischluftklappe ganz geschlossen, sodass nur noch ein Umluftbetrieb möglich ist.
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Bei einer Ein-Klappenlösung, d.h. wenn nur eine einzelne Luftklappe verwendet wird (welches aus Kostengründen bevorzugt ist) besteht zudem der Nachteil, dass bei einer schnellen Schließbewegung die Luftklappe den Frischlufteinlass ggf. mit einem hörbaren Geräusch schließt, welches als störend empfunden wird. Die Steuerung der Luftklappe müsste dann nämlich über eine steile Kurve in der Kulissenscheibe erfolgen, welches ein unpräzises Einstellen des Drehwinkels der Luftklappe zur Folge hat, weshalb es zu einem Anschlagen der Luftklappe an das Lufteinlassgehäuse kommen kann.
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Eine präzise Einstellung eines kleinen Spalts am Frischlufteinlass wäre aber nötig, weil ein zu großer Spalt zu keinem ausreichenden Druckabbau führt und damit ein Überströmen der Frischluft in den Umlufteinlass begünstigen würde. Ein zu kleiner Spalt würde die Frischluftzufuhr ggf. zu stark reduzieren oder ganz unterbinden. Ferner besteht die Gefahr, dass die Dichtlippe bei einer Beinahe-Schließung der Luftklappe vibrieren könnte.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Luftzufuhr über einen möglichst weiten Betriebsbereich unter Berücksichtigung der Komfortsituation (geringe Geräuschentwicklung) und der Kostenposition zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lufteinlassgehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Klimagerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Lufteinlassgehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Luftklappe eine Fast-Endstellung einstellbar ist, welche zwischen der Luftklappe und dem Frischlufteinlass eine kontaktlose Labyrinth-Dichtung bildet, ohne dass die Dichtanordnung den Frischlufteinlass luftdicht verschließt. Dies erlaubt eine erhebliche Staudruckkompensation mit Vermeidung eines Durchströmens von Frischluft in den Umlufteinlass mit nur einer Klappe. Durch eine geeignete Steuerung oder Regelung des Gebläses kann dies durch einen entsprechenden Unterdruck im Lufteinlassgehäuse unterstützt werden. Ferner wird durch die Labyrinth-Dichtung ohne physischen Kontakt kein Aufschlaggeräusch erzeugt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Labyrinth-Dichtung aus einem Paar einer Nut und einer freien Kante gebildet. Dies ist leicht herzustellen. Die freie Kante kann dann in die Nut eingreifen, ohne diese zu berühren. Vorteilhafterweise ist die Nut an dem Lufteinlassgehäuse (z.B. als modifizierter Übergang zwischen Lufteinlassgehäuse und Gebläsegehäuse) und die freie Kante als Verlängerung an der Luftklappe ausgebildet. Dies erfordert nur geringe Modifizierung des bestehenden Designs. Alternativ kann die Nut aber auch an der Klappe und die freie Kante am Lufteinlassgehäuse ausgebildet sein. Die Labyrinth-Dichtung mit Nut und freier Kante hat den Vorteil, dass die einzustellende Spaltbreite für die gewünschte Frischluftmenge nicht mehr so empfindlich vom Klappenwinkel abhängt, weil die Spaltbreite hauptsächlich durch den radialen Abstand zwischen der Klappenerweiterung, also der freien Kante der Luftklappe, und den seitlichen Wänden der Nut bestimmt wird.
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Die Nut kann ggf. durch eine einfache Modifikation der Gehäusegeometrie erreicht werden. Dies ist allerdings nicht immer möglich, weil beispielsweise das unter dem Lufteinlassgehäuse liegende separate Gebläsegehäuse nicht ohne weiteres entsprechend angepasst werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Nut daher als separates Einlage-Bauteil ausgebildet, welches in eine bestehende Gehäusenische eingebettet ist. Mit anderen Worten wird die Nut durch ein separates Teil in die Gehäusegeometrie eingepasst. Hierdurch könnten auch noch nach der ggf. eigenständigen Entwicklung des Gehäuses für das Gebläse letzte Anpassungen vorgenommen werden.
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Die Dichtanordnung umfasst eine an der Luftklappe angeordnete Dichtlippe und eine am Frischlufteinlass angeordnete Dichtfläche. Dabei kann dann insbesondere vorgesehen sein, dass an der Luftklappe die Dichtlippe von der freien Kante derart beabstandet angeordnet ist, dass die freie Kante bei einer Schließbewegung der Luftklappe bereits in die Nut entlang der Dichtfläche des Frischlufteinlasses eingreift, bevor die Dichtlippe mit der Dichtfläche in Kontakt kommt. Hierbei kann weitgehend auf bestehende Designs aufgebaut werden. Das Anbringen der Dichtlippe an der Luftklappe mit der freien Kante zum entfernten Ende der Luftklappe, also jenseits der Dichtlippe, stellt zudem sicher, dass beim Ausbilden der Labyrinth-Dichtung die Dichtlippe keinen unbeabsichtigten Kontakt herstellt.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind an der freien Kante Einkerbungen vorgesehen. Diese Einkerbungen erstrecken sich senkrecht zur Kantenflucht, also in Öffnungsrichtung der Luftklappe. Mit anderen Worten erstreckt sich die freie Kante nicht überall gleich weit in die Nut. Insbesondere erstreckt sich die freie Kante aber überall bis in die Nut, wenn die Fast-Endstellung erreicht wird. Die Einkerbungen können regelmäßig oder unregelmäßig entlang der freien Kante verteilt sein. Sie sind je nach Ausführungsvariante z.B. wellenförmig oder bogenförmig ausgebildet. Die Einkerbungen brechen den Luftstrom an der Labyrinth-Dichtung. Sie können so angepasst werden, dass unerwünschte Pfeiftöne, die an der Labyrinth-Dichtung möglicherweise erzeugt werden, über ein breiteres Frequenzspektrum verteilt und in ihrer Amplitude deutlich reduziert werden.
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Die Luftklappe ist typischerweise als Segmentklappe oder Doppelflügelklappe ausgestaltet. Dazu bieten sich dann bestimmte Geometrien des Lufteinlassgehäuses an. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Lufteinlassgehäuse kuppelförmig, also insbesondere halbkugel- oder halbzylinderförmig, ausgebildet. Der Frischlufteinlass und der Umlufteinlass liegen dabei in benachbarten Kuppelsegmenten, sodass die Luftklappe bei einer Schwenkbewegung eines von Frischlufteinlass und Umlufteinlass in dem Maße öffnet, wie es den jeweils anderen schließt.
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Zwischen dem Frischlufteinlass und dem Umlufteinlass ist ein Anschlag angeordnet, welcher in der ersten und/oder zweiten Endstellung mittels der Dichtlippe den jeweils geschlossenen Einlass (also den Umlufteinlass in der ersten Endstellung und den Frischlufteinlass in der zweiten Endstellung) an dieser Stelle luftdicht verschließt. Dabei kann optional vorgesehen sein, dass in der Fast-Endstellung zwischen Anschlag und Luftklappe eine Lücke ausgebildet ist, welche ein limitiertes Überströmen von Frischluft in das Lufteinlassgehäuse ermöglicht. Dieses limitierte und kontrollierte Überströmen kann durch die gesteuerte oder geregelte Gebläsedrehzahl in einem weiten operativen Bereich kompensiert werden, um ein Durchströmen der Frischluft bis in den Umlufteinlass weitgehend zu unterbinden.
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Erfindungsgemäß ist ein Klimagerät, insbesondere für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, mit einem zuvor genannten erfindungsgemäßen Lufteinlassgehäuse ausgestattet. Dazu ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung das Lufteinlassgehäuse in axialer Verlängerung der Gebläseachse angeordnet. Dies ermöglicht ein effizientes Ansaugen der Frischluft/Umluft aus dem Lufteinlassgehäuse.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den 1 bis 6 näher erläutert.
- Die 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Lufteinlassgehäuse eines Klimagerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- die 2 zeigt eine aufgeschnittene Draufsicht gemäß 1 in Höhe der Nut der Labyrinth-Dichtung,
- die 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A - A der 1, in der zweiten Endstellung mit vollständig geschlossenem Frischlufteinlass,
- die 4 zeigt die Schnittansicht gemäß 3, in der Fast-Endstellung mit größtenteils geschlossenem Frischlufteinlass und wirksamer Labyrinth-Dichtung, mit einer abgewandelten Nut,
- die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Luftklappe mit verlängerter, freier Kante und Einkerbungen gemäß einer Ausführungsvariante und
- die 6 zeigt eine Frontansicht auf den Frischlufteinlass mit der Luftklappe gemäß 5, kurz bevor diese die Fast-Endstellung erreicht.
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In der 1 ist eine Draufsicht auf ein Lufteinlassgehäuse 13 eines Klimagerätes 10 für eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Lufteinlassgehäuse 13 liegt oberhalb des Gebläses 11. Bei geeigneter Klappenstellung kann durch einen Frischeinlass 16 Frischluft L1 und durch einen Umlufteinlass 17 Umluft L2 in das Lufteinlassgehäuse 13 einströmen. Auf die Klappenstellung wird insbesondere mit Bezug zu den 3 und 4 noch näher eingegangen.
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In der 2 ist eine aufgeschnittene Draufsicht gemäß 1 dargestellt. Der Aufschnitt liegt in etwa in der Höhe, an welcher das Lufteinlassgehäuse 13 an den darunterliegenden Teil des Klimagerätes 10 mit dem Gebläse 11 und der Gebläseschnecke angrenzt. Das Lufteinlassgehäuse 13 ist typischerweise als separates Gehäuseteil ausgestaltet. Die Schnittebene entspricht der Höhe der Labyrinth-Dichtung 24, welche aus einer freien Kante 22 und einer Nut 23 gebildet wird und auf welche mit Bezug zu den 3 und 4 noch näher eingegangen wird.
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In den 3 und 4 sind Schnittansichten entlang der Linie A - A der 1 dargestellt. In dieser Ansicht ist am Besten zu sehen, dass das Lufteinlassgehäuse 13 in axialer Verlängerung der Gebläseachse 12 oberhalb von dem Gebläse 11 und dem Gebläsegehäuse 13B angeordnet ist. Der von oben oder seitlich in das Lufteinlassgehäuse eingeströmte Luftstrom L3 wird vom Gebläse 11 angesaugt. Das Lufteinlassgehäuse 13 besteht aus einer etwa halbkugelförmigen Kuppel 14, wobei der Frischlufteinlass 16 und der Umlufteinlass 17 in benachbarten Kuppelsegmenten 15A, 15B liegen, sodass die als Segmentklappe ausgebildete Luftklappe 19 bei einer Schwenkbewegung den Umlufteinlass 17 in dem Maße öffnet, wie sie den Frischlufteinlass 16 schließt (und umgekehrt).
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Umlaufend an der Luftklappe 19 ist eine Dichtlippe 20 vorgesehen. Die Dichtlippe 20 ist V-förmig oder Y-förmig ausgebildet, typischerweise 10 mm - 15 mm hoch und aus einem flexiblen Kunststoff hergestellt. Zwischen dem Frischlufteinlass 16 und dem Umlufteinlass 17 ist ein Anschlag 18 angeordnet, welcher in der ersten und/oder zweiten Endstellung S1, S2 mittels einem Schenkel der Dichtlippe 20 den jeweils geschlossenen Einlass an dieser Stelle luftdicht verschließt. An der unteren Kante des Öffnungsrings des Frischlufteinlasses 16 ist eine Dichtfläche 21 vorgesehen, welche bei geschlossenem Frischlufteinlass 16 mit der Dichtlippe 20 eine Dichtanordnung darstellt, die die untere Kante luftdicht verschließt. Eine entsprechende Dichtfläche (nicht näher bezeichnet) ist auch an der entfernten Kante vom Umlufteinlass 17 vorgesehen.
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Mittels einer Luftklappe 19 kann ein Mischungsverhältnis verschiedener Luftströme in das Lufteinlassgehäuse 13 gesteuert werden. Die 3 zeigt eine erste Endstellung S1 (schematisch, gestrichelt) mit einem vollständig geöffnetem Frischlufteinlass 16 und eine zweite Endstellung S2 mit vollständig geschlossenem Frischlufteinlass 16. Während in der ersten Endstellung S1 der Umlufteinlass 17 verschlossen ist, kann maximal viel Frischluft L1 durch den Frischlufteinlass 16 einfließen. Wenn in der zweiten Endstellung S2 der Frischlufteinlass 16 durch die Dichtanordnung luftdicht verschlossen ist, kann maximal viel Umluft L2 durch den voll geöffneten Umlufteinlass 17 einfließen. In verschiedenen Zwischenstellungen der Luftklappe 19 kann ein variables Verhältnis der Luftströme von Frischluft L1 und Umluft L2 eingestellt werden.
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An der Luftklappe 19 ist eine freie Kante 22 vorgesehen, welche sich vom unteren Schenkel der Luftklappe 19 jenseits der Dichtlippe 20 nach unten hin erstreckt. Ferner ist an dem Lufteinlassgehäuse 13 unterhalb und seitlich des Frischlufteinlasses 16 eine umlaufende Nut 23 vorgesehen, welche genügend breit ist, dass die freie Kante 22 kontaktlos darin eingreifen kann. Nut 23 und freie Kante 22 bilden dabei eine Labyrinth-Dichtung 24 aus. Die Dichtlippe 20 ist dabei an der Luftklappe 19 von der freien Kante 22 derart beabstandet angeordnet, dass die freie Kante 22 bei einer Schließbewegung der Luftklappe 19 bereits in die Nut 23 entlang der Dichtfläche 21 des Frischlufteinlasses 16 eingreift, bevor die Dichtlippe 20 mit der Dichtfläche 21 in Kontakt kommt. Die freie Kante 22 ist an die Tiefe der Nut 23 derart angepasst, dass sie nicht an den Nutboden anschlägt.
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Das Gebläsegehäuse 13B mit dem Gebläse 11 wird gängiger Weise als Standardentwurf für viele verschiedene Klimageräte verwendet, wobei dann das Lufteinlassgehäuse 13 für jedes spezifische Klimagerät 10 angepasst wird. In der 3 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, in welcher die Nut der Labyrinth-Dichtung in das Gebläsegehäuse 13B integriert ausgebildet wird.
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Je nach Ausführungsvariante kann es aber vorteilhaft sein, die Nut 23 als separates Bauteil als Inlay in die bestehende Gehäusegeometrie einzufügen. Dies hat den Vorteil, dass sich die Labyrinth-Dichtung 24 in einfacher Weise noch in einem späteren Stadium der Entwicklung des Klimageräts 10 anpassen lässt. Eine solche Ausführungsvariante ist mit Bezug zu der 4 angedeutet, wobei Nut 23 und freie Kante 22 fett dargestellt sind.
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Die 4 zeigt die Fast-Endstellung S3 mit größtenteils geschlossenem Frischlufteinlass 16. In dieser Klappenstellung bildet sich zwischen der Luftklappe 19 und dem Öffnungsring des Frischlufteinlasses 16 eine kontaktlose Labyrinth-Dichtung 24, ohne dass der Frischlufteinlass 16 luftdicht verschlossen wird. Dies erlaubt eine Staudruckkompensation mit Überströmungsvermeidung, dessen Funktionsweise im Folgenden kurz erläutert wird.
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Es wird aus Fertigungsgründen und anderen Überlegungen nicht ohne weiteres möglich sein, die Luftklappe 19 bei jedem Öffnungswinkel gegen jegliches Überströmen abzudichten. Je nach Ausgestaltung kann in der Fast-Endstellung S3 zwischen Anschlag 18 und Luftklappe 19 eine Lücke 25 ausgebildet sein. Dies ermöglicht ein extrem limitiertes Überströmen der Frischluft L1 vom Frischlufteinlass 16 in das Lufteinlassgehäuse 13. Ein Überströmen vom Frischlufteinlass 16 in den Umlufteinlass 17 (Leckage-Luftstrom L5) wird durch einen einstellbaren und ausreichend großen Druckabbau am frischluftseitigen Klappenspalt geringgehalten, sodass dieser noch im Wesentlichen vom Gebläse 11 in die Luft L3 eingezogen werden kann. Insbesondere kann mittels der Labyrinth-Dichtung 24 erreicht werden, dass durch ein geräuscharmes Umschalten in die Fast-Endstellung S3 auch bei niedriger Gebläsestufe und 500pa Staudruck im Wesentlichen keine Frischluft direkt in den Umlufteinlass 17 fließt. Die Spaltbreite von typischerweise 2mm bis 3mm in der Nut 23 ist ausreichend breit, dass die freie Kante 22 der Luftklappe 19 problemlos darin einfahren kann. Durch die Tiefe von typischerweise 10 mm - 15mm ist eine gewisse Toleranz im Einstellen des Klappenwinkels akzeptabel, ohne dass die freie Kante 22 unten anschlägt und die Luftspaltbreite maßgeblich beeinflusst wird.
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In der 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftklappe 19 mit verlängerter freien Kante 22 und Einkerbungen 26 gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt. Die Einkerbungen 26 in der freien Kante 22 sind derart gestaltet, dass die Geräuschentstehung durch Turbulenzen am Spalt der Labyrinth-Dichtung 24 reduziert wird. In der gezeigten Variante umfasst die freie Kante 22 acht als Rundbögen ausgestaltete Einkerbungen 26, welche im Bereich zwischen 5 mm und weniger als 10mm hoch sind und in regelmäßigen Abständen entlang der freien Kante 22 verteilt angeordnet sind. Die Dichtlippe 20 ist noch deutlich von den oberen Bögen der Einkerbungen 26 beabstandet, sodass in der Fast-Endstellung S3 die Einkerbungen 26 ganz unter dem Horizont der unteren Kante des Öffnungsrings des Frischlufteinlasses 16 verschwinden können, aber zugleich die Dichtlippe 20 noch keinen Kontakt hat.
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Alternativ ist auch eine andere Formgebung der Einkerbungen 26 und/oder Verteilung über die freie Kante 22 möglich. Das Muster kann auch unregelmäßig sein (nicht dargestellt).
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In der 6 ist eine Ansicht auf den Frischlufteinlass 16 mit der Luftklappe 19 gemäß 5 dargestellt, kurz bevor die Luftklappe 19 Fast-Endstellung S3 die erreicht. Die oberen Bögen der Einkerbungen 26 an der freien Kante 22 der Luftklappe 19 sind noch gerade sichtbar.
