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Heizungs-Lüftungseinrichtung an kraftstoffbetriebenen Frischluftheizgeräten, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Heizungs-Lüftungseinrichtung an kraftstoffbetriebenen Frischluftheizgeräten, insbesondere für Kraftfahrzeuge zum Zwecke der Klimatisierung des Fahrgastraumes, mit einem Gebläse für die Frischluft und mit dessen Elektromotor gekuppelten Aggregaten, wie Kraftstofforder- pumpe, -zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse.
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Frischluftstrom auch zur Lüftung des Fahrgastraumes während der heissen Sommermonate benutzen.
Zu diesem Zweck wurde vorgeschlagen, zusätzlich mechanische'Einrichtungen vorzusehen, welche als Kupplung bzw. als Regelgetriebe ausgebildet sind und das Antriebsmoment eines Gebläsemotors auf einer Reihe von Zusatzaggregaten, wie Kraftstofförderpumpe, -zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse unterbrechen oder reduzieren. Es ist auch bekannt, zum Zwecke einer Heizungs- bzw. Lüftungsregulierung einen in seiner Drehzahl regelbaren Elektromotor vorzusehen, der die Fördereinrichtungen eines Heizgerätes entsprechend beeinflusst und den Heizungs-bzw. Lüftungseffekt auf die jeweiligen Erfordernisse einstellt.
Die bisher verwendeten mechanischen Einrichtungen sind aufwendig und daher kostspielig, sie müssen ferngesteuert werden und sind darin insofern unzuverlässig, als sie nahe der Verbrennungszone des Gerätes untergebracht sind und der zur Steuerung nötige Kraftaufwand durch Verschmutzung und mangelnde Schmierung unzulässig ansteigen kann. Auf eine Fernbedienung zu verzichten ist jedoch aus Gründen eines gewissen Bedienungskomforts undiskutabel, ein Hantieren unmittelbar am Gerät soll auf das unumgänglich notwendige Mass beschränkt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an mechanischen Einrichtungen für den Umschaltvorgang des Heizungs-Lüftungsgetriebes zu reduzieren bzw. überhaupt entbehrlich zu machen und die Fernbedienung zur Auslösung dieses Vorganges einfach und zuverlässig zu gestalten.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch bewirkt, dass durch einen elektrischen Polwender als Fernschalter der Drehsinn des Elektromotors umkehrbar ist, wobei gegebenenfalls Freilaufkupplungen vorgesehen sind, die den Antrieb der Kraftstofförderpumpe unterbrechen und den Kraftstoffzerstäuber sowie das Verbrennungsluftgebläse bei Änderung der Drehrichtung des Elektromotors von diesem trennen.
Die Massnahmen der erfindungsgemässen Lösung bestehen also in einem einfachen elektrischen Schaltvorgang, welcher bekanntlich bei dem in der Kraftfahrzeugelektrik üblichen Gleichstrombetrieb ohne weiteres möglich ist und bei Polwechsel die Umkehrung der Laufrichtung eines Kollektormotors zur Folge hat. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze und lässt mit der Umkehrung des Drehsinns des Motors die zur Lüftung entbehrlichen Aggregate unwirksam werden, wobei zunächst schon eine Umkehrung des Drehsinns der Förderpumpe deren Unwirksamwerden, d. h. keinen Kraftstoff zu fördern, zur Folge hätte.
Die gleichfalls im umgekehrten Drehsinn laufenden Zerstäuber und Verbrennungsluftgebläse werden durch das Ausbleiben des Kraftstoffes automatisch unwirksam, die vorzugsweise Anwendung einer Freilaufkupplung lässt diese Aggregate jedoch ebenfalls zum Stillstand kommen, was eine Einsparung an Motorkraft und damit an elektrischer Energie bedeutet. Der Frischluftstrom wird unter der Voraussetzung, dass ein Radialgebläse vorgesehen ist, in beiden Drehrichtungen des Gebläsemotors als Warmluft bzw. als Kaltluft dem Wageninneren zugeführt, um dessen Heizung bzw. Lüftung zu bewirken.
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Als Variante zu der erfindungsgemässen Grundkonzeption eines Heizungs-Lüftungsgerätes besteht die Möglichkeit, an Stelle des Radialgebläses ein Axialgebläse zu verwenden. Es würde in diesem Falle die Aufheizung des Fahrgastraumes durch den Belüftungsvorgang mittels eingeblasel1er Warmluft erfolgen, die Kühlung dagegen durch einen Entlüftungsvorgang, d. h. durch das Absaugen der erwärmten Luft aus dem Fahrzeuginneren. Dieser Klimatisierungsvorgang durch Entlüften zum Zwecke der Kühlung weist verschiedene Vorteile gegenüber dem Belüften auf. Es werden nämlich mit dem Frischluftstrom in den Sommermonaten Staubanteile in erhöhtem Masse in das Wageninnere befördert, da sich das Gerät in Bodennähe befindet bzw. auch die Frischluft in Bodennähe angesaugt wird.
Der Entlüftungsvorgang zu Kühlzwecken hingegen bewirkt das Absaugen verbrauchter und aufgewärmter Luft aus dem Wageninneren und lässt das Nachströmen der Luft durch die ohnehin für diesen Zweck vorgesehenen Lüftungseinrichtungen des Kraftfahrzeuges zu. Hiedurch ist eine gesteigerte Luftströmung im Wageninneren zu verzeichnen, die angenehm als Kühlung empfunden wird und deren Intensität durch das Öffnen und Schliessen dieser gegebenen Lüftungseinrichtungen reguliert werden kann.
An einem praktischen Beispiel soll nachstehend die Anwendung des erfinderischen Lösungsgedankens an einem Frischluftheizgerät erläutert werden, wobei die Anwendung der Erfindung nicht auf diese Geräte beschränkt ist, sondern auch z. B. an Mischluftgeräten mit Erfolg möglich ist.
Fig. l zeigt den schematischen Aufbau eines Frischlufiheizgerätes und die Fig. 2 und 3 Details der Gebläseeinrichtung.
Es wird zunächst von jener Variante der Erfindung ausgegangen, welche in beiden Fällen, also sowohl bei der Heizung als auch bei der Lüftung Frischluft ansaugt und in das Wageninnere einströmen lässt.
Der hiebei wirksame Luftschleudereffekt eines Radialgebläses 1 wird in dessen beiden Drehrichtungen Luft ansaugen und durch die Kanäle des Heizgerätes drücken.
Wie aus Fig. l ersichtlich, streicht die Frischluft dabei durch Ringkanäle 2, die von innen durch die heissen Abgase des Brenners 3 erwärmt werden, wenn das Gerät auf Heizung eingestellt ist. Das Radiale- blase l wird durch einen Elektromotor 4 angetrieben, an welchem nach der Brennerseite zu ein Verbrennungsluftgebläse 5 und einKraftstoff-Zerstäuber 6, auf der Ansaugseite ausser dem Radialgebläse noch eine Kraftstofförderpumpe 7 angekuppelt ist. Sämtliche Aggregate sind untereinander und zum Rohrsystem des Wärmetauschers koaxial ausgerichtet.
Die Richtung des Frischluftstromes innerhalb des Gerätes ist sowohl beim Heiz- als auch beim Kühlvorgang der gleiche und verläuft in folgender Weise :
Das Radialgebläse 1 drückt die angesaugte Frischluft an die Gehäuse-Innenwand, entlang dieser bis in den Bereich des Wärmetauschers 8, in welchem sie sich dann in zwei Ringkanäle 2 teilt. In diesen Kanälen vollzieht sich in dem einen Fall der Aufheizungsvorgang (Warmluft), in dem andern Fall findet lediglich ein Durchtritt statt (Kühlluft); der Luftaustritt nach dem Wageninneren erfolgt entweder unmittelbar aus der vorderen Öffnung 9 des Gerätes oder über eine Rohrleitung und eine Düsenkombination.
Die Verbrennungsluft wird über einen Ansaugstutzen 10 durch das Gebläse 5 ebenfalls aus der Umgebungsluft entnommen und gelangt unter gleichzeitiger Kühlung des Elektromotors 4 zum Brenner 3. Dieser Brenner befindet sich in einem zentral gelegenen Rohr des Wärmetauschers 8, dessen dem Brenner zugewendete Hälfte von der andern durch einen Flammeneinschnürring 11 abgeteilt ist. Dementsprechend ist die Verbrennungszone des Kraftstoff-Luftgemisches in eine Hauptbrennkammer 12 und eine Nachbrennkammer 13 unterteilt.
Durch die Kraftstofförderpumpe 7 gelangt das Heizöl in den rotierenden Zerstäuber 6, der es in die Hauptbrennkammer 12 einsprüht. Die zugeführte Verbrennungsluft mischt sich unter kräftiger Wirbelbildung mit dem zerstäubten Kraftstoff. Das nunmehr zündfähige Gemisch wird anfangs durch eine Glühkerze 14 zur Verbrennung gebracht, die sich im weiteren Betrieb selbst erhält. Durch den Flammeneinschnürring 11 gelangt'der sich bildende Flammenkegel in die Nachbrennkammer 13, aus der nach restloser Verbrennung die Abgase durch radiale Kanäle 15 in den doppelwandigen Teil des Wärmetauschers 8 und anschliessend durch den Abgasaustritt 16 ins Freie gelangen. Die Verbrennungswärme wird über die Wandungen des Wärmetauschers 8 an denFrischluftstromabgegeben.
Der äussere Blechmantel 17 wird durch die vorbeistreichende Luft gleichzeitig gekühlt.
Um das Gerät zur Lüftung benutzen zu können, ist die Betätigung eines Polwenders 18 erforderlich, welcher gleichzeitig als Fernsteuerorgan wirkt. Das Prinzip eines solchen Polwenders besteht darin, dass die Anschlussleitungen des Elektromotors 4 abwechselnd an den positiven und negativen Pol einer Stromquelle, in einem Fall z. B. der Batterie des Fahrzeuges, angeschlossen werden. Dementsprechend wird auch der Drehsinn des Motors 4 umgekehrt. In der praktischenAusführung sind solche Polwender entweder als Drehoder als Kippschalter ausgebildet. In Fig. 1 ist der Polwender 18 symbolisch dargestellt, die beiden elektrischen Zuleitungen 19 nach dem Motor 4 werden wechselseitig vom elektrischen Strom durchflossen, abhängig von der batterieseitigen Polung.
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Die Wirkung derDrehsinns-Umkehrung des Elektromotors 4 zum Zwecke der Lüftung und Kühlung des Fahrzeuginneren ist folgende :
Wie bereits erwähnt, ändert sich arbeitsmässig im Bereich des die Frischluft ansaugenden Radialebläses nichts, d. h. dieses wirkt auch bei umgekehrter Drehrichtung als Luftschleuder und dementsprechend ansaugend, verdichtend und fördernd. Die Kraftstofförderpumpe 7 dagegen würde bei einer starren Kupplung ihren Inhalt in den Tank zurückdrücken und dann leer, d. h. ohneFörderwirkung weiterlaufen. Diese einfache Umkehrung der Kraftstoffpumpendrehrichtung erfüllt ohne weiteres den hier angestrebten Zweck, nämlich die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen.
Es wäre lediglich als ein Nachteil anzusehen, dass ein nach- folgender Übergang zum Heizungsbetrieb einen gewissen Vorlauf der Pumpe notwendig macht, um diese wieder mit Kraftstoff zu füllen. Ausserdem tritt eine erhöhte Abnutzung der Pumpe ein sowie ein zusätzlicher Verbrauch an elektrischer Energie an dem sonst ohne diese Belastung laufenden Elektromotor 4.
Eine Beseitigung dieses Mangels ist durch den Einbau einer Freilaufkupplung 20 in den Pumpenbetrieb zu erzielen, der über eine Schnecke 21 von der durchgehenden Welle des Elektromotors 4 abgeleitet wird und aus einem pumpenseitig angeordneten Schneckenrad 22 besteht. Der Einbau der Freilaufkupplung 20 erfolgt z. B. in das Schneckenrad 22, so dass dieses mit der Schnecke 21 in dauerndem Eingriff sein kann.
Mit der gleichen Wirkung ist eine weitere Freilaufkupplung 23 zwischen Elektromotor 4 und Verbrennungsluftgebläse 5 bzw. Zerstäuber 6 einzuschalten, welche diese Aggregate aus Gründen einer Einsparung an elektrischer Energie durch den dadurch minder belasteten Elektromotor 4 stillsetzt. Es ist also an dem Lüftungsvorgang lediglich der Motor 4 mit dem Frischluft ansaugenden Radialgebläse 1 beteiligt.
Eine Steigerung des Lüftungseffektes wird, wie eingangs erwähnt, darin erblickt, zum Zwecke der Kühlung nicht zusätzlich Frischluft dem Wageninneren zuzuführen, sondern aus diesem die verbrauchte Luft zu entfernen und durch die ohnehin gegebenen Lüftungsmöglichkeiten des Fahrzeuges Frischluft zuströmen zu lassen. Dies erfordert die Umrüstung des Gerätes als Axialgebläse, welches nun eine Umkehrung des Frischluftstromes bewirkt, wenn der Drehsinn des Gebläsemotors geändert wird. Eine Umkehrung des Drehsinns des Gebläsemotors eines Axialgebläses bewirkt eine Umkehrung der Strömungsrichtung der Luft.
Entsprechend dem Drehsinn des Gebläses ist es also möglich, den Frischluftstrom zum Zwecke der Erwärmung des Fahrgastraumes von aussen anzusaugen und durch die Heizkanäle in das Wageninnere zu lenken oder die Luft aus dem Wageninneren durch die nun unwirksamen Heizkanäle nach aussen abzuführen.
In den Fig. 2 und 3 ist an einem Heizgerät die Anordnung eines Radialgebläses 24 (Fig. 2) und eines Axialgebläses 25 (Fig. 3) dargestellt. Letzteres erhält die zur Steigerung seines Wirkungsgrades erforderlichen Lufteintritts-Leitschaufeln 26 vorgesetzt, die radial um einen zentralen Luftleitkörper 27 angeordnet sind. Die Anschlussverhältnisse gegenüber dem Heizgerät sind bei beiden Gebläsearten gleichartig ausgebildet, so dass wahlweise entsprechend der vorgesehenen Lüftungsart, das eine oder andere Gebläse angebaut werden kann.
Dies ist ein einmaliger Vorgang, der lediglich die Klimatisierungsart der Kühlluft durch Belüften oder Entlüften beeinflusst, den Heizvorgang aber in jedem Falle wirksam'werden lässt. Der Einbau eines Radial- oder Axialgebläses wird also in den meisten Fällen eine einmalige Massnahme bleiben und wirkt bestimmend auf die Lüftungsart des Fahrgastraumes. Die erfindungsgemässe Beeinflussung des Gebläses durch Drehsinnsänderung bewirkt dagegen die Temperierung und Kühlung des Fahrgastraumes.
Beide Vorkehrungen. erfüllen mit einfachen Mitteln wirksam und unbedingt sicher die eingangs gestellten Aufgaben unter völliger Ausschaltung der bisherigen Nachteile an den bekannten Geräten.