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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Luftfördersysteme in Kraftfahrzeugen
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1, wie sie auch aus der EP-A-0 856 423 (US-A-6254475) bekannt
sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
mittig montiertes Luftfördersystem
mit einer neuartigen Anordnung von temperaturgesteuerten Mischklappen
mit koordinierten Bewegungen.
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Viele
unterschiedliche Arten von Luftfördersystemen
sind in der Kraftfahrzeugtechnik gut bekannt. Die am weitesten verbreiteten
Luftfördersysteme
beinhalten im typischen Falle ein Gehäuse mit einem Zentrifugalgebläse, das
Frischluft oder umgewälzte
Luft ansaugt und Auslaßluft
durch das Gehäuse
des Systems ausstößt. Innerhalb
des Systems sind zwei Wärmetauscher
angeordnet, einer für
die Kühlung
der aus dem Gebläse
austretenden Luft und der andere für die Aufwärmung der aus dem Gebläse austretenden
Luft. Eine Mischklappe oder ein System von Mischklappen ist an Schlüsselstellungen
im Gehäuse
angeordnet, um die Luftdurchflußmenge durch
den einen oder anderen oder beide Wärmetauscher einzustellen, so
daß entsprechend
aufbereitete Luft in das Innere des Fahrgastraumes des Fahrzeuges
geleitet wird. Im typischen Falle stellt ein Fahrzeuginsasse einen
Temperatureinstellknopf im Fahrzeuginnenraum auf eine gewünschte Einstellung
ein, die die Bewegung der Temperatur mischklappen in entsprechende
vorgegebene Positionen bewirkt. Diese Positionen sind so gewählt, daß jeweils
passende Mengen gekühlter
und erwärmter
Luft geliefert werden, um die vom Insassen gewählte Temperaturforderung zu
erfüllen.
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Es
sind verschiedene technische Verbesserungen an den bekannten Luftfördersystemarten
vorgeschlagen worden, wie z. B. die Stellung dualer Temperatursysteme
sowie dualer Temperatur- und Betriebsartsysteme. Bei diesen Arten
von Systemen können
in verschiedenen Bereichen im Fahrzeuginnenraum unterschiedliche
Temperaturen eingestellt werden. Außerdem kann die aufbereitete
Luft aus verschiedenen Auslaßöffnungen
im Fahrgastraum ausgelassen werden, z. B. zur Heizung des Fußraumes
oder zur Trocknung der Windschutzscheibe.
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Die
US-Patentschrift Nr. 6,254,475 beschreibt ein Stromleitregister,
das einen schwenkbare Lamellen tragenden Rahmen beinhaltet, die
von einem gemeinsamen Antriebsmechanismus um parallele Achsen verschwenkt
werden, so daß die
Einstellung der Lamellen zwischen einer Maximalstromposition, in
welcher die Lamellen eine minimale Anstellung in bezug auf die Strömungsrichtung
der Luft durch das Register aufweisen, und einer Null-Strom-Position,
in welcher diese Anstellung maximal ist, verstellbar ist. Der Antriebsmechanismus steuert
das Verschwenken der Lamellen derart, daß sich diese um denselben Betrag
verdrehen, wobei jeweils aufeinanderfolgende Lamellen in entgegengesetzten
Richtungen schwenken.
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US-Patentschrift
Nr. 5,673,964, die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde, offenbart ein einzigartiges Luftfördersystem, das im allgemeinen
entlang der Mittellinie des Fahrzeuges eingebaut werden kann, um
sowohl ein linksgesteuertes als auch ein rechtgesteuertes Fahrzeug
ausrüsten
zu können.
Um diese Art von Flexibilität
zuzulassen, erfordert die Packung eines solchen Luftfördersystems, daß die Wärmetauscher
sehr eng aneinander angeordnet sind. Wegen der engen Packungsdichte
eines solchen Systems besteht nur ein sehr kurzer Kanal zwischen
dem Auslaß des
Luftfördersystems
und dem Innenraum des Fahrgastraumes des Fahrzeuges. Nun kann es
sein, daß dieser
kurze Kanal nicht genug Volumen für eine richtige Vermischung
der Luft im System bietet, um die passende Temperatur zu liefern,
wie sie vom Fahrzeuginsassen gewählt bzw.
gefordert wurde. So kann z. B. mehr Luft um eine Mischklappe herum
durch einen Verdampfer geführt
werden, als für
die gewünschte
Temperatur nötig
wäre. Dadurch
würde sich
möglicherweise
eine unpassende Temperatur der aufbereiteten Luft einstellen, die
aus dem Auslaßregister
des Luftfördersystems
ausgestoßen
wird. Es wäre
daher vorteilhaft, ein Luftfördersystem
zu stellen, das kleinere Einbaumaße ermöglicht, jedoch die Probleme
des bisherigen Standes der Technik in bezug auf das für die angemessene
Mischung von warmer und kalter Luft zur Verfügung stehende Volumen überwindet.
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Die
vorliegende Erfindung liefert nun ein Luftfördersystem oder Lufthandhabungsystem für eine Klimaanlage
für ein
Kraftfahrzeug. Das Luftfördersystem
beinhaltet ein Gehäuse
mit einer Oberseite, einer Unterseite und zwei dazwischen angeordneten
Seitenwänden,
die einen Luftkanal definieren. Das Gehäuse beinhaltet des weiteren
einen Lufteinlaß und mehrere
Luftauslaßöffnungen,
die in einen Fahrzeuginnenraum gerichtet sind, z. B. zur Fußraumbeheizung,
Scheibentrocknung und zur Belüftung.
Im Gehäuse
ist ein Gebläse
angeordnet, das Luft in das Gehäuse
zieht und diese Luft durch den Luftkanal des Gehäuses drückt. Ein Verdampfer ist ebenfalls im
Gehäuse
angeordnet und kühlt
die Luft, während diese
durch das Gehäuse
strömt,
sowie ein Heizkörper,
der stromunterhalb des Verdampfers im Gehäuse angeordnet ist. Der Heizkörper heizt
die Luft auf, wenn sie durch ihn hindurch streicht. Das Fördersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet des weiteren eine erste Temperaturmischklappe,
die in einem ersten Bypasskanal angeordnet ist, welcher im Luftkanal
des Gehäuses
verläuft.
Der erste Bypasskanal ist zwischen dem Verdampfer und den Luftauslaßöffnungen
des Gehäuses
ausgebildet. Die erste Temperaturmischklappe ist um einen mittigen Teil
derselben schwenkbar, so daß sie
von einer Schließstellung
in eine geöffnete
Stellung bewegt werden und in einer unbegrenzten Zahl von Zwischenstellungen
zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung gestoppt werden
kann. Das Fördersystem
beinhaltet des weiteren einen im Gehäuse angeformten Absatz, der
dichtend mit einem ersten Ende der ersten Temperaturmischklappe
in Eingriff gelangt, wenn sich die Mischklappe in ihrer vollständig geschlossenen
Stellung befindet. Der Absatz steuert auch die Luftstrommenge, die
um das erste Ende der ersten Temperaturmischklappe strömt, wenn
die Mischklappe in Richtung der voll geöffneten Stellung verschwenkt
wird.
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Das
Luftfördersystem
beinhaltet des weiteren eine zweite Temperaturmischklappe, die in
einem zweiten Bypasskanal im Gehäuse
angeordnet ist, wobei der zweite Bypasskanal zwischen dem Heizkörper und
dem Verdampfer ausgebildet ist. Die zweite Mischklappe bewegt sich
von einer Schließstellung
in eine geöffnete
Stellung, und die erste und die zweite Mischklappe arbeiten derart,
daß sie
sich in einer koordinierten Bewegung gemäß einer vorgegebenen Strategie
bewegen, die von der vom Fahrzeuginsassen geforderten Temperatur
abhängt.
Das Fördersystem
der vorliegenden Erfindung beinhaltet auch Steuermittel, wie z.
B. einen Elektromotor, um die erste und zweite Mischklappe je nach
einer vorgegebenen Strategie in eine vorgegebene Stellung zu bewegen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhaltet das oben beschriebene Mischklappensystem
eine dritte Temperaturmischklappe, die mit der zweiten Temperaturmischklappe
gekoppelt und an diese angrenzend angeordnet ist und sich tandemartig
mit der zweiten Temperaturmischklappe von der ersten Stellung in eine
zweite Stellung oder vollständig
geschlossene Stellung bewegt. Das Temperaturmischklappensystem ist
in einem mittig eingebauten Luftfördersystem angeordnet, welches
im wesentlichen um eine Längsachse
des Fahrzeuges entlang der Mittellinie desselben angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein mittig eingebautes Luftfördersystem
mit einem Temperaturmischklappensystem, welches eine gute Vermischung
von kühler
Luft und warmer Luft gewährleistet,
bevor diese aus dem System austritt, bzw. so daß die richtige Auslaßtemperatur
der Luft aus den Systemregistern sichergestellt ist.
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Das
Mischklappensystem hat koordinierte Bewegungen, um eine korrekte
Auslaßlufttemperatur zu
gewährleisten,
wie sie von einem Fahrzeuginsassen gefordert wurde.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie ein sauber und effizient
gepacktes Luftfördersystem
für eine
Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges liefert, das ein reduziertes Volumen
des Mischbereiches zwischen dem Luftfördersystem und den Auslaßregistern
ermöglicht.
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Die
Erfindung soll nun beispielartig näher erläutert werden, mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigt:
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1: eine perspektivische
Ansicht des Gehäuses
eines mittig eingebauten Luftfördersystems ähnlich demjenigen,
wie es in der US-Patentschrift 5,673,964 offenbart ist und eine ähnliche
Konstruktion wie das Gehäuse
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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2: eine quergeschnittene
Ansicht gemäß 1, entlang der Linie 2-2
in 1, insofern sie die
vorliegende Erfindung betrifft;
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3: eine vergrößerte Ansicht
im Querschnitt von einem Teil eines Luftfördersystems, das gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung strukturiert ist; und
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4: eine diagrammartige Kurve
einer Steuerstrategie für
den Einsatz in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.
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Es
sei nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, worin 1 eine perspektivische Ansicht einer
mittig einbaubaren Klimaanlage für
ein Kraftfahrzeug darstellt. Die mittig einbaubare Klimaanlage 10 ist
so konstruiert, daß sie
kompakt in der Nähe
der Längs-Mittelachse des Fahrzeuges
untergebracht ist, so daß sie
sowohl für
linksgesteuerte als auch für rechtsgesteuerte
Fahrzeuge geeignet ist. Ein solches System ist weiter im einzelnen
in der US-Patentschrift
5,673,964 dargestellt, die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung
erteilt wurde. Die mittig montierte Klimaanlage 10 beinhaltet
ein Luftfördergehäuse 12 mit
einer Oberseite 14, einer Unterseite 16 und zwei
allgemein ebenen Seitenwänden 18.
Das Gehäuse
beinhaltet einen Lufteinlaß 20 für Frischluft oder
Umwälzluft
sowie mehrere Luftauslaßöffnungen 22,
welche die Luft in den Fahrgastraum des Fahrzeuges (nicht dargestellt)
leiten, wie dies in der Technik bekannt ist.
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Wie
weiter im einzelnen aus den 2 und 3 ersichtlich ist, beinhaltet
die Klimaanlage 10 der vorliegenden Erfindung außerdem ein
Gebläse,
z. B. ein Zentrifugalgebläse 26,
das Luft durch den Lufteinlaß ansaugt
und diese Luft durch einen im Gehäuse 12 eingeformten
Luftkanal 24 drückt.
Die Klimaanlage weist auch einen Verdampferkörper 28 zur Kühlung der
von dem Gebläse 26 durch
den Verdampferkörper 28 geförderten
Luft auf. Verdampferkörper 28 ist stromunterhalb
des Gebläses 26 angeordnet,
wie es in 2 dargestellt
ist. Die Klimaanlage 10 enthält außerdem einen dem Verdampferkörper 28 benachbarten
Heizkörper 30.
Der Heizkörper 30 ist
stromunterhalb des Verdampferkörpers 28 angeordnet
und bewirkt eine Erwärmung
der durch ihn strömenden Luft.
Die durch den Heizkörper
strömende
Luft muß jedoch
zuerst durch den Verdampfer 28 strömen, und zwar wegen der mittig
angelegten Konstruktion der Klimaanlage 10.
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Um
mit einer angemessenen Temperatur aufbereitete Luft zu liefern,
wie sie von einem Fahrzeuginsassen gewünscht wird, ist in der Klimaanlage 10 ein
Temperaturmischklappensystem angeordnet. Das Temperaturmischklappensystem
besteht aus mehreren Temperaturmischklappen, wie sie eingehender
weiter unten noch beschrieben werden sollen, die die Vermischung
der gekühlten
Luft vom Verdampfer mit der erwärmten
Luft vom Heizkörper
bewirken, um so auf eine vorgewählte
Temperatur aufbereitete Luft zu liefern.
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Wie
deutlicher aus 3 ersichtlich
ist, beinhaltet das Mischklappensystem eine erste Temperaturmischklappe 32,
die in einem ersten Bypasskanal 34 zwischen dem Verdampfer 28 und
dem Heizkörper 30 angeordnet
ist. Die erste Mischklappe 32 hat eine allgemein kurvenförmige Gestalt,
fast eine "S-Form", wie 3 zeigt, wenngleich auch
eine allgemein gerade Mischklappe verwendet werden kann. Die erste
Mischklappe 32 läßt sich
um eine mittige Achse in ihrer Mitte 36 verschwenken. Wie 3 zeigt, ist die erste Temperaturmischklappe 32 in
ausgezogenen Linien in ihrer vollständig geschlossenen Stellung
dargestellt, so daß die
gesamte durch den Verdampfer 28 strömende Luft durch den Heizkörper 30 geleitet
wird. Die in Phantomlinien dargestellte erste Temperaturmischklappe 32 ist
in einer Stellung dargestellt, in der sie eine volle Kühlung erlaubt,
so daß die
gesamte durch den Verdampfer 28 geleitete Luft durch die
Luftauslaßöffnungen 22 in
den Fahrgastraum geleitet wird. Die Temperaturmischklappe 32 ist
aus bekanntem Polymerwerkstoff hergestellt, z. B. aus Polypropylen
oder aus Nylon, wie es in der Technik bekannt ist.
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Die
erste Temperaturmischklappe hat ein erstes Ende 33, das
an einem an der Gehäuseseitenwand 18 des
Gehäuses 12 angeformten
Absatz 40 anliegt. Der Absatz 40 ist ein besonders
kritisches Teil der Erfindung. Absatz 40 ist so ausgebildet,
daß er
einen Krümmungsradius
hat, der etwa gleich dem Krümmungsradius
der Mischklappe 32 ist. Dadurch ergibt sich ein Merkmal,
wonach, wenn die erste Mischklappe 32 von der voll geschlossenen Stellung, wie
sie in ausgezogenen Linien dargestellt ist, in eine offene Stellung
verschwenkt wird, wie sie in Phantomlinien dargestellt ist, keine
gekühlte
Luft vom Verdampfer am ersten Ende 33 der ersten Mischklappe 32 vorbeigelassen
wird, bis die Mischklappe einen vorgegebenen Winkel durchlaufen
hat. Dieser vorgegebene Winkel muß über 5° liegen und ist vorzugsweise
kleiner als 20°.
Dadurch ergibt sich ein bedeutender Vorteil, insofern eine typische
mittig montierte Klimaanlage einen sehr kurzen bzw. kleinen Mischraum 38 hat,
durch den die aufbereitete Luft in den Fahrzeuginnenraum strömt. Wenn
kalte Luft vom Verdampfer in diesen Mischraum 38 eingelassen wird,
bevor warme Luft von dem später
noch zu beschreibenden Heizkörper
gelangt, dann kann die durch die Luftauslaßöffnungen in den Fahrzeuginnenraum
strömende
Luft nicht die von dem Fahrzeuginsassen gewählte Temperatur erreichen,
weil mehr kalte Luft in das System eingespeist wird, bevor sich
die von dem Heizkörper
kommende warme Luft mit ihr vermischt. Somit steuert der Absatz 40 die Menge
an Kaltluft, die von dem Verdampfer her in den Mischraum 38 eintritt,
wenn die erste Temperaturmischklappe 32 geöffnet wird.
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Das
Temperaturregelsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet des weiteren zwei zweite Temperaturmischklappen 42, 44.
Diese zweiten Temperaturmischklappen 42, 44 sind
in einem zweiten Bypasskanal 46 zwischen dem Verdampfer 28 und
dem Heizkörper 30 angeordnet.
Aufgabe dieser beiden Mischklappen ist es, die Menge gekühlter Luft
zu regulieren, die vom Verdampfer her durch den Heizkörper 30 strömt. Jede
dieser Mischklappen 42, 44 ist derart um eine
mittige Achse 48 verschwenkbar, daß sie den Bypasskanal 46 für die in
den Heizkörper 30 einströmende Luft
jeweils öffnet
oder schließt.
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Der
Betrieb des Temperaturmischklappensystems der vorliegenden Erfindung
läuft in
einer koordinierten Art und Weise ab. Wenn ein Fahrzeuginsasse eine
vorgegebene Temperatur für
das Innere des Fahrgastraumes wählt,
die mit bekannten Mitteln eingestellt werden kann, wie z. B. mit
einem Temperaturstellknopf oder einem digitalen Wahlschalter, steuert
ein Prozessor den erforderlichen Rotationsgrad, um welchen jede
der Temperaturmischklappen 32, 42 und 44 verschwenkt
werden muß,
um die geeignete Lufttemperatur zu erzeugen. Die Temperaturmischklappen 32, 42 und 44 sind
in ihrer Bewegung so koordiniert, daß sich die Temperaturmischklappen 42 und 44 im
Sinne der vorgewählten
Temperaturforderung tandemartig bewegen. Die Temperaturmischklappen
bewegen sich nach einer vorgegebenen bzw. definierten Strategie.
Ein Beispiel einer Strategie ist in 4 veranschaulicht.
Die Strategie zeigt, daß,
um in der Klimaanlage eine gewünschte
Temperatur erzeugen zu können,
die erste Temperaturmischklappe 32 und die zweite und dritte
Temperaturmischklappe 42 und 44 um eine bestimmte
Strecke bis in die vorgegebenen Stellungen geöffnet oder geschlossen werden
müssen.
Der Prozessor schlägt einfach
die Werte für
die Positionen der Mischklappen für eine gegebene Temperatur
in einer Nachschlagetabelle nach, und Elektromotoren 50 (1) verstellen jede der Temperaturmischklappen
in die geeigneten Stellungen, um die geforderte Temperatur zu erzeugen.
Natürlich ändert sich
die Strategie zur Bestimmung der Positionen für die Temperaturmischklappen
je nach der Konstruktion und den Packungsanforderungen der jeweiligen
mittig montierten Klimaanlage. Unterschiedliche Fahrzeuge werden
daher meist auch unterschiedliche Steuerstrategien haben, und die
vorliegende Erfindung ist nicht als allein auf die in 4 gezeigten Steuerstrategien beschränkt gedacht.
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Im
Betrieb drückt
das Gebläse 26 Frischluft oder
Umwälzluft
durch den Verdampfer 28. Die Temperaturmischklappen 32, 42 und 44 bestimmen
dabei die Luftmenge, die durch den Heizkörper 30 zu leiten ist.
Wenn die Luft durch den Heizkörper 30 strömt, tritt
sie in einen Raum 52 ein. Das Gehäuse 12 hat einen Halsabschnitt 54 mit
vorgegebener Gestalt. Die Gestaltung des Halsabschnittes 54,
entlang welchem die erwärmte
Luft fließt,
nachdem sie durch den Heizkörper
getreten ist, ist derart optimiert, daß der größtmögliche Luftstrom erreicht wird,
der durch diesen Hals in den Mischraum 38 fließt. Demgemäß wird die Gestaltung
des Halsabschnittes 54 auch je nach den Packungsforderungen
der einzelnen Fahrzeuge optimiert werden. Die durch den Verdampfer 28 strömende Luft
fließt
um die erste Temperaturmischklappe 32 und tritt in den
Mischraum 38 ein, wo die kalte und warme Luft miteinander
kombiniert werden, so daß in etwa
die vom Fahrzeuginsassen geforderte Temperatur erzielt wird. Verschiedene
Betriebsklappen sind derart an verschiedenen Stellen angeordnet,
daß die Luft
entweder einem Enteisungsauslaß,
einem mit Registern versehenem Lüftungsauslaß oder einem Fußraumauslaß zugeführt wird,
wie dies in der Technik allgemein bekannt ist und in der US-Patentschrift Nr.
5,673,964 beschrieben ist. Mit der Stellung eines Mischklappensystems,
wie es hier beschrieben wurde, läßt: sich
bei dem gegebenen engen und kurzen Unterbringungsraum für ein mittig
montiertes System eine höhere
Präzision
in den Ausgangstemperaturen erzielen.