DE10112010A1 - Luftführungskanal - Google Patents
LuftführungskanalInfo
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Abstract
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.
Description
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 Anwen
dung, 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 Armaturen
bretts des Fahrzeugs zu führen. Neben Geräuschen, die von der Antriebseinrichtung des Lüf
ters, 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 Luftfüh
rungskanäle 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 ei
nen 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 Kon
zeption solcher Resonatoren nach wie vor Wert darauf gelegt, die Strömungseigenschaften in
dem angrenzenden Luftführungskanal so wenig wie möglich zu beeinflussen. Helmholtzreso
natoren können zudem nur bei einer spezifischen Frequenz zu einer Reduzierung der vorliegenden
Schallwellen beitragen, so daß lediglich einzelne Peaks in dem Gesamtfrequenzspek
trum 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 ein
fach 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 wei
terzubilden, 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 Luftführungs
kanal zumindest eine Querschnittssprungstelle ausgebildet ist. In überraschender Weise hat
sich nämlich gezeigt, daß sich entgegen den bisherigen Bestrebungen möglichst kontinuierli
che und glatte Kanalwandungen vorzusehen, die Ausbildung einer Querschnittssprungstelle
dazu beitragen kann, die Geräuschentwicklung zu reduzieren und breitbandig bereits beste
hende 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 Quer
schnittssprungstelle im wesentlichen senkrecht zu dem Luftführungskanal vorgesehen sein,
wobei jedoch auch komplexere Formen möglich sind, die dem Strömungsprofil in dem Luft
führungskanal Rechnung tragen, wie z. B. eine parabelförmige Form. Unterschiedliche Luft
führungskanalgeometrien können dementsprechend zu unterschiedlichen Querschnittssprung
stellen führen.
Eine herstellungstechnisch besonders vorteilhafte Ausführungsform kann dadurch erzielt
werden, daß man die Querschnittssprungstelle durch eine Querschnittsvergrößerung des Luft
führungskanals 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 aus
trittsseitig 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 bekann
ten Helmholtzresonatoren der Hohlraum in dem Luftführungskanal großflächig, insbesondere
praktisch über sein gesamtes Ausmaß mündet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Querschnittssprungstelle am Ende eines Vor
sprungs, 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 we
sentlichen zu der angrenzenden Luftführungskanalwandung, wobei je nach Anwendung je
doch 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 höch
sten ist, wobei auch Resonanzphänomene und Interferenzen in der Mitte des Luftführungska
nals 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 Strö
mung 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 bewir
ken/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 insbeson
dere im mittleren Frequenzbereich von 1000 Hz bis 5000 Hz zu vermeiden, da die einfallen
den Schallwellen mittlerer bis höherer Frequenzen an den jeweiligen Querschnittssprungstel
len gestreut werden. Durch die Unterschiedlichkeit der mehrerer Querschnittssprungstellen
bzw. der angrenzenden Hohlräume können verschiedene Interferenzen und Dämpfungen hö
herer Moden den Schalldruck bei den höheren Frequenzen senken.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner aus der fol
genden lediglich beispielhaft angegebenen Beschreibung einiger derzeit bevorzugter Ausfüh
rungsformen, welche auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt, in welchen gilt:
Fig. 1 zeigt zwei orthogonale Schnitte eines Luftführungskanals als bevorzugte Ausführungs
form 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 Ausfüh
rungsvariante.
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 be
vorzugte 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 Kanalwan
dung definiert eine Kante 24. Wie in der schematischen Darstellung von Fig. 1 zu erkennen
ist, liegt somit eine symmetrische Ausgestaltung vor, die eine entsprechende Geräuschredu
zierung unabhängig von der Strömungsrichtung bereitstellt. Im folgenden soll jedoch davon
ausgegangen werden, daß Luft auf der linken Seite in den Luftführungskanal eintritt und die
sen 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 spritzgußtech
nisch 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 geringe
re 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 Interfe
renzen 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 Querschnittsprung
stelle möglich sind, die bezüglich Turbulenzen, Schalldruck und Frequenzspektrum optimier
bar sind, ohne daß es jedoch erforderlich wäre, sich auf eine spezifische Frequenz zu be
schränken, 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 weiterentwick
kelten 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, verfü
gen die erste und die dritte Querschnittssprungstelle im wesentlichen über dieselbe Breite, die
sich daran anschließenden Hohlräume 20 sind jedoch unterschiedlich lang. Die zwischengela
gerte Querschnittssprungstelle 10 ist schmäler ausgebildet, verfügt jedoch über einen an
schließenden 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 Frequenz
spektrums zu reduzieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig unter Bezugnahme auf beispiel
hafte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschie
denste Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Insbe
sondere sollte erkannt werden, daß Merkmale einer Ausführungsform beliebige mit Merkma
len anderer Ausführungsformen kombinierbar sind. Die Erfindung ist auch nicht auf eine spe
zifische Kanalquerschnittsgeometrie beschränkt. Das Zusammenwirken zwischen Quer
schnittssprungstelle-Hohlraum-Luftanströmkante/-fläche kann verschiedentlich verändert
werden, sowohl bzgl. der Geometrie jedes einzelnen Teils ab auch bzgl. der jeweiligen Beab
standung.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die vorliegende Erfindung entgegen den bisheri
gen Bestrebungen eine Kanalwandung möglichst gleichförmig auszubilden in überraschender
Weise eine akustische Verbesserung des Luftführungskanals durch das Vorsehen von zumin
dest einer Querschnittssprungstelle ermöglicht.
Claims (8)
1. Luftführungskanal, insbesondere in einer Kraftfahrzeugs-Heiz-, Belüflungs- und/oder
Klimaanlage, gekennzeichnet durch zumindest eine Querschnittssprungstelle (10).
2. Luftführungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitts
sprungstelle (10) durch eine Querschnittsvergrößerung des Luftführungskanals gebildet
ist.
3. Luftführungskanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer
schnittssprungstelle (10) als ein Rand eines an den Luftführungskanal angrenzenden Hohl
raumes (20) ausgebildet ist.
4. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Querschnittssprungstelle (20) an einem Vorsprung (12), der in einen an den
Luftführungskanal angrenzenden Hohlraum (20) ragt, ausgebildet ist.
5. Luftführungskanal nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittssprungstelle im wesentlichen mittig in einer Wandung des Luftfüh
rungskanals ausgebildet ist.
6. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß sich die Querschnittssprungstelle (20) über zumindest 50% der Breite des Luft
führungskanal, insbesondere im wesentlichen über die gesamte Breite erstreckt.
7. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß die Kante der Querschnittssprungstelle (20) und/oder Kante des Hohlraumes (20)
abgerundet ausgebildet ist.
8. Luftführungskanal nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß mehrere Querschnittssprungstellen (10) mit unterschiedlicher Breite, unter
schiedlich ausgebildet und/oder mit unterschiedlich bemessenem/ausgebildeten angren
zenden Hohlraum (20) vorgesehen sind.
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