DE10129206A1

DE10129206A1 - Heizsystem, Verfahren zum Beeinflussen von Luftströmungen in einem Heizsystem und strömungsmechanisches System

Info

Publication number: DE10129206A1
Application number: DE2001129206
Authority: DE
Inventors: Andreas Ludwig; Andreas May; Nils Elm
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: DE10129206C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizsystem zum Erwärmen von Luft, insbesondere zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Heizung (10), einer zweiten Heizung (12) und einem Strömungsweg der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12), wobei in einem Verbindungsbereich zwischen der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12) eine Abluftöffnung (16) vorgesehen ist, Mittel (18, 20) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand vorgesehen sind, in dem einen ersten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12) besteht, in dem einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung von der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12) teilweise blockiert ist, und in dem zweiten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der zweiten Heizung (12) und der Abluftöffnung (16) besteht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beeinflussen von Luftströmungen in einem Heizsystem und ein strömungsmechanisches System.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizsystem zum Erwärmen von Luft, insbesondere zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer ersten Heizung, mindestens einer zweiten Heizung und mindestens einem Strömungsweg zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beeinflussen von Luftströmungen in einem Heizsystem zum Erwärmen von Luft, insbesondere zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer ersten Heizung, mindestens einer zweiten Heizung und mindestens einem Strömungsweg zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein strömungsmechanisches System mit einem ersten Strömungsweg, einem zweiten Strömungsweg und einer Umschaltklappe, die in einem ersten Zustand den ersten Strömungsweg freigibt und den zweiten Strömungsweg blockiert und in einem zweiten Zustand den ersten Strömungsweg in mindestens einer Richtung blockiert und den zweiten Strömungsweg freigibt.
Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich ist es bekannt, gattungsgemäße Heizsysteme und gattungsgemäße Verfahren einzusetzen. Diese zeichnen sich durch das Zusammenwirken einer ersten Heizung - der Fahrzeugheizung beziehungsweise einer Kombination aus Fahrzeugheizung und Klimaanlage - und einer zweiten Heizung - der Luftzusatzheizung - aus. Die Fahrzeugheizung beziehungsweise die Kombination aus Fahrzeugheizung und Klimaanlage wird auch als "Frontbox" bezeichnet. Die Kombination aus Fahrzeugheizung und Klimaanlage ist auch als HVAC ("Heat Ventilation Air Condition") bekannt. Wenn im Folgenden bei der Beschreibung des Standes der Technik und bei der Beschreibung der Erfindung von einer Fahrzeugheizung die Rede ist, so sind stets auch Kombinationen einer Fahrzeugheizung mit einer Klimaanlage gemeint.
Fig. 12 zeigt schematisch den Aufbau eines Systems des Standes der Technik. Eine Fahrzeugheizung 110 mit einem Lufteintritt 138, der nicht näher dargestellt ist, steht mit einer Mischkammer 114 in Verbindung. Weiterhin ist eine Zusatzheizung 112 vorgesehen, die einen Lufteintritt 136 aufweist. Auch die Zusatzheizung 112 steht mit der Mischkammer 114 in Verbindung. Die Mischkammer 114 weist mehrere Luftkanäle 140 für den Austritt von Luft auf. Im Allgemeinen besteht in der Mischkammer 114 die Möglichkeit, den dort eintretenden Volumenstrom über Klappen in die unterschiedlichen Luftkanäle 140 umzuleiten oder Luftkanäle 140 abzuschließen. Auf diese Weise wird dem Benutzer die Möglichkeit gegeben, umfangreiche Einstellungen zur Klimatisierung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs vorzunehmen.
Beim normalen Betrieb des Heizsystems gemäß Fig. 12 tritt ein Luftstrom 142 aus der Fahrzeugheizung 110 aus und in die Mischkammer 114 ein. Ebenso tritt ein Luftstrom 144 aus der Zusatzheizung 112 aus und in die Mischkammer 114 ein. Aufgrund dieser an sich voneinander unabhängigen Luftströmungen 142, 144 kann eine Gegenkopplung resultieren, die beispielsweise zu dem Gegendruck 146 gegen die Strömung 144 der Zusatzheizung 112 führen kann. In Fig. 12 hat der Gegendruck 146 einen geringen Betrag, so dass ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Heizsystems möglich ist.
In Fig. 13 ist ein System dargestellt, welches vom Aufbau her demjenigen aus Fig. 12 entspricht. Im Unterschied zu dem in Fig. 12 schematisch dargestellten Betriebszustand arbeitet das Heizsystem gemäß Fig. 13 nicht ordnungsgemäß. Dies resultiert aus dem erhöhten Gegendruck 146, der im dargestellten Fall so groß ist, dass er eine Umkehr der Luftströmung 144 bewirkt.
Das Entstehen der in Fig. 12 beziehungsweise in Fig. 13 schematisch dargestellten Betriebszustände und die daraus resultierende Problematik wird nachfolgend erläutert.
Die Fahrzeugheizung besitzt ein Gebläse, das mit hohem Volumenstrom und relativ geringer Drucksteifigkeit Luft in die Mischkammer einbläst. Unter dem Begriff Drucksteifigkeit ist das Potential eines Druckaufbaus zu verstehen. Eine hohe Drucksteifigkeit steht beispielsweise für das Potential, einen hohen Druck aufzubringen. Das Gebläse der Fahrzeugheizung kann stufenlos oder in Stufen geregelt werden, wobei diese Regelung insbesondere unabhängig von den thermodynamischen Zuständen in dem Heizsystem vorgenommen werden kann.
Auch die Zusatzheizung besitzt ein Gebläse. Dieses ist im Gegensatz zu dem Gebläse der Fahrzeugheizung relativ drucksteif, wobei jedoch ein geringerer Volumenstrom erzeugt wird. Bei gängigen Zusatzheizungen kann das Gebläse der Zusatzheizung prinzipbedingt nicht unabhängig von der Heizleistung der Zusatzheizung geregelt werden. Wenn mehr Heizleistung benötigt wird, so steigt auch der Volumenstrom an und umgekehrt. Aufgrund der Änderung des Volumenstroms der Zusatzheizung ändert sich aber auch die Drucksteifigkeit. Die Ausblastemperatur an der Zusatzheizung ist unter anderem abhängig von den der Zusatzheizung entgegenwirkenden Widerständen. Dies kann bei hohem Widerstand zu einer erhöhten Ausblastemperatur führen, die durch Herunterregeln oder Abschalten der Zusatzheizung begrenzt wird.
Für den Betrieb der Zusatzheizung ist es daher ideal, wenn sie bei niedrigen Aussentemperaturen mit hohen Heizleistungen, das heißt hohen Volumenströmen und somit hoher Drucksteifigkeit laufen kann. Die Zusatzheizung kann dann dem Gebläse der Fahrzeugheizung entgegenwirken, insbesondere wenn letzteres mit niedrigen Gebläsestufen betrieben wird beziehungsweise wenn nur wenige Klappen in der Mischkammer geschlossen sind.
Problematisch ist allerdings, wenn die Zusatzheizung aufgrund steigender Temperaturen die Heizleistung absenken muss. Aufgrund der vorstehend erläuterten Gesetzmäßigkeiten sinkt dann auch die Drucksteifigkeit und mithin die Möglichkeit, dem Fahrzeuggebläse ausreichend entgegenzuwirken. Ein solcher Zustand hat wiederum zur Folge, dass der Widerstand für die Zusatzheizung immer höher wird und die Zusatzheizung immer weiter die Heizleistung herunterregelt. Dies kann dazu führen, dass der Gegendruck, der durch das Fahrzeugheizungsgebläse erzeugt wird, höher ist als der Druck der Zusatzheizung. Dieser Zustand wird auch als Überdrückung bezeichnet. Die Wärme der Zusatzheizung kann dann nicht mehr abgefördert werden. Im Extremfall wird sie in die umgekehrte Richtung transportiert. Dies kann dazu führen, dass ein im Allgemeinen im Auslassbereich der Zusatzheizung angeordneter Überhitzungsschutz außer Kraft gesetzt werden kann. Weiterhin kann es zu gravierenden Schäden am gesamten System kommen, beispielsweise im Einlassbereich beziehungsweise am Steuergerät der Zusatzheizung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Heizsystem und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile ausräumen und welche insbesondere eine Überdrückung in dem Heizsystem vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Heizsystem dadurch auf, dass in einem Verbindungsbereich zwischen der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung mindestens eine Abluftöffnung vorgesehen ist, dass Mittel zum Umschalten zwischen mindestens einem ersten Zustand und mindestens einem zweiten Zustand vorgesehen sind, dass in dem mindestens einen ersten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung besteht, dass in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung von der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung teilweise blockiert ist und dass in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömung zwischen der mindestens einen zweiten Heizung und der mindestens einen Abluftöffnung besteht. Auf diese Weise ist es möglich, eine Überdrückung des Heizsystems zu vermeiden. Im normalen Betrieb ist vorgesehen, dass sich die Mittel zum Umschalten in dem ersten Zustand befinden. Dann ist die Abluftöffnung verschlossen, und es existiert eine Verbindung zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung, die eine Operation des Heizsystems gestattet, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Kommt es allerdings zu der problematischen Überdrückung, so kann die Verbindung zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung unterbrochen werden, wobei weiterhin eine Verbindung zwischen der zweiten Heizung und einer Abluftöffnung hergestellt wird. Die zweite Heizung wird dann nicht mehr durch den Gegendruck der ersten Heizung beeinflusst. Ferner kann die zweite Heizung durch die Verbindung zur Abluftöffnung auskühlen. Sobald ein Gesamtzustand erreicht ist, in dem damit zu rechnen ist, dass die erste Heizung und die zweite Heizung wieder parallel arbeiten können, können die Mittel zum Umschalten wieder die normale Verbindung zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung freigeben, während die Verbindung der zweiten Heizung zur Abluftöffnung wieder geschlossen wird.
Die Erfindung entfaltet ihre Vorteile besonders dadurch, dass die erste Heizung eine Fahrzeugheizung ist und dass die zweiten Heizung eine Zusatzheizung ist. Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise für das Zusammenspiel von Heizungen in beliebigen Umgebungen einsetzbar. Besondere Vorzüge ergeben sich aber beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Dort werden Zusatzheizungen häufig mit Fahrzeugheizungen beziehungsweise mit Fahrzeugheizungssystemen kombiniert, die sich bereits in der Anwendung befinden. Die Erfindung ermöglicht durch die Entkopplung der einzubindenden Zusatzheizung von der Fahrzeugheizung eine problemlose Integration.
Vorzugsweise ist mindestens eine Mischkammer vorgesehen, in die aus der mindestens einen ersten Heizung und aus der mindestens einen zweiten Heizung ausgeströmte Luft eintreten kann. Eine solche Mischkammer ist nützlich, um Luft mit einer einheitlichen Temperatur in den Innenraum des Kraftfahrzeugs einzuleiten. Die Verbindung der Fahrzeugheizung mit der Zusatzheizung besteht dann im Allgemeinen über diese Mischkammer, wobei es auch dann zu der Problematik der Überdrückung kommen kann. Insbesondere weist eine Mischkammer häufig Klappen auf, mit denen Kanäle ganz oder teilweise verschlossen werden können, so dass der Gegendruck gegen die Strömung aus der Zusatzheizung sehr hoch werden kann.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Mittel zum Umschalten als Umschaltklappe realisiert sind. Eine Umschaltklappe kann in einfacher Weise realisiert werden, und sie kann durch verschiedenste Mittel bedient werden. Daher bietet eine Umschaltklappe eine Vielzahl von Möglichkeiten, die vorliegende Erfindung zu verwirklichen.
Beispielsweise kann es besonders nützlich sein, dass die Umschaltklappe durch Betätigungsmittel betätigbar ist. Derartige Betätigungsmittel können beispielsweise dadurch verwirklicht sein, dass ein Nutzer eines Kraftfahrzeugs die Umschaltklappe manuell umschaltet. Dies kann beispielsweise dann erfolgen, wenn eine Warnlampe im Fahrzeuginnenraum anzeigt, dass die Gefahr einer Überdrückung im Heizsystem besteht. Es sind aber auch beliebige andere Betätigungen neben der manuellen Betätigung denkbar.
Beispielsweise ist es besonders nützlich, dass die Betätigungsmittel elektrisch aktivierbar sind und dass die elektrische Aktivierung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Steuergerätes erfolgt. In diesem Fall wird die Umschaltklappe durch einen elektrischen Stellmotor betätigt. Sobald ein Heizungssteuergerät eine Überdrückung erkennt, kann über ein Signal die Umschaltklappe von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden. Umgekehrt kann nach dem ausreichenden Abkühlen der Zusatzheizung von dem zweiten in den ersten Zustand umgeschaltet werden. Ebenfalls ist es möglich, eine elektrische Betätigung unabhängig von einem Heizungssteuergerät zu realisieren. In diesem Fall kann beispielsweise ein Bimetallelement beim Erreichen einer bestimmten Temperatur einen Motor ansteuern.
Im vorgenannten Zusammenhang einer elektrischen Betätigung der Umschaltklappe ist es von besonderem Vorteil, dass zum Erfassen von Druckzuständen in dem Heizsystem mindestens ein Drucksensor zum Erzeugen eines Eingangssignals für ein Steuergerät vorgesehen ist. Ein solcher Drucksensor kann beispielsweise als Differenzdrucksensor ausgelegt sein, wobei die Differenz zwischen dem Druck vor dem Zusatzheizgerät und dem Druck im beziehungsweise nach dem Zusatzheizgerät gemessen wird. Bei zu hoher Differenz liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Überdrückung vor, so dass von dem Steuergerät Maßnahmen eingeleitet werden können, beispielsweise das Umschalten der Umschaltklappe. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass das Steuergerät bei der Entscheidung, ob Gegenmaßnahmen gegen eine Überdrückung zu treffen sind, verschiedenste Eingangssignale einbeziehen kann, beispielsweise CAN- Bus-Signale.
Im gleichen Sinne ist es zu bevorzugen, dass zum Erfassen von Temperaturzuständen in dem Heizsystem mindestens ein Temperatursensor zum Erzeugen eines Eingangssignals für ein Steuergerät vorgesehen ist. Die Auswertung der Temperatursignale kann beispielsweise durch eine Gradientenauswertung erfolgen. Ist ein Temperatursensor zum Beispiel in den Nähe des Ausgangs der Zusatzheizung installiert, so kann es bei einer Überdrückung zu einem schlagartigen Temperaturabfall im Bereich dieses Temperatursensors kommen. Da ein solcher Temperaturabfall bei einer gleichbleibenden oder steigenden Heizleistung ohne das Vorliegen einer Überdrückung nicht vorliegen könnte, kann aus dem Temperaturabfall auf eine Überdrückung geschlossen werden. Ebenfalls ist es möglich, mehrere Temperatursensoren im Bereich der Zusatzheizung zu installieren und aus dem räumlichen Temperaturverlauf auf eine eventuell vorliegende Überdrückung zu schließen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Heizsystem dadurch weitergebildet, dass die Umschaltklappe strömungsmechanisch betätigbar ist. Dies ist von besonderem Vorteil, da auf diese Weise Betätigungsmittel entbehrlich sind. Beispielsweise kann auf einen Stellmotor zur elektrischen Betätigung der Umschaltklappe verzichtet werden. Die strömungsmechanische Betätigung basiert darauf, dass die Strömungen in dem Heizungssystem zunächst dazu verwendet werden, das Vorliegen oder die Gefahr einer Überdrückung zu erkennen, und anschließend auch noch als Energielieferant dienen, um die Umschaltklappe in einen der Überdrückung entgegenwirkenden Zustand zu überführen.
Das erfindungsgemäße Heizsystem ist in diesem Zusammenhang dadurch besonders vorteilhaft, dass die Umschaltklappe einen ersten Bereich aufweist, der in einen Strömungsbereich zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung hineinragt, dass die Umschaltklappe durch die Wechselwirkung des ersten Bereiches mit der Strömung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ist, wobei bei einer Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung der erste Zustand angenommen wird und bei Strömungsumkehr der zweite Zustand angenommen wird, dass der erste Bereich in dem ersten Zustand eine Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung zulässt und bei Strömungsumkehr eine Strömung von der ersten Heizung zu der zweiten Heizung im Wesentlichen verhindert und dass die Umschaltklappe einen zweiten Bereich aufweist, der in dem ersten Zustand die Abluftöffnung verschließt und in dem zweiten Zustand die Abluftöffnung freigibt. Der erste Bereich dient also zunächst dazu, strömungsabhängig die Umschaltklappe zu betätigen. Nach der Überführung von dem ersten in den zweiten Zustand dient der erste Bereich dann weiterhin dazu, die Verbindung zwischen der ersten Heizung und der zweiten Heizung zu unterbrechen. Der zweite Bereich wird zusammen mit dem ersten Bereich der Umschalklappe bewegt, da die Bereiche vorzugsweise starr miteinander verbunden sind. Im ersten Zustand blockiert der zweite Bereich die Abluftöffnung, während er im zweiten Zustand die Abluftöffnung freigibt. Durch eine derartige Umschaltklappe lässt sich somit automatisch eine Überdrückung vermeiden.
Im Zusammenhang mit der strömungsmechanisch betätigten Umschaltklappe ist es besonders bevorzugt, dass der erste Bereich eine Öffnung mit einer Abdeckung aufweist, wobei die Abdeckung die Öffnung bei einer Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung freigibt und bei einer Strömungsumkehr im Wesentlichen verschließt. Auf diese Weise kann die grundsätzliche Funktion der Umschaltklappe realisiert werden. Eine Strömung von der zweiten Heizung in Richtung der Mischkammer kann stets erfolgen. Eine Strömung von der ersten Heizung zur zweiten Heizung wird durch das Verschließen der Öffnung mit der Abdeckung verhindert. Gleichzeitig kann die Abluft aus der zweiten Heizung durch die Abluftöffnung austreten.
In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, dass die Abdeckung elastisch ist. Beispielsweise kann die Abdeckung aus einem Elastomer bestehen, so dass sie den Luftstrom von der zweiten Heizung zur ersten Heizung praktisch ungehindert durchlassen kann. Bei Strömungsumkehr schmiegt sich das Elastomer abdichtend an den Rand der Öffnung an, so dass die erfindungsgemäße Betätigung der Umschaltklappe erfolgen kann.
Weiterhin ist es im Zusammenhang mit der strömungsmechanisch betätigten Umschaltklappe von besonderem Vorteil, dass die den Strömungswiderstand bildende wirksame Fläche des ersten Bereiches bei einer Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung und die wirksame Fläche des zweiten Bereiches so gewählt sind, dass bei einer ersten Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung der erste Zustand angenommen wird. Durch eine derartige Auslegung der Flächenverhältnisse des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches wird sichergestellt, dass der Druck auf den zweiten Bereich nicht so groß werden kann, dass er bei an sich zu verschließender Abluftöffnung die Abluftöffnung freigibt. Die angegebenen Flächen sind also im Sinne eines zuverlässigen ersten Zustandes der Umschaltklappe in der angegebenen Weise zu wählen.
Die strömungsmechanisch betätigte Umschaltklappe ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich einen Winkel größer 90° einschließen und dass im Verbindungsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eine Achse vorgesehen ist, mit der die Umschaltklappe gelenkig im Heizsystem gelagert ist. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, die Umschaltklappe im Heizsystem zu befestigen. Um eine besonders gute Beweglichkeit und eine besonders langlebige Anordnung zu erhalten, ist eine gelenkige Befestigung mit einer Achse jedoch zu bevorzugen.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass in einem Verbindungsbereich zwischen der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung mindestens eine Abluftöffnung vorgesehen ist, dass im Bedarfsfall zwischen mindestens einem ersten Zustand und mindestens einem zweiten Zustand umgeschaltet wird, wobei in dem mindestens einen ersten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung besteht, in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung von der mindestens einen ersten Heizung und der mindestens einen zweiten Heizung teilweise blockiert ist und in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen zweiten Heizung und der mindestens einen Abluftöffnung besteht. Auf diese Weise werden die im Zusammenhang mit dem Heizsystem erläuterten Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung auch im Rahmen eines Verfahrens realisiert. Dies gilt ebenso für die nachfolgend genannten Ausführungsformen des Verfahrens.
Die Erfindung entfaltet ihre Vorteile besonders dadurch, dass die erste Heizung eine Fahrzeugheizung ist und dass die zweiten Heizung eine Zusatzheizung ist.
Vorzugsweise ist mindestens eine Mischkammer vorgesehen, in die aus der mindestens einen ersten Heizung und aus der mindestens einen zweiten Heizung ausgeströmte Luft eintreten kann.
Es ist besonders vorteilhaft, dass das Umschalten durch eine Umschaltklappe erfolgt.
Zum Beispiel kann es besonders vorteilhaft sein, dass die Umschaltklappe durch Betätigungsmittel betätigt wird.
Beispielsweise ist es besonders nützlich, dass die Betätigungsmittel elektrisch aktiviert werden und dass die elektrische Aktivierung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Steuergerätes erfolgt.
Im vorgenannten Zusammenhang einer elektrischen Betätigung der Umschaltklappe ist es von besonderem Vorteil, dass Druckzustände in dem Heizsystem von mindestens einem Drucksensor erfasst werden und dass ein druckabhängiges Eingangssignal für ein Steuergerät erzeugt wird.
Im gleichen Sinne ist es zu bevorzugen, dass Temperaturzustände in dem Heizsystem von mindestens einem Temperatursensor erfasst werden und dass ein temperaturabhängiges Eingangssignal für ein Steuergerät erzeugt wird.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, dass die Umschaltklappe strömungsmechanisch betätigt wird.
Die Erfindung baut auf dem strömungsmechanischen System dadurch auf, dass die Umschaltklappe einen ersten Bereich aufweist, der in den ersten Strömungsweg hineinragt, dass die Umschaltklappe durch die Wechselwirkung des ersten Bereiches mit der Strömung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ist, wobei bei einer Strömung in einer ersten Richtung der erste Zustand angenommen wird und bei Strömungsumkehr der zweite Zustand angenommen wird, dass der Bereich in dem ersten Zustand eine Strömung in der ersten Richtung zulässt und bei Strömungsumkehr eine Strömung in einer zweiten Richtung im Wesentlichen verhindert und dass die Umschaltklappe einen zweiten Bereich aufweist, der in dem ersten Zustand den zweiten Strömungsweg verschließt und in dem zweiten Zustand den zweiten Strömungsweg freigibt. Auf diese Weise werden die anhand des Heizsystems erläuterten Vorteile der strömungsmechanisch betätigten Umschaltklappe auch in beliebigen strömungsmechanischen Systemen umgesetzt. Dies gilt auch für die nachfolgend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen strömungsmechanischer Systeme.
Das strömungsmechanische System ist in besonders vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass der erste Bereich der Umschaltklappe eine Öffnung mit einer Abdeckung aufweist, wobei die Abdeckung die Öffnung bei einer Strömung von der zweiten Heizung zu der ersten Heizung freigibt und bei einer Strömungsumkehr im Wesentlichen verschließt.
Es ist besonders zu bevorzugen, dass die Abdeckung an dem ersten Bereich der Umschaltklappe elastisch ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die den Strömungswiderstand bildende wirksame Fläche des ersten Bereiches der Umschaltklappe bei einer Strömung in der ersten Richtung und die wirksame Fläche des zweiten Bereiches so gewählt sind, dass bei einer Strömung in der ersten Richtung der erste Zustand angenommen wird.
Weiterhin ist das strömungsmechanische System vorteilhafterweise so gestaltet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich der Umschaltklappe einen Winkel größer 90° einschließen und dass im Verbindungsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich eine Achse vorgesehen ist, mit der die Umschaltklappe gelenkig im strömungsmechanischen System gelagert ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Überdrückung und die damit verbundenen Probleme im Bereich einer Luftzusatzheizung durch das Bereitstellen einer Umschaltklappe überwunden werden können. Die Umschaltklappe kann in vielfältiger Weise ausgelegt sein. Insbesondere können unterschiedliche Betätigungsmechanismen für die Umschaltklappe verwendet werden. Als besonders nützliche Ausführungsform ist eine strömungsmechanisch betätigte Umschaltklappe zu nennen, da auf dieser Grundlage Betätigungsmittel, wie zum Beispiel elektrische Stellmotoren, entbehrlich sind. Aber auch elektrisch betätigte Umschaltklappen können von Vorteil sein, da auf diese Weise zahlreiche Informationen, beispielsweise unter Mitwirkung eines Steuergerätes, verarbeitet werden können, um den Überdrückungszustand zu erkennen und zum richtigen Zeitpunkt geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer ersten Ausführungsform einer Umschaltklappe;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe während eines ersten Strömungszustandes;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe während eines zweiten Strömungszustandes;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einem Zusatzgebläse;
Fig. 7 ein Diagramm, bei dem Druckdifferenzen von Drücken vor und hinter einer Luftzusatzheizung beziehungsweise einer Fahrzeugheizung gegen den Volumenstrom aufgetragen sind;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer Rückschlagklappe;
Fig. 9 drei perspektivische Darstellungen einer Rückschlagklappe in verschiedenen Perspektiven beziehungsweise Montagezuständen;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Luftzusatzheizung mit einem Druckdifferenzsensor;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Luftzusatzheizung mit Temperatursensoren;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Heizsystems des Standes der Technik mit einem unkritischen Strömungszustand; und
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Heizsystems des Standes der Technik mit einem kritischen Strömungszustand.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungsfiguren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer ersten Ausführungsform einer Umschaltklappe 18. Eine Fahrzeugheizung 10 mit einem Lufteintritt 38, der nicht näher dargestellt ist, steht mit einer Mischkammer 14 in Verbindung. Weiterhin ist eine Zusatzheizung 12 vorgesehen, die einen Lufteintritt 36 aufweist. Auch die Zusatzheizung 12 kann mit der Mischkammer 14 verbunden sein. Die Mischkammer 14 weist mehrere Luftkanäle 40 für den Austritt von Luft auf. Im Allgemeinen besteht in der Mischkammer 14 die Möglichkeit, den dort eintretenden Volumenstrom über Klappen in die unterschiedlichen Luftkanäle 40 umzuleiten oder Luftkanäle 40 abzuschließen. Auf diese Weise wird dem Benutzer die Möglichkeit gegeben, umfangreiche Einstellungen zur Klimatisierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs vorzunehmen.
Weiterhin ist in dem Verbindungsbereich zwischen Zusatzheizung 12 und Mischkammer 14, der auch der Verbindungsbereich zwischen Zusatzheizung 12 und Fahrzeugheizung 10 ist, eine Abluftöffnung 16 vorgesehen. Im Bereich dieser Abluftöffnung 16 ist eine Umschaltklappe 18 gelenkig angeordnet.
Die Umschaltklappe 18 ist in zwei Zuständen gezeigt und daher mit unterbrochenen Linien dargestellt. Im ersten Schaltzustand verschließt die Umschaltklappe 18 die Abluftöffnung 16, und es besteht eine Verbindung zwischen der Zusatzheizung 12 und der Mischkammer 14 beziehungsweise der Fahrzeugheizung 10. In einem zweiten Schaltzustand verschließt die Umschaltklappe 18 diese Verbindung zwischen Zusatzheizung 12 und Mischkammer 14; die Abluftöffnung 16 wird hingegen freigegeben. Das Heizsystem mit dem ersten Zustand der Umschaltklappe 16 entspricht also strömungstechnisch vom Prinzip her dem Heizsystem des Standes der Technik, das anhand der Fig. 12 und 13 erläutert wurde. Dieser erste Zustand der Umschaltklappe kann also dann eingenommen werden, wenn ein zulässiger Strömungszustand vorliegt, wie er anhand von Fig. 12 erläutert wurde, insbesondere also dann, wenn keine Überdrückung durch einen Gegendruck 46 vorliegt, der letztlich aus der ausströmenden Luft 42 aus der Fahrzeugheizung 10 resultiert. In dem Fall hat die Strömung 44 aus der Zusatzheizung 12 eine ausreichende Drucksteifigkeit, um in die Mischkammer 14 zu gelangen. Erhöht sich der Gegendruck 46 jedoch, so dass es letztlich zu einer Strömungsumkehr der Strömung 44 aus der Zusatzheizung 12 kommen könnte, so verschließt die Umschaltklappe 18 die Verbindung zwischen der Zusatzheizung 12 und der Mischkammer 14 beziehungsweise der Fahrzeugheizung 10 und gibt die Abluftöffnung 16 frei. Die Strömung 44 aus der Zusatzheizung 12 kann dann durch die Abluftöffnung 16 austreten. Somit kann die mitunter stark aufgeheizte Zusatzheizung 12 abkühlen.
Das Umschalten der Umschaltklappe 18 kann beispielsweise durch einen (nicht dargestellten) elektrischen Stellmotor erfolgen, der von einem Ausgangssignal eines (nicht dargestellten) Steuergerätes aktiviert wird. Dieses Steuergerät kann eine Vielzahl von Eingangssignalen verarbeiten, beispielsweise Druck beziehungsweise Temperatur an verschiedenen Positionen des Heizsystems. Wenn nach einer gewissen Zeit des Abströmens der Strömung 44 aus der Zusatzheizung 12 durch die Abluftöffnung 16 davon auszugehen ist, dass die Zusatzheizung 12 ausreichend abgekühlt ist, kann die Umschaltklappe 18 wieder in den ersten Zustand überführt werden, da dann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit die Drucksteifigkeit der Strömung 44 wieder ausreicht, so dass sie den Gegendruck 46 überwinden kann.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe 20. Die strömungsmechanisch betätigte Umschaltklappe 20 ist im vorliegenden Beispiel in der Verbindungsleitung zwischen der Fahrzeugheizung 10 beziehungsweise der Mischkammer 14 und der Zusatzheizung 12 angeordnet. Sie befindet sich daher im Bereich der Strömung 44, die von der Zusatzheizung erzeugt wird, und des Gegendruckes 46, der von dem Gebläse der Fahrzeugheizung 10 erzeugt wird. Die Umschaltklappe 20 hat einen ersten Bereich 26, der in den Strömungsbereich hineinragt. Ein zweiter Bereich 28 dient dem Verschließen beziehungsweise dem Freigeben einer Abluftöffnung 16. Die Umschaltklappe 20 ist weiterhin mit einer Abdeckung 32 an ihrem ersten Bereich 26 ausgestattet, die vorliegend als Elastomerlappen realisiert ist. Die Umschaltklappe 20 ist mittels einer Achse 34 gelenkig gelagert.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe 20. Eine mögliche Gestaltung der Umschaltklappe 20 ist zu erkennen. Dabei bilden der erste Bereich 26 und der zweite Bereich 28 im Querschnitt eine L-förmige Struktur, wobei der von dem ersten Bereich 26 und dem zweiten Bereich 28 eingeschlossene Winkel größer ist als 90°. Der erste Bereich 26 hat weiterhin eine Öffnung 30. Diese Öffnung kann von der Abdeckung 32 freigegeben beziehungsweise verschlossen werden. Aufgrund der Kräfte, die strömungsmechanisch auf die Umschaltklappe 20 wirken, kann die Umschaltklappe 20 durch gelenkige Lagerung um die Achse 34 geschwenkt werden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe 20 während eines ersten Strömungszustandes. In dem hier dargestellten Strömungszustand ist der Gegendruck 46 der Fahrzeugheizung 10 gering. Somit kann die Zusatzheizung 12eine Strömung 44 in die richtige Richtung ausbilden. Die Umschaltklappe 20 wird hierdurch in Richtung der Fahrzeugheizung 10 beziehungsweise der Mischkammer 14 gedrückt, und die als Rückschlagklappe wirkende Abdeckung 32 öffnet sich. Der zweite Bereich 28 der Umschaltklappe 20 verschließt die Abluftöffnung 16. Damit es nicht zu einem unbeabsichtigten Öffnen der Abluftöffnung 16 kommt, obwohl an sich ein korrekter Betrieb erfolgen kann, sind die an der Strömungsmechanik beteiligten Flächen, das heißt der erste Bereich 26, der zweite Bereich 28 und die Abdeckung 32 entsprechend aufeinander abgestimmt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Heizsystems mit einer zweiten Ausführungsform einer Umschaltklappe 20 während eines zweiten Strömungszustandes. Dieser Strömungszustand wird erreicht, wenn der Gegendruck 46, der aus der Richtung der Fahrzeugheizung 10 beziehungsweise der Mischkammer 14 kommt, ansteigt. Ist dies der Fall, so schließt sich die Abdeckung bzw. Rückschlagklappe 32 in zunehmendem Maße. Wird der Gegendruck 46 so stark, dass die Strömung 44 von der Zusatzheizung 12 nicht mehr in die richtige Richtung erfolgen kann, so wird die Rückschlagklappe 32 komplett geschlossen. Der sich aufbauende Staudruck zwingt die Umschaltklappe 20 zum Umkippen. Ebenfalls verschließt die als Rückschlagklappe wirkende Abdeckung 32 die Öffnung 30 (Fig. 3) des ersten Bereiches 26 der Umschaltklappe 20. Verringert sich der Druck 46 der Fahrzeugheizung 10, so wird durch die Strömung 44 beziehungsweise durch den hierdurch entstehenden Überdruck an der Umschaltklappe 20 diese wieder zum Umkippen in die andere Richtung gezwungen.
Die Fig. 1, 2, 4 und 5 zeigen die Umschaltklappen 18, 20 stets im Verbindungsbereich zwischen der Mischkammer 14 und der Zusatzheizung 12. Dies ist eine bevorzugte Position der Umschaltklappen 18, 20. Es sind allerdings auch andere Positionierungen möglich, etwa direkt am Ausgang der Zusatzheizung 12 oder im Bereich von Mischkammer 14 beziehungsweise Fahrzeugheizung 10.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einem Zusatzgebläse. Das Heizsystem entspricht in weiten Teilen dem Heizsystem gemäß Fig. 1 beziehungsweise dem Heizsystem des Standes der Technik gemäß den Fig. 12 und 13. Zusätzlich ist in Strömungsrichtung vor der Zusatzheizung 12 ein Zusatzgebläse 50 angeordnet, das eine zusätzliche Strömung 52 erzeugt. Auf diese Weise ist es möglich, den Volumenstrom beziehungsweise den Druck der Zusatzheizung 12 so weit zu erhöhen, dass die Zusatzheizung 12 unter beliebigen Betriebsbedingungen nicht überdrückt wird. Ferner ist keine Verdämmung erforderlich, um einen stabilen und schonenden Heizgerätebetrieb zu gewährleisten. Damit kann auch bei niedrigen Drehzahlen der Zusatzheizung 12 eine Überdrückung verhindert werden. In der Zusatzheizung 12 herrschen durchschnittlich geringere Temperaturen, so dass die Bauteile weniger belastet werden. Es kann ein gleichmäßigerer Betrieb der Zusatzheizung 12 stattfinden, der insbesondere weniger Regelzyklen erfordert, wodurch der Brenner in der Zusatzheizung 12 weniger belastet wird. Der Wärmeenergiebeitrag der Zusatzheizung 12 kann erhöht werden, da die Maximalheizleistung größer wird. Weiterhin kann ein sauberer Start- und Ausbrennzyklus gewährleistet werden. Da keine Verdämmung und damit in Verbindung keine Abluftöffnung vorgesehen sein muss, geht weniger Wärmeenergie verloren.
Bei dem Heizsystem gemäß Fig. 6 ist es grundsätzlich möglich, das Zusatzgebläse 50 nur mit einer Einschalt- beziehungsweise Ausschaltfunktion zu versehen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ansteuerung, beispielsweise über ein Relais. Es ist aber auch möglich, das Zusatzgebläse 50 stufenlos zu regeln oder zu steuern. Dies kann direkt vom Heizungssteuergerät vorgenommen werden. Auch im Fall einer Einschalt-Ausschalt-Steuerung, das heißt ohne Drehzahländerung, kann das Heizungssteuergerät ein veranlassendes Signal generieren. Ebenfalls ist es möglich, dieses Signal über einen zusätzlichen Temperatursensor, beispielsweise ein Bimetallelement, unabhängig vom Heizungssteuergerät vorzunehmen.
Eingriffe in den Betrieb des Zusatzgebläses 50 können unter unterschiedlichen Voraussetzungen erfolgen. Das Zusatzgebläse kann beispielsweise immer eingeschaltet werden, wenn das Heizgerät einschaltet. In einem anderen Fall kann das Einschalten des Zusatzgebläses 50 vom Einschalten der Fahrzeugheizung 10 abhängig gemacht werden. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass nur im Falle einer Überdrückung oder Verdämmung das Zusatzgebläse 50 zugeschaltet wird.
In Fig. 6 ist die Position des Zusatzgebläses 50 vor der Zusatzheizung 12 dargestellt. Diese Position ist zu bevorzugen, da auf diese Weise das Zusatzgebläse 50 keiner Wärmebelastung ausgesetzt wird. Ebenfalls ist es denkbar, das Zusatzgebläse 50 in den Bereich des Lufteintritts 36 zu verlegen. Wählt man ein Zusatzgebläse 50, welches einer gewissen Wärmebelastung standhält, so ist es auch möglich, das Zusatzgebläse 50 hinter der Zusatzheizung 12, das heißt zwischen Zusatzheizung 12 und Mischkammer 14, anzuordnen.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, bei dem Druckdifferenzen von Drücken vor und hinter einer Luftzusatzheizung beziehungsweise einer Fahrzeugheizung gegen den Volumenstrom aufgetragen sind. Die dargestellten Gebläsekennlinien sind teilweise nur qualitativ zu betrachten. Kurve a zeigt die Kennlinie eines Gebläses einer Fahrzeugheizung auf hoher Stufe. Kurve b zeigt die Kennlinie eines vergleichsweise kleinen Gebläses einer Zusatzheizung bei relativ geringer Drehzahl; Kurve c zeigt die Kennlinie desselben Gebläses bei erhöhter Drehzahl. Kurve d zeigt die Kennlinie eines größeren Gebläses bei relativ geringer Drehzahl; Kurve e zeigt die Kennlinie desselben Gebläses bei erhöhter Drehzahl.
Die Kennlinien b, c, d von Zusatzheizungsgebläsen, die die Kennlinie a des Fahrzeugheizungsgebläses nicht schneiden, zeigen an, dass die Gebläse der Zusatzheizungen bei den jeweiligen Drehzahlen den Gegendruck der Fahrzeugheizung nicht überwinden können. Dies führt zu einer Überdrückung des Heizgerätes.
Die Kennlinie e des Zusatzheizungsgebläses schneidet die Kennlinie a des Fahrzeugheizungsgebläses. Dies bedeutet, dass bei der angegebenen Drehzahl das Zusatzheizungsgebläse einen höheren Druck aufbringen kann als das Fahrzeugheizungsgebläse und dabei weiterhin Heizluft in die richtige Richtung fördern kann. Es kommt also nicht zu einer Überdrückung des Heizsystems. Das kleinere Zusatzheizungsgebläse kann gemäß den Kennlinien b und c weder bei niedriger noch bei hoher Drehzahl dem Fahrzeugheizungsgebläse entgegenwirken. Es erfolgt unabhängig von der Drehzahl eine Überdrückung des Heizsystems. Bei dem größeren Gebläse findet eine solche Überdrückung nur bei der geringen Drehzahl gemäß Kennlinie d statt.
Allerdings ist zu beachten, dass die angegebenen Kennlinien Kaltkennlinien sind, so dass auch beim Einsatz eines großen Zusatzheizungsgebläses der Einsatz eines Zusatzgebläses sinnvoll ist. Dies hat den Grund, dass im Heizbetrieb der Aufbau der angegebenen hohen Drücke zwischen 6 und 7 Millibar nicht möglich ist, da mit steigendem Gegendruck auch der Volumenstrom abnimmt und somit die Heizlufttemperatur ansteigt. Bei maximalen Druck kann somit die Wärme des Wärmeübertragers nicht mehr abgeführt werden, es kommt zur Überhitzung und damit zur Überhitzungsabschaltung. Außerdem ist zu beachten, dass ein Abschalten oder ein Herunterregeln des Zusatzheizgerätes mitunter auch schon bei geringeren Gegendrücken erfolgt, was mit einer Absenkung der Drehzahl des Zusatzheizungsgebläses einhergeht. Auch dies birgt die Gefahr einer Überdrückung des Heizsystems. Auch im Startbetrieb kann das Gebläse einer Zusatzheizung im Allgemeinen nicht mit Volllast betrieben werden, so dass im Hinblick darauf ebenfalls ein Zusatzgebläse nützlich ist, um eine Überdrückung des Heizsystems zu vermeiden.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer Rückschlagklappe. Das dargestellte Heizsystem entspricht in weiten Teilen dem Heizsystem des Standes der Technik gemäß den Fig. 12 und 13 beziehungsweise den Heizsystemen, die im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 6 erläutert wurden. In der dargestellten Ausführungsform sind jedoch kein Zusatzgebläse (50, Fig. 6) und auch keine Abluftöffnung (16, Fig. 1) sowie keine Umschaltklappe (18, Fig. 1) vorgesehen. Als zusätzliche Komponenten sind eine Rückschlagklappe 56 zwischen der Zusatzheizung 12 und der Mischkammer 14 beziehungsweise der Fahrzeugheizung 10 sowie ein zusätzlicher Temperatursensor 58 am Eingangsbereich der Zusatzheizung 12 vorgesehen. Der zusätzliche Temperatursensor 58 kann direkt am Steuergerät der Luftzusatzheizung 12 angebracht werden. Vorzugsweise sollte der Sensor frei im Luftstrom liegen, um so eine möglichst geringe Trägheit zu realisieren. Die Anschlüsse und ein eventuell vorgesehener Stecker am Temperatursensor sollten jedoch wasserdicht ausgeführt sein.
Bei dem in Fig. 8 dargestellten Heizsystem wird der Überdrückung des Heizsystems auf die folgende Weise entgegengewirkt. Die Rückschlagklappe 56 lässt eine Strömung 44 von der Zusatzheizung 12 in die Mischkammer 14 zu, wenn die Druckverhältnisse einen normalen Betrieb erlauben. Kommt es zu einer Überdrückung des Heizsystems durch erhöhten Gegendruck 46, so erfolgt durch die Rückschlagklappe 56 eine totale Verdämmung der Zusatzheizung 12. Ein in der Zusatzheizung 12 ohnehin in der Regel vorgesehener Temperatursensor (nicht dargestellt) erkennt diese totale Verdämmung aufgrund des erfolgenden Temperaturanstiegs und schaltet die Zusatzheizung 12 ab. Der zusätzliche Temperaturfühler 58 der Zusatzheizung 12 dient als redundantes Sicherheitselement. Ist nämlich die Rückschlagklappe 56 defekt und kommt es somit zu einer Überdrückung des Heizsystems, so kann mitunter ein beispielsweise im Ausgangsbereich der Zusatzheizung 12 angeordneter Temperaturfühler keinen Temperaturanstieg feststellen. Im Bereich des Temperaturfühlers 58 am Eingangsbereich der Zusatzheizung 12 wird jedoch die rückströmende Luft durch die Zusatzheizung 12 ausreichend erhitzt sein, so dass der Temperaturanstieg als zuverlässiges Indiz für eine Überdrückung verwendet werden kann. Abhängig von den Zuständen sonstiger Fahrzeugkomponenten können im Steuergerät der Zusatzheizung 12 unterschiedliche Programmabläufe abgearbeitet werden. Wenn beispielsweise die Zündung des Fahrzeugs beziehungsweise die Fahrzeugheizung 10 eingeschaltet sind, so können bei einem Abschalten des Brenners die Drehzahlen der Zusatzheizung 12 so weit erhöht werden, dass in jedem Fall eine ausreichende Luftmenge zum Abkühlen der Bauteile in die vorgesehene Richtung zur Verfügung gestellt werden kann. Mit anderen Worten: eine Regelpausendrehzahl der Zusatzheizung 12 wird von einem an sich geringen Wert hochgesetzt, vorzugsweise auf 100%. Sind hingegen die Zündung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise die Fahrzeugheizung 10 ausgeschaltet, so wird auf die besonders starke Drehzahlerhöhung der Zusatzheizung 12 verzichtet, was mit einer geringeren Geräuschentwicklung verbunden ist. Mit anderen Worten: es findet eine "normale" Regelpause mit einer Regelpausendrehzahl von zirka 15 bis 30% der Volllastdrehzahl statt. Das Überführen des Zusatzheizgerätes 12 in die Regelpause kann anstelle einer ebenfalls einsetzbaren Störverriegelung stattfinden. Dabei ist bevorzugt, dass das Heizgerät 12 nur eine begrenzte Anzahl aufeinanderfolgender Übergänge in eine Regelpause durchführen kann. Danach wird das Heizgerät in einen Zustand mit Störverriegelung überführt.
Bei dem System gemäß Fig. 8 kann zusätzlich vorgesehen sein, das an der Ausblasseite der Luftzusatzheizung 12 eine Auskühlöffnung vorgesehen ist, die vorzugsweise mit einem sogenannten Entenschnabel verschlossen ist. Dies ermöglicht, dass bei einer totalen Verdämmung des Zusatzheizgerätes 12 und dem daraus resultierenden hohen Druck im System zumindest ein kleiner Lufttransport stattfinden kann und die erhitzte Luft von den empfindlichen Bauteilen abgehalten wird. Bringt man gleichzeitig die Öffnung als Bohrung an der richtigen Stelle an, so kann sie als Ablauf für Kondenswasser verwendet werden.
Fig. 9 zeigt drei perspektivische Darstellungen einer Rückschlagklappe in verschiedenen Perspektiven beziehungsweise Montagezuständen. Es sind drei Beispiele von Rückschlagklappen 56 gezeigt, wobei diesen gemeinsam ist, dass ein gitterförmiger Träger mit einem oder mehreren darauf angeordneten elastischen Lappen vorgesehen ist. Die Lappen können den gitterförmigen Träger vollständig überdecken.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftzusatzheizung 12 mit einem Druckdifferenzsensor 22. Es sind weiterhin ein Steuergerät 60, ein Gebläse 62 und ein Wärmeübertrager 70 dargestellt. Auf dem Steuergerät 60 ist ein Druckdifferenzsensor 22 angebracht, der über eine Druckleitung 64 mit dem Bereich vor der Luftzusatzheizung 12, das heißt dem Zuströmbereich, verbunden ist. Der Druckdifferenzsensor 22 ist somit in der Lage, eine Differenz eines Drucks 66 vor und eines Drucks 68 hinter der Luftzusatzheizung 12 zu messen. Dieses Signal kann dann direkt dem Steuergerät 60 eingegeben werden. Wird eine zu große Druckdifferenz festgestellt, so wird je nach Ausführungsform des restlichen Heizsystems auf eine Überdrückung beziehungsweise eine Verdämmung geschlossen. Die Zusatzheizung 12 wird dann ausgeschaltet beziehungsweise in einen anderen Betriebsmodus überführt.
Weitere Möglichkeiten zum Erkennen einer Überdrückung bestehen darin, einen Windrichtungssensor beziehungsweise einen Strömungssensor zu verwenden. Dieser ist in der Lage, eine Strömungsrichtung zu erkennen, wobei Verfahren verwendet werden können, die auf einem Flügelrad, einer kaloriemetrischen Bestimmung über einen Heizdraht oder auf Ultraschall beruhen. Weiterhin kann die Drehzahländerung eines Gebläses als Indiz für eine Überdrückung herangezogen werden, da die Drehzahl ansteigt, sobald das Heizgerät verdämmt beziehungsweise überdrückt wird. Dieser Anstieg der Gebläsedrehzahl kann über das Heizungssteuergerät 60 erkannt und ausgewertet werden.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer Luftzusatzheizung 12 mit mehreren Temperatursensoren 24, wobei ansonsten ein ähnlicher Aufbau wie in Fig. 10 erkannt werden kann. Diese Temperatursensoren 24 sind an unterschiedlichen Positionen der Luftzusatzheizung 12 angeordnet. Die Informationen der unterschiedlichen Temperaturfühler 24 können in unterschiedlicher Weise genutzt werden. Es gibt beispielsweise Betriebsbedingungen, bei denen im Falle einer Überdrückung die Temperaturen des Temperatursensors 24 im Bereich des Steuergerätes 60 und des mittleren Temperatursensors 24 ansteigen, während die Temperatur des Temperatursensors 24 im Bereich des Eingangs der Zusatzheizung 12 abfällt. Dieser Zustand kann beispielsweise als Indiz für eine Überdrückung herangezogen werden. Ebenfalls kann die zeitliche Änderung der Temperatur an den Temperaturfühlern im Rahmen einer Gradientenauswertung genutzt werden. Dabei kann eine positive Gradientenauswertung in Frage kommen, nämlich im Hinblick auf solche Temperatursensoren 24, bei denen im Falle einer Überdrückung eine Temperaturerhöhung zu erwarten ist. Bei anderen Temperatursensoren 24, bei denen eine Erniedrigung der Temperatur im Falle einer Überdrückung zu erwarten ist, kann eine negative Gradientenauswertung verwendet werden. Es ist zu berücksichtigen, dass bei besonderen Betriebszuständen des Heizgerätes, beispielsweise am Anfang des Betriebs im ausgekühlten Zustand, gewisse Nebenbedingungen vorliegen. Beispielsweise kann beim Betriebsbeginn einem durchgekühlten Heizgerät schlagartig warme Luft aus dem Innenraum zugeführt werden, wodurch ein hoher Temperaturgradient ermittelt wird. Es wäre fehlerhaft, diesen als Indiz für eine Überdrückung zu verwenden. Ebenfalls sollten erste Anzeichen einer Temperaturerhöhung am Überdrückungssensor nicht unmittelbar in Maßnahmen gegen eine Überdrückung umgesetzt werden. Vielmehr sollten wiederholte Messungen der Messwerte herangezogen werden beziehungsweise unterschiedliche Messwerte, die an sich redundant sind, und als Kriterium für eine Gegenmaßnahme gegen eine Überdrückung verwendet werden.
Je nach dem eingesetzten System zur Vermeidung einer Überdrückung können äußere Einflussfaktoren eine große Rolle spielen. Insbesondere bei einer Temperaturauswertung kann es sinnvoll sein, die Außentemperatur, die Ansaugtemperatur, den Einschaltzustand der Fahrzeugheizung, den Verdämmungsgrad der Ansaugheizung und/oder den Vorzustand der Fahrzeugheizung bei der Erwägung von Maßnahmen einzubeziehen. Aus beliebigen Kombinationen dieser Einflussfaktoren resultieren dann unterschiedliche Betriebsarten des Systems.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen. Bezugszeichenliste 10 Fahrzeugheizung
12 Zusatzheizung
14 Mischkammer
16 Abluftöffnung
18 Umschaltklappe
20 Umschaltklappe
22 Druckdifferenzsensor
24 Temperatursensor
26 erster Bereich der Umschaltklappe
28 zweiter Bereich der Umschaltklappe
30 Öffnung
32 Abdeckung
34 Achse
36 Lufteintritt
38 Lufteintritt
40 Luftkanäle
42 Strömung
44 Strömung
46 Gegendruck
50 Zusatzgebläse
52 Strömung
56 Rückschlagklappe
58 Temperaturfühler
60 Steuergerät
62 Gebläse
64 Druckleitung
66 Druck vor der Luftzusatzheizung
68 Druck hinter der Luftzusatzheizung
70 Wärmeübertrager
110 Fahrzeugheizung
112 Zusatzheizung
114 Mischkammer
136 Lufteintritt
138 Lufteintritt
140 Luftkanäle
142 Strömung
144 Strömung
146 Gegendruck

Claims

1. Heizsystem zum Erwärmen von Luft, insbesondere zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer ersten Heizung (10), mindestens einer zweiten Heizung (12) und mindestens einem Strömungsweg zwischen der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12), dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Verbindungsbereich zwischen der mindestens einen ersten Heizung (10) und der mindestens einen zweiten Heizung (12) mindestens eine Abluftöffnung (16) vorgesehen ist,
dass Mittel (18, 20) zum Umschalten zwischen mindestens einem ersten Zustand und mindestens einem zweiten Zustand vorgesehen sind,
dass in dem mindestens einen ersten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen ersten Heizung (10) und der mindestens einen zweiten Heizung (12) besteht,
dass in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung von der mindestens einen ersten Heizung (10) zu der mindestens einen zweiten Heizung (12) zumindest teilweise blockiert ist und
dass in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen zweiten Heizung (12) und der mindestens einen Abluftöffnung (16) besteht.

2. Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizung eine Fahrzeugheizung (10) ist und dass die zweite Heizung eine Zusatzheizung (12) ist.

3. Heizsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Mischkammer (14) vorgesehen ist, in die aus der mindestens einen ersten Heizung (10) und aus der mindestens einen zweiten Heizung (12) ausgeströmte Luft eintreten kann.

4. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Umschalten als Umschaltklappe realisiert sind.

5. Heizsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (18) durch Betätigungsmittel betätigbar ist.

6. Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel elektrisch aktivierbar sind und dass die elektrische Aktivierung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Steuergerätes (60) erfolgt.

7. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen von Druckzuständen in dem Heizsystem mindestens ein Drucksensor (22) zum Erzeugen eines Eingangssignals für ein Steuergerät (60) vorgesehen ist.

8. Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen von Temperaturzuständen in dem Heizsystem mindestens ein Temperatursensor (24) zum Erzeugen eines Eingangssignals für ein Steuergerät (60) vorgesehen ist.

9. Heizsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (20) strömungsmechanisch betätigbar ist.

10. Heizsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (20) einen ersten Bereich (26) aufweist, der in einen Strömungsbereich zwischen der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12) hineinragt,
dass die Umschaltklappe (20) durch die Wechselwirkung des ersten Bereiches (26) mit der Strömung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ist, wobei bei einer Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) der erste Zustand angenommen wird und bei Strömungsumkehr der zweite Zustand angenommen wird,
dass der erste Bereich (26) in dem ersten Zustand eine Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) zulässt und bei Strömungsumkehr eine Strömung von der ersten Heizung (10) zu der zweiten Heizung (12) im Wesentlichen verhindert, und
dass die Umschaltklappe (20) einen zweiten Bereich (28) aufweist, der in dem ersten Zustand die Abluftöffnung (16) verschließt und in dem zweiten Zustand die Abluftöffnung (16) freigibt.

11. Heizsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (26) der Umschaltklappe (20) eine Öffnung (30) mit einer Abdeckung (32) aufweist, wobei die Abdeckung (32) die Öffnung (30) bei einer Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) freigibt und bei einer Strömungsumkehr im Wesentlichen verschließt.

12. Heizsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (32) an dem ersten Bereich (26) der Umschaltklappe (20) elastisch ist.

13. Heizsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strömungswiderstand bildende wirksame Fläche des ersten Bereiches (26) der Umschaltklappe (20) bei einer Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) und die wirksame Fläche des zweiten Bereiches (28) so gewählt sind, dass bei einer Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) der erste Zustand angenommen wird.

14. Heizsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (26) und der zweite Bereich (28) der Umschaltklappe (20) einen Winkel größer 90° einschließen und dass im Verbindungsbereich zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (28) eine Achse (34) vorgesehen ist, mit der die Umschaltklappe (20) gelenkig im Heizsystem gelagert ist.

15. Verfahren zum Beeinflussen von Luftströmungen in einem Heizsystem zum Erwärmen von Luft, insbesondere zum Beheizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer ersten Heizung (10), mindestens einer zweiten Heizung (12) und mindestens einem Strömungsweg zwischen der ersten Heizung (10) und der zweiten Heizung (12), dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Verbindungsbereich zwischen der mindestens einen ersten Heizung (10) und der mindestens einen zweiten Heizung (12) mindestens eine Abluftöffnung (16) vorgesehen ist,
dass im Bedarfsfall zwischen mindestens einem ersten Zustand und mindestens einem zweiten Zustand umgeschaltet wird,
wobei in dem mindestens einen ersten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen ersten Heizung (10) und der mindestens einen zweiten Heizung (12) besteht,
in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung von der mindestens einen ersten Heizung (10) und der mindestens einen zweiten Heizung (12) teilweise blockiert ist, und
in dem mindestens einen zweiten Zustand eine Strömungsverbindung zwischen der mindestens einen zweiten Heizung (12) und der mindestens einen Abluftöffnung (16) besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizung eine Fahrzeugheizung (10) ist und dass die zweite Heizung eine Zusatzheizung (12) ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischkammer (14) vorgesehen ist, in die aus der mindestens einen ersten Heizung (10) und aus der mindestens einen zweiten Heizung (12) ausgeströmte Luft eintreten kann.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten durch eine Umschaltklappe (18, 20) erfolgt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (18) durch Betätigungsmittel betätigt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel elektrisch aktiviert werden und dass die elektrische Aktivierung in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines Steuergerätes (60) erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Druckzustände in dem Heizsystem von mindestens einem Drucksensor (22) erfasst werden und dass ein druckabhängiges Eingangssignal für ein Steuergerät (60) erzeugt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturzustände in dem Heizsystem von mindestens einem Temperatursensor erfasst werden und dass ein temperaturabhängiges Eingangssignal für ein Steuergerät (60) erzeugt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (20) strömungsmechanisch betätigt wird.

24. Strömungsmechanisches System mit einem ersten Strömungsweg, einem zweiten Strömungsweg und einer Umschaltklappe (20), die in einem ersten Zustand den ersten Strömungsweg freigibt und den zweiten Strömungsweg blockiert und in einem zweiten Zustand den ersten Strömungsweg in mindestens einer ersten Richtung blockiert und den zweiten Strömungszustand freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (20) durch die Wechselwirkung des ersten Bereiches (26) mit der Strömung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltbar ist, wobei bei einer Strömung in einer ersten Richtung der erste Zustand angenommen wird und bei Strömungsumkehr der zweite Zustand angenommen wird,
dass der erste Bereich (26) in dem ersten Zustand eine Strömung in der ersten Richtung zulässt und bei Strömungsumkehr eine Strömung in einer zweiten Richtung im Wesentlichen verhindert und
dass die Umschaltklappe (20) einen zweiten Bereich (28) aufweist, der in dem ersten Zustand den zweiten Strömungsweg verschließt und in dem zweiten Zustand den zweiten Strömungsweg freigibt.

25. Strömungsmechanisches System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (26) der Umschaltklappe (20) eine Öffnung (30) mit einer Abdeckung (32) aufweist, wobei die Abdeckung (32) die Öffnung (30) bei einer Strömung von der zweiten Heizung (12) zu der ersten Heizung (10) freigibt und bei einer Strömungsumkehr im Wesentlichen verschließt.

26. Strömungsmechanisches System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (32) an dem ersten Bereich (26) der Umschaltklappe (20) elastisch ist.

27. Strömungsmechanisches System nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strömungswiderstand bildende wirksame Fläche des ersten Bereiches (26) der Umschaltklappe (20) bei einer Strömung in der ersten Richtung und die wirksame Fläche des zweiten Bereiches (28) so gewählt sind, dass bei einer Strömung in der ersten Richtung der erste Zustand angenommen wird.

28. Strömungsmechanisches System nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (26) und der zweite Bereich (28) der Umschaltklappe (20) einen Winkel größer 90° einschließen und dass im Verbindungsbereich zwischen dem ersten Bereich (26) und dem zweiten Bereich (28) eine Achse (34) vorgesehen ist, mit der die Umschaltklappe (20) gelenkig im strömungsmechanischen System gelagert ist.