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Die Erfindung betrifft ein Luftführungselement für eine Flugzeugklimaanlage gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine mit einem derartigen Luftführungselement ausgestattete Flugzeugklimaanlage.
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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 A1 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.
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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.
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Die
US 3,922,959 A offenbart ein Luftauslassgehäuse mit einer Einlassöffnung und einer Vielzahl von Auslassöffnungen. Die Auslassöffnungen sind in einer rundgeformten Platte vorgesehen, in der ein Steuerelement drehbar aufgenommen ist. Das Steuerelement ist rohrförmig ausgebildet und mit einem schalldämpfenden Schaummaterial ausgefüllt. In dem Steuerelement sind radiale Strömungskanäle vorgesehen, die einen vorbestimmten Abstand zueinander aufweisen. Die Strömungskanäle haben einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Auslassöffnungen entspricht. Zur Einstellung einer gewünschten Ausströmrichtung der Luft kann das Steuerelement verschwenkt werden. Ferner ist im Bereich der Einlassöffnung ein Luftleitblech angeordnet.
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Die
EP 1 059 178 A2 offenbart eine Luftleitvorrichtung, die eine flache Quaderaußenkontur aufweist. In ein Gehäuseteil mit einer U-förmigen Innenausnehmung ist eine Halteplatte fixierbar eingelegt. Im Bereich einer vorderen Bodenseite der Ausnehmung sind rasterförmige, im Querschnitt kreisförmige und durchgehende Ausnehmungen vorhanden. In die Ausnehmungen können Röhrchen eingesetzt werden, die eine durchgehende Ausnehmung aufweisen. In ihrem unteren Außenkonturbereich weisen die Röhrchen eine teilkugelförmige Außenkontur auf.
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Die
DE 2 402 902 A offenbart eine Schalldämpfungsvorrichtung für eine Fluidleitung, bei der ein Hauptfluidstrom mit Hilfe von mehreren Teilkanälen mit geeignetem Querschnitt in mehrere sekundäre Fluidströme geteilt wird, wobei dünne seitliche Wände der Teilkanäle perforiert sind, so dass das Geräusch des in einem Teilkanal fließenden Stroms durch die Resonanz in dem oder den benachbarten Teilkanälen gedämpft wird.
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Die
US 3,492,934 A offenbart eine Klimatisierungseinheit. Die Klimatisierungseinheit weist einen Zuführkanal und eine Zuführkammer auf. Durch eine perforierte Wand erstrecken sich Perforationskanäle, denen durch die Zuführkammer Luft zugeführt wird.
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Die
EP 0 292 033 A2 offenbart ein Kabinenventilationssystem mit einer abgewinkelten Diffusorplatte, die eine Seitenwand eines im Wesentlichen trapezförmigen Zuführkanals bildet. In der Diffusorplatte ist eine Vielzahl von voneinander beabstandeten relativ kleinen Öffnungen ausgebildet. Ein Luftstrom strömt von dem Zuführkanal durch die in der Diffusorplatte ausgebildeten Öffnungen sowie durch einen verengten Kanalabschnitt, dessen Strömungsquerschnitt durch Abstandshalter bestimmt wird. Eine Plenumkammer ist stromabwärts des verengten Kanalabschnitts angeordnet.
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Die
DE 2 031 876 A offenbart ein Ventilationssystem, bei dem ein Einblasglied aus einer Mehrzahl kegliger Trichter besteht, die mittels eines zentralen Zapfens mit einem in einem Rohrstutzen verankerten Kreuz verbunden sind. In den zylindrischen Rohrstutzen ist ein Drosselglied eingesetzt. Das Drosselglied setzt sich aus wechselweise angeordneten ebenen Streifen und gewellten Streifen zusammen.
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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.
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Die Aufgabe wird mit einem Luftführungselement für eine Flugzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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In dem erfindungsgemäßen Luftführungselement sind die Luftführungskanäle des ersten Strömungssteuerungselements von einem schallabsorbierenden Material umgeben. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Luftführungskanäle können einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweisen. Alternativ dazu können die Luftführungskanäle jedoch auch einen sich in Richtung der Luftströmung durch die Luftführungskanäle vejüngenden 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.
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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.
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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 Strömungssteuerungselemente 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.
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In dem erfindungsgemäßen Luftführungselement ist in dem Gehäusegrundkörper bezogen auf die Richtung der Luftströmung durch das Luftführungselement 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.
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Zur Optimierung der Strömungsverteilungseigenschaften des Diffusorbereichs ist bei dem erfindungsgemäßen Luftführungselement in einer Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers mindestens eine den Strömungsquerschnitt des Gehäusegrundkörpers verengende Vertiefung ausgebildet. Die Vertiefung umfasst eine gegenüber der Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers in Richtung des Innenraums des Gehäusegrundkörpers abgesenkte Grundfläche sowie vorzugsweise die Grundfläche mit der die Vertiefung umgebenden Mantelfläche des Gehäusegrundkörpers verbindende Übergangsflächen. Die Form der Vertiefung ist 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um die Strömungsverteilung auf die Luftauslassöffnung und die Ausströmrichtung der Luft aus der Luftauslassöffnung weiter zu optimieren, kann das erfindungsgemäße Luftführungselement ein zweites Strömungssteuerungselement 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Luftführungselements wird nun anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen:
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1 eine dreidimensionale Darstellung eines Luftführungselements für eine Flugzeugklimaanlage zeigt,
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2 eine Detaildarstellung eines Einströmelements des Luftführungselements gemäß 1 zeigt und
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3 eine dreidimensionale Detaildarstellung des Luftführungselements gemäß 1 zeigt.
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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.
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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.
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Wie am besten in 2 zu erkennen ist, sind in den Abschnitten 20a, 20c, 20e des Einströmelements 20 Strömungslenkungskanäle 22 ausgebildet, die sich parallel zur Richtung der Luftströmung durch das Einströmelement 20 erstrecken. Die Strömungslenkungskanäle 20 werden durch eine in die Abschnitte 20a, 20c, 20e 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 durch 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.
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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.