-
Die
Erfindung betrifft ein Luftführungselement für
eine Flugzeugklimaanlage, das beispielsweise dazu dient, von der
Flugzeugklimaanlage bereitgestellte klimatisierte Luft in eine Passagierkabine des
Flugzeugs zu leiten. Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem
derartigen Luftführungselement ausgestattete Flugzeugklimaanlage.
-
Eine
Flugzeugklimaanlage umfasst eine Vielzahl von Luftführungselementen,
denen über eine Lufteinlassöffnung ein Leitungssystem
der Flugzeugklimaanlage durchströmende Luft zugeführt
wird und die dazu dienen, die von der Flugzeugklimaanlage bereitgestellte
klimatisierte Luft in die Passagierkabine des Flugzeugs zu leiten.
Ein aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2007 019 538 bekanntes
Luftführungselement umfasst einen Gehäusegrundkörper
mit einer Lufteinlassöffnung, einem Diffusorbereich und
einer Luftauslassöffnung. Zur Steuerung der Strömungsverteilung
in dem Diffusorbereich ist in einer Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
mindestens eine den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers
verengende Vertiefung ausgebildet. Eine im Bereich der Luftauslassöffnung
angeordnete Lochblende dient der Optimierung der Strömungsverteilung
beim Austritt aus der Luftauslassöffnung.
-
Bei
aus dem Stand der Technik bekannten Luftführungselementen
kann insbesondere dann, wenn die Lufteinlassöffnung bezüglich
des Diffusorbereichs nicht mittig angeordnet ist, das Problem auftreten,
dass der in Richtung der Luftströmung durch die Lufteinlassöffnung
gerichtete Impuls der Luftströmung nicht in ausreichendem
Maße eliminieren werden kann. Dies kann dazu führen,
dass die Luftströmung nicht in der gewünschten
Richtung durch die Lufteinlassöffnung aus der Luftauslassöffnung
austritt, sondern der Luftaustritt in einem Winkel, das heißt
geneigt zu der gewünschten Austrittsrichtung erfolgt. Darüber
hinaus besteht bei bekannten Luftführungselementen das
Problem, dass lediglich Lärm, der in mit den Luftführungselementen
verbundenen Zuluftrohren entsteht, durch Schalldämpferschläuche
eliminiert wird. Lärm, der beim Durchströmen der
Luftführungselemente und beim Austritt des Luftstroms aus
den Luftführungselementen beispielsweise durch Umlenkung
des Luftstroms oder durch Strömungsablösungen
infolge plötzlicher Strömungsquerschnittsänderungen
entsteht, tritt dagegen ungedämpft in die Flugzeugkabine
ein.
-
Die
vorliegende Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein zur Verwendung
in einer Flugzeugklimaanlage geeignetes Luftführungselement
bereitzustellen, das eine gleichmäßige und leise
Ausströmung von Luft über einen Querschnitt einer
Luftauslassöffnung in einer gewünschten Richtung
ermöglicht.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe umfasst ein erfindungsgemäßes
Luftführungselement für eine Flugzeugklimaanlage
einen Gehäusegrundkörper, in dem eine Lufteinlassöffnung
sowie eine Luftauslassöffnung ausgebildet sind. Der Gehäusegrundkörper kann
beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, einem Kunststoffmaterial
mit einer Wabenkonstruktion, einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial, einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial oder
einem Hybridmaterial bestehen. In dem Gehäusegrundkörper
ist ein erstes Strömungssteuerungselement bezogen auf die
Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement
stromaufwärts von der Luftauslassöffnung angeordnet.
Das erste Strömungssteuerungselement umfasst eine Mehrzahl von
Luftführungskanälen. Das erste Strömungssteuerungselement
bewirkt einen Rückstau und eine Umlenkung der das Luftführungselement
durchströmenden Luft und dient somit der Steuerung der
Verteilung und des Ausblaswinkels der aus der Luftauslassöffnung
austretenden Luftströmung. Durch die Luftführungskanäle
kann die Richtung der Luftströmung vor ihrem Austritt aus
der Luftauslassöffnung wie gewünscht gesteuert
werden. Insbesondere kann ein in Richtung der Luftströmung
durch die Lufteinlassöffnung gerichteter Impuls der Luftströmung
vor dem Austritt der Luftströmung aus der Luftauslassöffnung soweit
eliminiert werden, dass die Luft in der gewünschten Richtung
aus der Luftauslassöffnung austritt. Darüber hinaus
vermindern oder verhindern die Luftführungskanäle
Turbulenzen in der die Luftführungskanäle durchströmenden
Luftströmung.
-
Die
Anzahl der in dem ersten Strömungssteuerungselement ausgebildeten
Luftführungskanäle kann in Abhängigkeit
der gewünschten Strömungssteuerungseigenschaften
des ersten Strömungssteuerungselements angepasst werden.
In ähnlicher Weise kann der Strömungsquerschnitt
der Luftführungskanäle in Abhängigkeit
der gewünschten Strömungssteuerungseigenschaften
des ersten Strömungssteuerungselements gewählt
werden. Je nach Bedarf, kann das erste Strömungssteuerungselement
mit Luftführungskanälen versehen sein, die gleiche
oder unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.
Ebenso kann die Verteilung der Luftführungskanäle über
den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers
im Bereich des ersten Strömungssteuerungselements in Abhängigkeit
von anwendungsspezifischen Anforderungen angepasst werden.
-
In
dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
sind die Luftführungskanäle des ersten Strömungssteuerungselements
von einem schallabsorbierenden Material um geben. Als schallabsorbierendes
Material kann ein Schaummaterial mit einer möglichst hohen
Steifigkeit und einer möglichst geringen Erosionsrate,
beispielsweise ein Polyimid-Schaum oder ein Melamin-Schaum, wie
beispielsweise ein Basotec®-Schaum
verwendet werden. Durch die Einbettung der Luftführungskanäle
des ersten Strömungssteuerungselements in ein schallabsorbierendes
Material kann Lärm, der beim Durchströmen des verengten
Strömungsquerschnitts im Bereich des ersten Strömungssteuerungselements
auftritt, wirksam gedämpft werden. Bei einem Einsatz des
erfindungsgemäßen Luftführungselements
in einer Flugzeugklimaanlage kann dies für sich in der
Flugzeugkabine aufhaltende Passagiere einen erheblichen Komfortgewinn
bedeuten.
-
Das
erste Strömungssteuerungselement kann eine Grundplatte
umfassen. Die Luftführungskanäle können
dann durch in der Grundplatte ausgebildete Durchströmungsöffnungen
sowie Hülsen- oder Düsenelemente gebildet werden,
die sich von der Grundplatte in Richtung der Luftströmung
durch das Luftführungselement, d. h. von der Grundplatte
in Richtung der Luftauslassöffnung erstrecken. Die Grundlatte
und die Hülsenelemente können aus einem Kunststoffmaterial,
einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, einem kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial bestehen. Ein Strömungssteuerungselement,
das durch eine Grundplatte sowie sich von der Grundplatte erstreckende
Hülsenelemente gebildet wird, erfüllt die an die
Funktion des ersten Strömungssteuerungselements gestellten
Anforderungen und ist gleichzeitig besonders leichtgewichtig realisierbar.
-
Die
in der Grundplatte ausgebildeten Durchströmungsöffnungen
sind im Bereich einer von der Luftauslassöffnung abgewandten
Oberfläche der Grundplatte, d. h. im Bereich einer von
der durch das Luftführungselement geleiteten Luftströmung
angeströmten Oberfläche der Grundplatte vorzugsweise mit
einem Einlaufradius versehen. Mit anderen Worten, die in der Grundplatte
ausgebildeten Durchströmungsöffnungen weisen im
Bereich der angeströmten Oberfläche der Grundplatte
keine scharfen Kanten, sondern eine ”weiche” Form
auf. Dadurch werden Turbulenzen, die sich beim Durchtritt der Luft durch
den verengten Strömungsquerschnitt der Durchströmungsöffnungen
bilden, minimiert.
-
Die
Luftführungskanäle des ersten Strömungssteuerungselements
können auch durch verschwenkbar gelagerte Hülsenelemente
gebildet werden. Die verschwenkbar gelagerten Hülsenelemente können
beispielsweise in einer geeigneten Stützstruktur gelagert
sein. Luftführungskanäle, die durch verschwenkbar
gelagerte Hülsenelemente gebildet werden, ermöglichen
eine besonders flexible Strömungssteuerung, so dass beispielsweise
in verschiedenen Abschnitten der Luftauslassöffnung verschiedene
Luftausströmrichtungen eingestellt werden können.
Das erste Strömungssteuerungselement kann auch so gestaltet
sein, dass ein Teil seiner Luftführungskanäle
durch starr an einer Grundplatte befestigte Hülsenelemente
und ein Teil seiner Luftführungskanäle durch verschwenkbar
gelagerte Hülsenelemente gebildet wird. Die verschwenkbar
gelagerten Hülsenelemente können, ähnlich
wie starr an einer Grundplatte befestigte Hülsenelemente
aus einem Kunststoffmaterial, einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial,
einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial oder
einem Hybridmaterial bestehen.
-
Die
Luftführungskanäle können einen konstanten
Strömungsquerschnitt aufweisen. Alternativ dazu können
die Luftführungskanäle jedoch auch einen sich
in Richtung der Luftströmung durch die Luftführungskanäle
verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweisen. Beispielsweise
kann ein Eingangsströmungsquerschnitt der Luftführungskanäle
1,5 bis 2 mal so groß sein, wie ihr Ausgangsströmungsquerschnitt.
Der Strömungsquerschnitt der Luftführungskanäle
kann wie gewünscht geformt sein. Vorzugsweise weisen die
Luftführungskanäle jedoch einen kreisförmigen
Strömungsquerschnitt auf.
-
Die
schalldämpfende Wirkung des die Luftführungskanäle
des ersten Strömungssteuerungselements umgebenden schallabsorbierenden
Materials kann durch einen direkten Kontakt zwischen dem schallabsorbierenden
Material und der die Luftführungskanäle durchströmenden
Luft optimiert werden. Aus diesem Grund sind an das die Luftführungskanäle
umgebende schallabsorbierende Material angrenzende Wände
der Luftführungskanäle vorzugsweise mit einer
Mehrzahl von Perforationsöffnungen versehen. Beispielsweise
können die Perforationsöffnungen in die Luftführungskanäle
begrenzenden Hülsenelementen ausgebildet sein. Wenn die
Perforationsöffnungen einen kreisförmigen Strömungsquerschnitt aufweisen,
kann ihr Durchmesser beispielsweise ungefähr 0,5 mm betragen.
-
Das
erste Strömungssteuerungselement kann einteilig ausgebildet
sein und sich über die gesamte Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers erstrecken. Alternativ
dazu kann die Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäusegrundkörpers im Bereich des ersten Strömungssteuerungselements
jedoch auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein. In zumindest
einem dieser Abschnitte kann dann ein erstes Strömungssteuerungselement angeordnet
sein. Vorzugsweise ist jedoch in jedem dieser Abschnitte ein erstes
Strömungssteuerungselement angeordnet. Mit anderen Worten,
das erfindungsgemäße Luftführungselement
kann auch mehrere erste Strömungs steuerungselemente umfassen, die
jeweils einem Abschnitt der Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers zugeordnet sind. Die ersten
Strömungssteuerungselemente können dann beispielsweise
hinsichtlich der Anzahl, der Anordnung, der Ausrichtung und der
Ausgestaltung des Strömungsquerschnitts der Luftführungskanäle unterschiedlich
gestaltet sein. Dadurch wird es ermöglicht, in den verschiedenen
Abschnitten der Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäusegrundkörpers unterschiedliche Strömungssteuerungseigenschaften
des ersten Strömungssteuerungselements zu realisieren.
-
In
dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
ist in dem Gehäusegrundkörper bezogen auf die
Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement
vorzugsweise stromaufwärts von dem ersten Strömungssteuerungselement
ein Diffusorbereich vorgesehen. Der Diffusorbereich dient dazu,
die über die Lufteinlassöffnung zugeführte
Luft zu verteilen, um einen möglichst gleichmäßigen
Luftaustritt über die Luftauslassöffnung zu erreichen.
Der Diffusorbereich sollte so gestaltet sein, dass Strömungsablösungserscheinungen
und Turbulenzen möglichst vermieden werden. Ein bezüglich
der Vermeidung von Strömungsablösungen und Turbulenzen
optimaler Diffusor-Öffnungswinkel liegt bei ca. 7 bis 8°.
Die Gestaltung des Diffusorbereichs erfolgt daher im Rahmen bestehender
Einbauraumrestriktionen möglichst unter Berücksichtigung
derartiger strömungstechnischer Optimierungen. Ferner sollten
in dem Diffusorbereich des erfindungsgemäßen Luftführungselements
vorhandene Radien strömungstechnisch optimiert, d. h. möglichst ”weich” ausgebildet sein.
-
Zur
Optimierung der Strömungsverteilungseigenschaften des Diffusorbereichs
kann bei dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
in einer Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
mindestens eine den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers
verengende Vertiefung ausgebildet sein. Die Vertiefung umfasst vorzugsweise
eine gegenüber der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
in Richtung des Innenraums des Gehäusegrundkörpers
abgesenkte Grundfläche sowie die Grundfläche mit
der die Vertiefung umgebenden Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
verbindende Übergangsflächen. Die Form der Vertiefung
ist vorzugsweise an die Form des Diffusorbereichs angepasst, d.
h. die Vertiefung weist vorzugsweise eine im wesentlichen dreieckige
Grundfläche auf, wobei eine ”Spitze” der dreieckigen
Grundfläche der Lufteinlassöffnung zugewandt ist.
Der Luftauslassöffnung ist dagegen ”flache Seite” der
dreieckigen Vertiefungsgrundfläche zugewandt.
-
Die
in der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
ausgebildete Vertiefung ist im Strömungsweg der das Luftführungselement
durchströmenden Luft angeordnet und leitet die Luftströmung
in die gewünschte Richtung. Zur Vermeidung von Strömungsablösungen
und Turbulenzen sollte auch die Vertiefung mit ”weichen” Radien
gestaltet sein.
-
In
der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
kann lediglich eine Vertiefung ausgebildet sein. Die Grundfläche
der Vertiefung ist dann vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu
einem der Grundfläche der Vertiefung gegenüberliegenden
Mantelflächenabschnitt angeordnet. Mit anderen Worten,
der Abstand zwischen der Vertiefungsgrundfläche und dem
der Vertiefungsgrundfläche gegenüberliegenden
Mantelflächenabschnitt ist vorzugsweise über die
gesamte Vertiefungsgrundfläche konstant. Alternativ dazu
können in der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers
auch zwei einander gegenüberliegende Vertiefungen ausgebildet
sein. In einem derartigen Fall weisen die Vertiefungen vorzugsweise
gleiche Formen auf. Die Grundfläche einer Vertiefung ist dann
vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer der Grundfläche
gegenüberliegenden Grundfläche der weiteren Vertiefung
angeordnet. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Grundflächen zweier
einander gegenüberliegender Vertiefungen ist über
die Grundflächen der Vertiefungen konstant.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftführungselements ist die in der Mantelfläche
des Gehäusegrundkörpers ausgebildete Vertiefung
mit einem schallabsorbierenden Material ausgefüllt. Falls
in dem Gehäusegrundkörper des Luftführungselements
mehrere Vertiefungen vorgesehen sind, sind vorzugsweise alle Vertiefungen
mit einem schallabsorbierenden Material ausgefüllt. Als
schallabsorbierendes Material kann wiederum ein Schaummaterial,
wie z. B. ein Polyimid-Schaum oder ein Melamin-Schaum, wie z. B.
ein Basotec®-Schaum eingesetzt
werden. Durch das Ausfüllen der Vertiefung(en) mit einem
schallabsorbierenden Material kann Lärm, der beim Durchströmen
des Luftführungselements im Bereich der Vertiefung(en)
auftritt, wirksam gedämpft werden. Dadurch können
die akustischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Luftführungselements weiter verbessert werden.
-
Um
einen Kontakt zwischen der das Luftführungselement durchströmenden
Luft und dem die Vertiefung ausfüllenden schallabsorbierenden
Material zu ermöglichen, ist vorzugsweise die Grundfläche der
Vertiefung mit Perforationsöffnungen versehen. Neben der
Grundfläche können auch eine oder mehrere Übergangsflächen
der Vertiefung mit Perforationsöffnungen versehen sein.
Angeströmte Übergangsflächen der Vertiefung
sollten jedoch luftdicht ausgebildet sein.
-
Um
zu verhindern, dass über das die Vertiefung ausfüllende
schallabsorbierende Material Luft aus dem Luftführungselement
in die Umgebung austritt, ist eine der Grundfläche der
Vertiefung gegenüberliegenden Oberfläche der Vertiefung
vorzugsweise mit einer das schallabsorbierende Material überdeckenden
luftdichten Abdeckung versehen. Die luftdichte Abdeckung kann aus
dem gleichen Material wie der Gehäusegrundkörper
bestehen. Alternativ dazu kann die luftdichte Abdeckung jedoch auch durch
eine luftdichte Folie gebildet werden.
-
Aufgrund
der im Bereich einer Flugzeugkabine typischerweise bestehenden Einbauraumrestriktionen
ist es häufig erforderlich, Luftführungselemente,
die dazu dienen, von der Flugzeugklimaanlage bereitgestellte klimatisierte
Luft in die Passagierkabine zu leiten, mit unterschiedlichen Anschlusswinkeln mit
entsprechenden Luftzufuhrleitungen zu verbinden. Um bei Luftführungselementen,
die an verschiedenen Einbauraumpositionen im Flugzeug installiert werden
sollen, aufwendige Designanpassungen zu vermeiden, sollte die Performance
der Luftführungselemente möglichst unabhängig
von einem Anschlusswinkel des Luftführungselements an eine Luftzufuhrleitung
und damit dem Einströmwinkel der Luft in das Luftführungselement
sein. Um diesem Problem zu begegnen und den Einströmwinkel
der Luft in das Luftführungselement unabhängig
von dem Verlauf einer Luftzufuhrleitung wie gewünscht zu steuern,
ist die Lufteinlassöffnung des Gehäusegrundkörpers
bei dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
vorzugsweise mit einem Einströmelement verbunden. Das Einströmelement
kann eine Mehrzahl von relativ zueinander geneigten Abschnitten
umfassen. Der Neigungswinkel zwischen zwei zueinander benachbarten
Abschnitten des Einströmelements kann beispielsweise ±30° betragen.
Die einzelnen Abschnitte des Einströmelements können durch
rohrförmige Elemente gebildet werden, deren Strömungsquerschnitt
kreisförmig oder ellipsenförmig ausgebildet sein
kann. Die Länge eines Einströmelements mit einem
kreisförmigen Strömungsquerschnitt sollten den
Durchmesser des Strömungsquerschnitts nicht unterschreiten.
-
In
zumindest einem Teil der Abschnitte des Einströmelements
können parallel zur Richtung der Luftströmung
durch das Einströmelement ausgerichtete Strömungslenkungskanäle
ausgebildet sein. Die Strömungslenkungskanäle
können beispielsweise durch eine in die Einströmelementabschnitte
eingebrachte Wabenstruktur gebildet werden. Durch die Strömungslenkungskanäle
können typische Strömungsablösungserscheinungen
und Strömungsbeschleunigungen, wie sie in gekrümmten
Rohren ohne Strömungslenkungskanäle auftreten,
zuverlässig verhindert werden.
-
Im
Bereich der Lufteinlassöffnung des Gehäusegrundkörpers
kann in dem erfindungsgemäßen Luftführungselement
ferner eine Strömungsquerschnittsverengung vorgesehen sein.
Beispielsweise kann die Strömungsquerschnittsverengung
im Bereich eines Übergangs zwischen einem Einströmelement
und einem in Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement
stromabwärts von dem Einströmelement und der Lufteinlassöffnung
angeordneten Diffusorbereich positioniert sein. Die Strömungsquerschnittsverengung
sollte strömungsgünstig gestaltet, d. h. so geformt
sein, dass keine Strömungsabrisse erzeugt werden. Das Ausmaß der
Strömungsquerschnittsverengung kann in Abhängigkeit der
das Luftführungselement durchströmenden Luftmenge
und in Abhängigkeit des Einströmwinkels der Luft
in das Luftführungselement wie gewünscht angepasst
werden.
-
Um
die Strömungsverteilung auf die Luftauslassöffnung
und die Ausströmrichtung der Luft aus der Luftauslassöffnung
weiter zu optimieren, kann das erfindungsgemäße
Luftführungselement ein zweites Strömungselement
umfassen, das bezogen auf die Richtung der Luftströmung
durch das Luftführungselement stromabwärts von
dem ersten Strömungssteuerungselement angeordnet ist. Ähnlich wie
das erste Strömungssteuerungselement kann auch das zweite
Strömungssteuerungselement eine Mehrzahl von Luftführungskanälen
umfassen. Die Luftführungskanäle des zweiten Strömungssteuerungselements
werden vorzugsweise durch verschwenkbar gelagerte Hülsenelemente
gebildet. Die die Luftführungskanäle des zweiten
Strömungssteuerungselements bildenden Hülsenelemente
können wiederum aus einem Kunststoffmaterial, einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial, einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffmaterial
oder einem Hybridmaterial bestehen.
-
Bei
dem zweiten Strömungssteuerungselement können
die Hülsenelemente in verschiedenen Abschnitten des zweiten
Strömungssteuerungselements in unterschiedliche Richtungen
geschwenkt werden. Die das Luftführungselement durchströmende
Luftströmung kann dadurch in Einzelstrahlen separiert werden,
die in unterschiedlichen Winkeln aus der Luftauslassöffnung
des Luftführungselements austreten. Dadurch kann eine größere
Luftstrahloberfläche und damit eine schnellere Vermischung
der durch das Luftführungselement geleiteten Luft mit der
Raumluft in der Flugzeugkabine erreicht werden. Differenzen zwischen
der Austrittsgeschwindigkeit der Luft aus dem Luftführungselement
und der mittleren Kabinenluftgeschwindigkeit und/oder der Temperatur
der über das Luftführungselement zugeführten Luft
und der Temperatur der Luft in der Kabine werden somit schneller
abgebaut. Darüber hinaus können, falls gewünscht,
spezielle Kabinenbereiche durch entsprechende Ausrichtung der schwenkbar gelagerten
Hülsenelemente des zweiten Strömungssteuerungselements
wirksam angeströmt werden.
-
Ähnlich
wie bei dem ersten Strömungssteuerungselement können
auch bei dem zweiten Strömungssteuerungselement die Strömungssteuerungseigenschaften
durch eine entsprechende Anzahl und Verteilung der Luftführungskanäle
sowie die Auswahl eines entsprechenden Strömungsquerschnitts
der Luftführungskanäle wie gewünscht
gesteuert werden. Das zweite Strömungssteuerungselement
kann Luftführungskanäle mit unterschiedlichen
Strömungsquerschnitten aufweisen. Alternativ dazu kann
das zweite Strömungssteuerungselement jedoch auch mit Luftführungskanälen
versehen sein, die gleiche Strömungsquerschnitte haben.
-
Die
durch die verschwenkbar gelagerten Hülsenelemente gebildeten
Luftführungskanäle des zweiten Strömungssteuerungselements
können von einem schallabsorbierenden Material umgeben
sein. Als schallabsorbierendes Material kann wiederum ein Schaummaterial
mit einer möglichst hohen Steifigkeit und einer möglichst
geringen Erosionsrate, beispielsweise ein Polyimid-Schaum oder ein
Melamin-Schaum, wie beispielsweise ein Basotec®-Schaum
verwendet werden. Durch die Einbettung der Luftführungskanäle
des zweiten Strömungssteuerungselements in ein schallabsorbierendes
Material kann Lärm, der beim Durchströmen des
verengten Strömungsquerschnitts im Bereich des zweiten Strömungssteuerungselements
auftritt, wirksam gedämpft werden. Dies ermöglicht
eine weitere Optimierung der akustischen Eigenschaften des Luftführungselements.
-
Die
Strömungsquerschnittsfläche des Gehäusegrundkörpers
kann im Bereich des zweiten Strömungssteuerungselements, ähnlich
wie im Bereich des ersten Strömungssteuerungselements in mehrere
Abschnitte unterteilt sein. In mindestens einem dieser Abschnitte
kann ein zweites Strömungssteuerungselement angeordnet
sein. Vorzugsweise ist jedoch in jedem dieser Abschnitte ein zweites Strömungssteuerungselement
angeordnet. Insbesondere wenn in den einzelnen Abschnitten der Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers hinsichtlich ihrer Strömungssteuerungseigenschaften
unterschiedlich ausgebildete zweite Strömungssteuerungselemente
zum Einsatz kommen, ermöglicht die Unterteilung der Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers in mehrere Abschnitte
eine besonders flexible Strömungssteuerung in diesem Bereich.
-
Das
erfindungsgemäße Luftführungselement ist
besonders gut zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage geeignet.
Das Luftführungselement kann in unterschiedlichen Größen
ausgeführt werden, wobei jedoch alle wesentlichen Parameter,
wie z. B. Größenverhältnisse, Radien
und Winkel in gleichen Verhältnissen zueinander geändert
werden sollten. Eine erfindungsgemäße Flugzeugklimaanlage
umfasst ein oben beschriebenes Luftführungselement.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Luftführungselements wird nun anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher erläutert, von
denen:
-
1 eine
dreidimensionale Darstellung eines Luftführungselements
für eine Flugzeugklimaanlage zeigt,
-
2 eine
Detaildarstellung eines Einströmelements des Luftführungselements
gemäß 1 zeigt und
-
3 eine
dreidimensionale Detaildarstellung des Luftführungselements
gemäß 1 zeigt.
-
In
den 1 bis 3 ist ein Luftführungselement 10 veranschaulicht,
das zum Einsatz in einer Flugzeugklimaanlage vorgesehen ist. Das
Luftführungselement 10 umfasst einen Gehäusegrundkörper 12,
in dem eine Lufteinlassöffnung 14 sowie eine Luftauslassöffnung 16 ausgebildet
sind. Zwischen der Lufteinlassöffnung 14 und der
Luftauslassöffnung 16, d. h. bezogen auf die Richtung
der Luftströmung durch das Luftführungselement 10 stromabwärts
von der Lufteinlassöffnung 14 und stromaufwärts
von der Luftauslassöffnung 16 bildet der Gehäusegrundkörper 12 einen
Diffusorbereich 18.
-
Die
Lufteinlassöffnung 14 des Gehäusegrundkörpers 12 ist
mit einem Einströmelement 20 verbunden. Das Einströmelement 20 umfasst
eine Mehrzahl von relativ zueinander geneigten Abschnitten 20a bis 20f,
wobei der Neigungswinkel zwischen zueinander benachbarten Abschnitten 20a bis 20f des
Einströmelements 20 ca. ±30° beträgt.
Das Einströmelement 20 besteht ebenso wie der
Gehäusegrundkörper aus einem Kunststoffmaterial,
einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial einem kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial.
-
Wie
am besten in 2 zu erkennen ist, sind in den
Abschnitten 20a, 20c, 20c des Einströmelements 20 Strömungslenkungskanäle 22 ausgebildet, die
sich parallel zur Richtung der Luftströmung durch das Einströmelement 20 erstrecken.
Die Strö mungslenkungskanäle 20 werden
durch eine in die Abschnitte 20a, 20c, 20d des
Einströmelements 20 eingebrachte Wabenstruktur
definiert. Durch die Strömungslenkungskanäle 22 werden
Strömungsablösungen und Strömungsbeschleunigungen
in der durch das Einströmelement 20 geleiteten
Luftströmung zuverlässig vermieden. Das Einströmelement 20 ermöglicht
somit einen Anschluss des Luftführungselements 10 an
eine mehr oder weniger beliebig angeordnete und ausgerichtete Luftzufuhrleitung, ohne
dass durch die Anordnung und die Ausrichtung der Luftzufuhrleitung
der Einströmwinkel der Luft in die Lufteinlassöffnung 14 des
Luftführungselements 10 in die Funktion des Luftführungselements 10 beeinträchtigender
Weise beeinflusst wird.
-
Bezogen
auf die Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement 10 ist
stromabwärts von der Lufteinlassöffnung 40,
aber noch stromaufwärts von dem Diffusorbereich 18 eine
den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers 12 verengende,
in den Figuren jedoch nicht näher veranschaulichte Komponente
angeordnet. Die Strömungsquerschnittsverengung des Gehäusegrundkörpers 12 ist
so gestaltet, dass keine Strömungsabrisse auftreten. Die
Gestaltung der Strömungsquerschnittsverengung richtet sich
nach der Menge der in das Luftführungselement 10 zugeführten
Luft und dem Einströmwinkel der Luft in die Lufteinlassöffnung 14.
-
Der
Diffusorbereich 18 des Gehäusegrundkörpers 12 ist
strömungstechnisch möglichst optimal gestaltet,
d. h. der Öffnungswinkel des Diffusorbereichs 18 nähert
sich soweit dies unter bestehenden Einbauraumrestriktionen möglich
ist, einem hinsichtlich der Vermeidung von Strömungsablösungserscheinungen
und Turbulenzen optimalen Diffusor-Öffnungswinkel von 7
bis 8° an. Darüber hinaus sind in dem Diffusorbereich 18 vorhandene
Radien möglichst ”weich” ausgeführt,
um Turbulenzen zu vermeiden.
-
Zur
Verbesserung der Strömungsverteilungseigenschaften des
Diffusorbereichs 18 ist im Diffusorbereich 18 in
einer Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers 12 eine
den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers 12 verengende
Vertiefung 24 ausgebildet. Die Vertiefung 24 umfasst
eine gegenüber der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers 12 in
Richtung des Innenraum des Gehäusegrundkörpers 12 abgesenkte
Grundfläche 26. Die Vertiefungsgrundfläche 26 ist
im Wesentlichen parallel zu einem der Vertiefungsgrundfläche 26 gegenüberliegenden
Mantelflächenabschnitt angeordnet, d. h. der Abstand zwischen
der Vertiefungsgrundfläche 26 und dem der Vertiefungsgrundfläche
gegenüberliegenden Mantelflächenabschnitt ist über
die gesamte Vertiefungsgrundfläche 26 konstant.
-
Die
Grundfläche 26 der Vertiefung 24 ist
im Wesentlichen dreieckig geformt, wobei eine ”Spitze” der
dreieckigen Grundfläche 26 der Lufteinlassöffnung 14 zugewandt
ist. Der Luftauslassöffnung 16 ist dagegen eine ”flache
Seite” der Vertiefungsgrundfläche 26 zugewandt.
An die der Luftauslassöffnung 16 zugewandte Dreiecksseite
der Vertiefungsgrundfläche 26 angrenzende Dreiecksseiten
der Vertiefungsgrundfläche 26 erstrecken sich
im Wesentlichen parallel zu den Rändern des Gehäusegrundkörpers 12. Die
Form der Vertiefung 24 bildet somit die Form des Diffusorbereichs 18 des
Gehäusegrundkörpers 12 ab.
-
Durch
die Vertiefung 24 wird die das Luftführungselement 10 durchströmende
Luft verteilt und in die gewünschte Richtung geleitet.
In dem Luftführungselement 10 kann daher auf den
Einsatz einer als separates Bauteil ausgebildeten Luftleitschaufel verzichtet
werden. Die Vertiefung ist strömungstechnisch optimiert,
d. h. so weit wie möglich mit ”weichen” Radien
versehen, um Strömungsablösungen und Turbulenzen
zu vermeiden.
-
Die
in der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers 12 ausgebildete
Vertiefung 24 ist mit einem in den Figuren nicht dargestellten
schallabsorbierenden Schaummaterial, wie zum Beispiel einem Basotec®-Schaum, ausgefüllt. Dadurch
kann Lärm, der bei der Durchströmung des Luftführungselements 10 im Bereich
der Vertiefung 24 auftritt, wirksam gedämpft werden.
Um einen ausreichenden Kontakt zwischen der das Luftführungselement 10 durchströmenden Luftströmung
und dem schallabsorbierenden Material zu gewährleisten,
ist die Grundfläche 26 der Vertiefung 24 mit
einer Mehrzahl von Perforationsöffnungen versehen. Um zu
verhindern, dass über das die Vertiefung 24 ausfüllende
schallabsorbierende Material Luft aus dem Luftführungselement 10 in
die Umgebung austritt, ist eine der Grundfläche 26 gegenüberliegende
Oberfläche der Vertiefung 24, d. h. eine Oberfläche
des schallabsorbierenden Materials mit einer ebenfalls nicht näher
veranschaulichten luftdichten Abdeckung versehen.
-
Bezogen
auf die Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement 10 ist
stromabwärts von dem Diffusorbereich 18 in dem
Gehäusegrundkörper 12 ein erstes Strömungssteuerungselement 28 angeordnet.
Das erste Strömungssteuerungselement 28 umfasst
eine Mehrzahl von Luftführungskanälen 30,
die von einem schallabsorbierenden Material 32 umgeben
sind. Als schallabsorbierendes Material 32 kommt ein Basotec®-Schaum zum Einsatz. Das erste
Strömungssteuerungselement 28 bewirkt eine Aufstauung
und Umlenkung der das Luftführungselement 10 durchströmenden
Luft und eine Verteilung der Luftströmung über
die Luftauslassöffnung 16.
-
Durch
die Luftführungskanäle 30 wird die Luft
optimal verteilt und in die gewünschte Richtung geleitetet.
Das die Luftführungskanäle 30 umgebende
schallabsorbierende Material dämpft beim Leiten der Luftströmung
durch die Luftführungskanäle 30 auftretenden
Lärm.
-
Wie
am besten in 3 zu erkennen ist, umfasst das
erste Strömungssteuerungselement 28 eine Grundplatte 34.
Die Luftführungskanäle 30 werden durch
in der Grundplatte 34 ausgebildete Durchströmungsöffnungen 35 sowie
sich von der Grundplatte in Richtung der Luftströmung durch
das Luftführungselement, das heißt in Richtung
der Luftauslassöffnung 16 erstreckende Hülsen-
oder Düsenelemente 37 gebildet. Die Grundplatte 34 und
die Hülsenelemente 37 bestehen aus einem Kunststoffmaterial,
einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, einem kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffmaterial oder einem Hybridmaterial. Die in der Grundplatte 34 ausgebildeten
Durchströmungsöffnungen 35 sind im Bereich
einer von der Luftauslassöffnung 16 abgewandten,
d. h. einer angeströmten Oberfläche der Grundplatte 34 mit
einem Einlaufradius versehen, d. h. sie weisen keine scharfkantigen
Ränder sondern ”weiche” Radien auf.
-
Die
Luftführungskanäle 30 weisen einen über
ihre Länge konstanten kreisförmigen Querschnitt
auf. Um einen ausreichenden Kontakt zwischen der die Luftführungskanäle 30 durchströmenden
Luft und dem die Luftführungskanäle 30 umgebenden
schallabsorbierenden Material 32 zu gewährleisten,
sind die Hülsenelemente 37, die sich von der Grundplatte 34 in
Richtung der Luftauslassöffnung 16 erstrecken,
mit einer Mehrzahl von kreisförmigen Perforationsöffnungen
versehen. Der Durchmesser der Perforationsöffnungen beträgt
ca. 0,5 mm.
-
In
dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt
sich das erste Strömungssteuerungselement 28 über
die gesamte Strömungsquerschnittsfläche des Gehäusegrundkörpers 12.
Alternativ dazu kann die Strömungsquerschnittsfläche des
Gehäusegrundkörpers 12 im Bereich des
ersten Strömungssteuerungselements 28 jedoch auch
in mehrere Abschnitte unterteilt sein. Jedem dieser Abschnitte kann
dann ein erstes Strömungssteuerungselement 28 zugeordnet
sein, wobei die Strömungssteuerungseigenschaften der ersten
Strömungssteuerungselemente 28 variieren und an
die spezifischen Anforderungen in den jeweiligen Abschnitten der Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers 12 angepasst
sein können.
-
Bezogen
auf die Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement 10 ist
stromabwärts von dem ersten Strömungssteuerungselement 28 und
stromaufwärts von der Luftauslassöffnung 16 in dem
Gehäusegrundkörper 12 ein zweites Strömungssteuerungselement 36 angeordnet.
Das zweite Strömungssteuerungselement 36 ist in
der 1 lediglich schematisch veranschaulicht und weist, ähnlich
wie das erste Strömungssteuerungselement 28, eine
Mehrzahl von Luftführungskanälen auf. Anders als
in dem ersten Strömungssteuerungselement 28 sind
in dem zweiten Strömungssteuerungselement 36 die
Luftführungskanäle nicht durch starr an einer
Grundplatte befestigte, sondern durch verschwenkbar gelagerte Hülsenelemente
gebildet. Dadurch ermöglicht das zweite Strömungssteuerungselement 36 eine
besonders flexible Strömungssteuerung. Fall gewünscht
oder erforderlich können die die verschwenkbar gelagerten
Hülsenelemente gebildeten Luftführungskanäle
des zweiten Strömungssteuerungselements zur weiteren Optimierung
der akustischen Eigenschaften des Luftführungselements 10 von
einem schallabsorbierenden Material, wie z. B. einem Basotec®-Schaum umgeben sein.
-
Ähnlich
wie das erste Strömungssteuerungselement 28 erstreckt
sich das zweite Strömungssteuerungselement 36 in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel über die gesamte
Strömungsquerschnittsfläche des Gehäusegrundkörpers 12.
Alternativ dazu kann die Strömungsquerschnittsfläche
des Gehäusegrundkörpers 12 im Bereich
des zweiten Strömungssteuerungselements 36 jedoch
in auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein, wobei jedem dieser
Abschnitte ein separates zweites Strömungssteuerungselement 36 mit
angepassten Strömungssteuerungseigenschaften zugeordnet
sein kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-