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Dokumentenidentifikation DE10112010A1 19.09.2002
Titel Luftführungskanal
Anmelder Valeo Klimasysteme GmbH, 96476 Rodach, DE
Erfinder Schaake, Norman, 96476 Bad Rodach, DE;
Derx, Siegfried, 96215 Lichtenfels, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Sonnenberg & Fortmann, 80331 München
DE-Anmeldedatum 13.03.2001
DE-Aktenzeichen 10112010
Offenlegungstag 19.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse F24F 13/24
IPC-Nebenklasse B60H 1/00   
Zusammenfassung Die Erfindung stellt eine Luftführungskanal-, insbesondere für eine Kraftfahrzeugs-Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage, bereit, welche akustisch dadurch optimiert ist, daß zumindest eine Querschnittssprungstelle ausgebildet ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Luftführungskanal und insbesondere einen Luftführungskanal in einer Kraftfahrzeugs- Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage.

Luftführungskanäle finden unter anderem in der Kraftfahrzeugsindustrie weitläufige Anwendung, um z. B. Luft, die von einem Gebläse beaufschlagt wird, durch eine Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimaanlage und anschließend hin zu Ausströmern, z. B. im Bereich des Armaturenbretts des Fahrzeugs zu führen. Neben Geräuschen, die von der Antriebseinrichtung des Lüfters, dem Lüfterrad selbst oder auch dem Fahrzeugmotor herrühren, entstehen häufig für den Fahrzeuginsassen unangenehme Geräusche in Luftführungskanälen, insbesondere wenn die Luftgeschwindigkeit darin hoch ist. Bis dato ist man davon ausgegangen, daß zur Vermeidung von Geräuschen eine möglichst glatte und kontinuierliche Kanalwandung vorzusehen ist.

Ferner wurden vereinzelt sogenannte Helmholtzresonatoren eingesetzt, die es ermöglichen, akustische Schwingungen einer spezifischen Frequenz zu reduzieren. So schlägt beispielhaft die EP-A-0968857 eine Heiz- und/oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit verbesserter akustischer Leistung vor, bei welcher an spezifischen Orten, an welchen besonders häufig Geräusche entstehen, wie z. B. im Übergangsbereich zweier zusammentreffender Luftführungskanäle oder an Orten, an denen die Richtung der sich bewegenden Luft stark verändert wird, Helmholtzresonatoren vorgesehen sind, die speziell auf die dort spezifische Frequenz der Schallwellen auszulegen sind. Solche Helmholtzresonatoren umfassen üblicherweise einen an der Kanalwandung ausgebildeten Hohlraum, der mit Ausnahme von exakt ausgelegten kleinen Öffnungen von dem Luftführungskanal getrennt ist.

Alternativ ist es auch möglich, Dämpfungsmaterialien, z. B. in der Form von aufgeschäumten Kunststoff im Mündungsbereich der Hohlräume vorzusehen. In jedem Fall wird bei der Konzeption solcher Resonatoren nach wie vor Wert darauf gelegt, die Strömungseigenschaften in dem angrenzenden Luftführungskanal so wenig wie möglich zu beeinflussen. Helmholtzresonatoren können zudem nur bei einer spezifischen Frequenz zu einer Reduzierung der vorliegenden Schallwellen beitragen, so daß lediglich einzelne Peaks in dem Gesamtfrequenzspektrum reduziert werden können, die sowohl gerätespezifisch als auch zustandsspezifisch stark variabel sind.

Ein weiterer Nachteil von sogenannten Helmholtzresonatoren ist darin zu sehen, daß nicht nur die Auslegung und die Konzeption komplex ist, sondern auch die Herstellung beachtliche zusätzliche Kosten involviert, da praktisch geschlossene Hohlräume an Kanalwandungen spritzgußtechnisch nicht einfach dargestellt werden können.

Es besteht daher seit langem ein Bedarf für einen akustisch verbesserten Luftführungskanal, der möglichst breitbandig auftretende Schallwellen reduzieren kann und trotzdem relativ einfach zu konzipieren und vor allem einfach herzustellen sein soll. Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen an und für sich bekannten Luftführungskanal, insbesondere in einer Kraftfahrzeugs-Heiz, -Belüftungs-, und/oder Klimaanlage in solch einer Weise weiterzubilden, daß er von simpler Konzeption und einfach herstellbar breitbandig das Auftreten von ungewünschten Schallfrequenzen zumindest teilweise reduzieren oder eliminieren kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem bekannten Luftführungskanal zumindest eine Querschnittssprungstelle ausgebildet ist. In überraschender Weise hat sich nämlich gezeigt, daß sich entgegen den bisherigen Bestrebungen möglichst kontinuierliche und glatte Kanalwandungen vorzusehen, die Ausbildung einer Querschnittssprungstelle dazu beitragen kann, die Geräuschentwicklung zu reduzieren und breitbandig bereits bestehende Schallwellen zu dämpfen, indem man sich auftretende Phänomene wie rein akustische Streuvorgänge an der Querschnittssprungstelle zu nutzen macht. Die Querschnittssprungstelle sollte sich im wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung in dem Luftführungskanal erstrecken. Bei besonders einfachen Ausführungsformen wird dementsprechend die Querschnittssprungstelle im wesentlichen senkrecht zu dem Luftführungskanal vorgesehen sein, wobei jedoch auch komplexere Formen möglich sind, die dem Strömungsprofil in dem Luftführungskanal Rechnung tragen, wie z. B. eine parabelförmige Form. Unterschiedliche Luftführungskanalgeometrien können dementsprechend zu unterschiedlichen Querschnittssprungstellen führen.

Eine herstellungstechnisch besonders vorteilhafte Ausführungsform kann dadurch erzielt werden, daß man die Querschnittssprungstelle durch eine Querschnittsvergrößerung des Luftführungskanals ausbildet. Somit können die einfallenden Schallwellen mittlerer bis höherer Frequenz an der Querschnittssprungstelle gestreut werden, wobei durch Interferenz und Dämpfung höherer Moden der Schalldruck bei den höheren Frequenzen gesenkt wird.

Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, daß der Luftführungskanal eintritts- und austrittsseitig über praktisch denselben Querschnitt verfügt, so daß es von Vorteil sein kann, daß die Querschnittssprungstelle als ein Rand eines an den Luftführungskanal angrenzenden Hohlraums ausgebildet ist. Beispielhaft ist es möglich, solch einen Hohlraum durch lokales Tiefziehen der Kanalwandung bereitzustellen. Alternativ ist es auch möglich, solch einen Luftführungskanal mit angrenzendem Hohlraum spritzzugießen, da im Gegensatz zu bekannten Helmholtzresonatoren der Hohlraum in dem Luftführungskanal großflächig, insbesondere praktisch über sein gesamtes Ausmaß mündet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Querschnittssprungstelle am Ende eines Vorsprungs, z. B. einem Kanalwandungsvorsprung ausgebildet, der in einem an dem Luftführungskanal angrenzenden Hohlraum ragt. Durch die Ausbildung der Querschnittssprungstelle an einer Vorkragung können zusätzliche Interferenzen zur Geräuschdämpfung ausgenutzt werden. Bei einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform fluchtet der Vorsprung im wesentlichen zu der angrenzenden Luftführungskanalwandung, wobei je nach Anwendung jedoch auch andere Konfigurationen, wie z. B. hinein in den Hohlraum geneigt, vorteilhaft sein können.

Vorteilhafterweise ist die Querschnittssprungstelle im wesentlichen mittig in einer Wandung des Luftführungskanals ausgebildet, da dort meist die Strömungsgeschwindigkeit am höchsten ist, wobei auch Resonanzphänomene und Interferenzen in der Mitte des Luftführungskanals gehäuft anzutreffen bzw. darstellbar sind.

Ferner ist es bevorzugt, daß sich die Querschnittssprungstelle über zumindest 50% der Breite des Luftführungskanals, insbesondere im wesentlichen über die gesamte Breite erstreckt. In jedem Fall sollte die Querschnittssprungstelle nicht zu klein bemessen sein, um die Entstehung von Pfeifgeräuschen zu vermeiden, was der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung diametral entgegenstehen würde.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Querschnittssprungstelle bezüglich möglicher Turbulenzen an einer Abrißkante einer Luftanströmfläche und/oder eine Luftanströmkante optimiert, so daß die sich einstellenden Scherschichten und beim Wiederanlegen der Strömung zurück auf die ursprüngliche Kanalabmessung keine oder kaum Turbulenzen entstehen. Beispielhaft kann man durch Abrunden der Kanten eine Umlenkung der Luft nach/an der Querschnittssprungsstelle hinein in den Kanal oder auch in den Hohlraum bewirken/unterstützen.

Schließlich ist es bevorzugt, daß mehrere Querschnittssprungstellen mit unterschiedlicher Breite, unterschiedlicher Ausgestaltung und/oder unterschiedliche bemessenen/ausgebildeten angrenzenden Hohlräumen vorgesehen sind. Somit ist es möglich, die Schallanteile insbesondere im mittleren Frequenzbereich von 1000 Hz bis 5000 Hz zu vermeiden, da die einfallenden Schallwellen mittlerer bis höherer Frequenzen an den jeweiligen Querschnittssprungstellen gestreut werden. Durch die Unterschiedlichkeit der mehrerer Querschnittssprungstellen bzw. der angrenzenden Hohlräume können verschiedene Interferenzen und Dämpfungen höherer Moden den Schalldruck bei den höheren Frequenzen senken.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner aus der folgenden lediglich beispielhaft angegebenen Beschreibung einiger derzeit bevorzugter Ausführungsformen, welche auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt zwei orthogonale Schnitte eines Luftführungskanals als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einer Ansicht analog zu Fig. 1 eine alternative Ausführungsform.

Fig. 3 zeigt in entsprechender Darstellung zu dem oberen Teil von Fig. 1 eine weitere Ausführungsvariante.

Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht ähnlich zu dem oberen Teil von Fig. 1 eine Weiterbildung des in Fig. 1 gezeigten Luftführungskanals.

Fig. 5 zeigt schließlich in einer Darstellung analog zu Fig. 1 einen Luftführungskanal als weiterentwickelte bevorzugte Ausführungsform als beispielhafte Kombination der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen.

Fig. 1 zeigt im oberen Teil in schematischer Schnittansicht einen Luftführungskanal als bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Luftführungskanal verfügt über eine Kanalwandung 2, die beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt definieren kann. Beim Bezugszeichen 10 ist ein Querschnittssprung durch eine Kante bereitgestellt, welcher einen Hohlraum 20 zusätzlich zu dem Volumen des Luftführungskanals definiert. Der Hohlraum 20 verfügt in der gezeigten Schnittansicht über eine im wesentlichen rechteckige Form, die durch eine Seitenwandung 21, die sich an die Kante 10 anschließt, eine Bodenwandung 23 und eine Wandung 22 definiert ist, welche den Querschnitt zurück auf das Ausmaß bringt, welches vor dem Querschnittssprung vorlag. Der Übergang zwischen der Wandung 22 und der Kanalwandung definiert eine Kante 24. Wie in der schematischen Darstellung von Fig. 1 zu erkennen ist, liegt somit eine symmetrische Ausgestaltung vor, die eine entsprechende Geräuschreduzierung unabhängig von der Strömungsrichtung bereitstellt. Im folgenden soll jedoch davon ausgegangen werden, daß Luft auf der linken Seite in den Luftführungskanal eintritt und diesen auf der rechten Seite verläßt.

Die bei einer bestimmten Geschwindigkeit in den Luftführungskanal eintretende Luft bringt ein gewisses Schallspektrum mit sich, welches erfindungsgemäß breitbandig reduziert werden soll. Sobald die Luft die Querschnittssprungstelle 10 erreicht, werden die einfallenden Schallwellen mittlerer bis höherer Frequenzen an der Querschnittssprungstelle gestreut. Durch Interferenz und Dämpfung höherer Moden wird der Schalldruck bei den höheren Frequenzen gesenkt. Der Hohlraum 20 kann bereits bei der Konstruktion geplant werden und da bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform keine Hintergreifungen vorliegen, kann dieser Luftführungskanal besonders einfach durch Tiefziehen der Kanalwandung oder auch spritzgußtechnisch einstückig dargestellt werden.

Wie sich aus der unteren Hälfte von Fig. 1 ergibt, erstreckt sich die Querschnittssprungstelle 10 bei der hier gezeigten Ausführungsform praktisch über die gesamte Breite des Kanals, wie auch der sich daran anschließende Hohlraum 20. Es sollte erwähnt werden, daß die Form des Hohlraum in Aufsicht auch nicht rechteckförmig sein kann. Beispielhaft ist es möglich, daß sich der Hohlraum 20 in Strömungsrichtung verjüngt oder auch ausweitet, wenn eine geringere Breite für die Querschnittssprungstelle angedacht ist.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform in entsprechender Darstellung zu Fig. 1 gezeigt, bei welcher ein Vorsprung 12 in den Hohlraum hineinragt und an seinem distalen Ende die Querschnittssprungstelle 10 ausbildet. Hierdurch können zusätzliche Vorteile durch Interferenzen erlangt werden, wobei jedoch die Herstellbarkeit nicht mehr ganz so einfach ist wie bei der in Fig. 1 gezeigte, Ausführungsform. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform die Vorkragung 12 im wesentlichen zu der Kanalwandung fluchtet, ist auch eine Schrägstellung diesbezüglich möglich, z. B. nach unten hinein in den Hohlraum oder auch nach oben hinein in das Volumen des Luftführungskanals.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 2 gezeigten dadurch, daß das flußabwärtsliegende Ende des Hohlraumas 20 bezüglich der Vermeidung von Turbulenzen optimiert wurde, indem abgerundete Übergänge 22, 24 vorgesehen sind. Der Fachmann wird erkennen, daß entsprechende Abrundungen auch an der Querschnittsprungstelle möglich sind, die bezüglich Turbulenzen, Schalldruck und Frequenzspektrum optimierbar sind, ohne daß es jedoch erforderlich wäre, sich auf eine spezifische Frequenz zu beschränken, wie dies bei Helmholtzresonatoren bis dato der Fall war.

Fig. 4 zeigt in einer Ansicht ähnlich zu den oberen Hälften der Fig. 1-3 einen weiterentwickkelten Luftführungskanal, bei dem die Wandung 22 bogenförmig ausgebildet ist, um eine Umlenkung der Luft zurück zum Kanal 10 zu bewirken.

Wie dargestellt, geht die Bodenwandung kontinuierlich in die Kanalwandung über, um eine Verwirbelung der in dem Luftführungskanal geführten Luft zu vermeiden.

In Fig. 5 ist schließlich eine Ausführungsform dargestellt, die die Konzepte der Fig. 1 und 2 kombiniert. In dem Luftführungskanal von Fig. 5 sind 3 Querschnittssprungstellen 10 mit jeweiligem nachgeschalteten Hohlraum 20 ausgebildet. Wie deutlich zu erkennen ist, verfügen die erste und die dritte Querschnittssprungstelle im wesentlichen über dieselbe Breite, die sich daran anschließenden Hohlräume 20 sind jedoch unterschiedlich lang. Die zwischengelagerte Querschnittssprungstelle 10 ist schmäler ausgebildet, verfügt jedoch über einen anschließenden Hohlraum 20 von gleicher Länge wie der erste Hohlraum 20. Wie deutlich zu erkennen ist, kann somit eine beliebige Kombination von Querschnittssprungstellen und Hohlraumgeometrien zum Einsatz kommen, um einzelne Breitbandbereiche des Frequenzspektrums zu reduzieren.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedenste Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Insbesondere sollte erkannt werden, daß Merkmale einer Ausführungsform beliebige mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar sind. Die Erfindung ist auch nicht auf eine spezifische Kanalquerschnittsgeometrie beschränkt. Das Zusammenwirken zwischen Querschnittssprungstelle-Hohlraum-Luftanströmkante/-fläche kann verschiedentlich verändert werden, sowohl bzgl. der Geometrie jedes einzelnen Teils ab auch bzgl. der jeweiligen Beabstandung.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die vorliegende Erfindung entgegen den bisherigen Bestrebungen eine Kanalwandung möglichst gleichförmig auszubilden in überraschender Weise eine akustische Verbesserung des Luftführungskanals durch das Vorsehen von zumindest einer Querschnittssprungstelle ermöglicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Luftführungskanal, insbesondere in einer Kraftfahrzeugs-Heiz-, Belüflungs- und/oder Klimaanlage, gekennzeichnet durch zumindest eine Querschnittssprungstelle (10).
  2. 2. Luftführungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittssprungstelle (10) durch eine Querschnittsvergrößerung des Luftführungskanals gebildet ist.
  3. 3. Luftführungskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittssprungstelle (10) als ein Rand eines an den Luftführungskanal angrenzenden Hohlraumes (20) ausgebildet ist.
  4. 4. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittssprungstelle (20) an einem Vorsprung (12), der in einen an den Luftführungskanal angrenzenden Hohlraum (20) ragt, ausgebildet ist.
  5. 5. Luftführungskanal nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittssprungstelle im wesentlichen mittig in einer Wandung des Luftführungskanals ausgebildet ist.
  6. 6. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittssprungstelle (20) über zumindest 50% der Breite des Luftführungskanal, insbesondere im wesentlichen über die gesamte Breite erstreckt.
  7. 7. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante der Querschnittssprungstelle (20) und/oder Kante des Hohlraumes (20) abgerundet ausgebildet ist.
  8. 8. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Querschnittssprungstellen (10) mit unterschiedlicher Breite, unterschiedlich ausgebildet und/oder mit unterschiedlich bemessenem/ausgebildeten angrenzenden Hohlraum (20) vorgesehen sind.






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