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Die
Erfindung betrifft ein System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines
Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei
bekannten Systemen zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes wird – wie in 8 dargestellt – die gesamte
angesaugte Luft zunächst von
einem Gebläse
durch einen Verdampfer gedrückt.
Anschließend
an den Verdampfer führen
zwei Luftkanäle
zu einer Mischkammer, von denen einer einen Heizwärmetauscher
enthält.
Eine einflügelige Mischklappe
am Eintritt der Mischkammer kann jeweils einen der beiden parallelen
Luftkanäle
ganz oder teilweise verschließen,
um eine geeignete Mischtemperatur herzustellen. Damit sich nicht
im reinen Kühlfall
ein Teil der Luft in den Heizluftkanal "verirrt", ist am Eintritt zum Heizluftkanal
eine zusätzliche
Schottklappe vorgesehen, die diesen im reinen Kühlfall vollständig abschottet.
Die einflügelige Mischklappe
wird auf der gesamten Fläche
entweder vom Warmluftstrom oder vom Kaltluftstrom angeblasen. Dies
führt zu
sehr hohen Stellkräften
an der Klappe, was insbesondere bei einer manuelle Bestätigung mittels
eines Bowdenzugs zu erhöhten
Bedienkräften
führt.
Da alle Ausströmer
aus der einen einzigen Bereich aufweisenden Mischkammer in den Fahrgastraum
führen,
kann keine Temperaturschichtung wie etwa warme Luft zu den Füßen und
kühle Luft
zum Kopf eingestellt werden.
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Ein
gattungsgemäßes System
ist aus der
DE 101
09 240 A1 bekannt. Bei diesem sind eine Vielzahl von Kaltluft-und
Warmluftkanälen
in einem Gehäuse
hintereinander angeordnet. Die Luftströme haben beim Eintritt in eine
Mischkammer annähernd
die gleiche Richtung. Die Zielrichtung dieses Systems liegt in einer
möglichst
vollständigen
Homogenisierung der Mischung aus Kaltluft und Warmluft.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System zum
Heizen und Kühlen
eines Fahrgastraumes eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem mit einfachen
Mitteln den Ausströmern
eine unterschiedliche Mischtemperatur zur Verfügung gestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Durch
die Anordnung eines ersten Luftkanals für den Kaltluftstrom und eines
zweiten Luftkanals für
den Warmluftstrom so, dass sich diese beim Eintritt in die Mischkammer
kreuzen, können
die betreffenden Ausströmer
in solchen Bereichen der Mischkammer angeordnet werden, in denen
sich nach der Mischung überwiegend
Kaltluft oder überwiegend
Warmluft befindet. Durch die Kreuzung der Luftkanäle wird
außerdem
eine scharfkantige Abzweigung des Heizluftkanals erreicht, die verhindert, dass
bei geschlossener Heizluftklappe sich ein Teil der Luft unerwünscht am
Heizwärmetauscher
erwärmt.
Die Kreuzung der Luftkanäle
ermöglicht
außerdem
eine Verwendung von wenigstens zwei getrennten, auf einer gemeinsamen
Welle angeordneten und somit mittels eines gemeinsamen Stellmotors
oder Bowdenzuges betätigbaren
Klappen zur Steuerung des Kaltluftstroms und des Warmluftstroms.
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Vorteilhaft
sind in Längsrichtung
des Gehäuses
drei Luftkanäle
vorgesehen, von denen der mittlere als erster Luftkanal für den Kaltluftstrom
in einem zentralen Bereich des Gehäuses und die beiden anderen
Luftkanäle
als zweite Luftkanäle
für den
Warmluftstrom zu beiden Seiten des ersten Luftkanals angeordnet
sind.
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Die
Klappen sind vorzugsweise als zweiflügelige Klappen ausgebildet,
wodurch die Betätigungskräfte minimiert
werden.
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Die
Mischkammer ist bevorzugt im oberen Teil des Gehäuses angeordnet. Dadurch sind
von den Ausströmern,
durch welche die Luft zur Frontscheibe, zu den Seitenscheiben und
in den Bereich des Oberkörpers
der vorderen Fahrgäste
strömt,
relativ kurze Wege zurückzulegen,
so dass nur der Luftkanal zum Fußraum einen etwas längeren Leitungsweg
beansprucht.
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Die
Klappen weisen bevorzugt eine abgewinkelte Leitfläche auf,
durch welche eine gezielte Beaufschlagung des Luftstroms zu bestimmten
Ausströmern
ermöglicht
wird.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Fahrerkabine eines Nutzfahrzeuges,
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2 einen
Querschnitt durch das Gehäuse eines
Systems zum Heizen und Kühlen
im Bereich des den Kaltluftstrom führenden ersten Luftkanals,
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3 eine
schematische perspektivische Draufsicht auf den unteren Teil des
Gehäuses
ohne die Klappen und die Mischkammer,
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4 einen
Querschnitt durch das Gehäuse im
Bereich des ersten Luftkanals bei reinem Kühlbetrieb,
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5 einen
Querschnitt durch das Gehäuse im
Bereich eines zweiten Luftkanals bei reinem Kühlbetrieb,
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6 einen
Querschnitt durch das Gehäuse im
Bereich des ersten Luftkanals bei reinem Heizbetrieb,
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7 einen
Querschnitt durch das Gehäuse im
Bereich eines zweiten Luftkanals bei reinem Heizbetrieb, und
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8 eine
schematische Darstellung eines bekannten Systems zum Heizen und
Kühlen
des Fahrgastraumes eines Fahrzeugs.
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Das
in 1 dargestellte Fahrzeug 1 weist einen
Fahrgastraum 2 mit einem Fußraum 4, einer Frontscheibe 3 und
Seitenscheiben 37 auf. Etwa im mittleren Bereich des Armaturenbrettes
ist ein System 5 zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraumes 2 schematisch
dargestellt. Das Fahrzeug 1 verfügt ferner über ein Zusatzheizgerät 6 und
ein Kälteerzeugungsaggregat 7.
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Das
System 5 zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraumes 2 ist
im Detail in den 2 bis 7 dargestellt.
Das System 5 wird von einem Gehäuse 8 umgeben. Auf
der der Vorderseite des Fahrzeugs 1 zugewandten Seite des
Gehäuses 8 ist
im unteren Bereich ein Frischluft-Eintrittkanal 9 angeordnet,
zu welchem Frischluft und/oder Umluft mittels eines vorzugsweise
am Gehäuse 8 befestigten
Gebläses 33 (siehe 8)
gefördert
wird. Anschließend an
den Frischluft-Eintrittkanal 9 wird die Luft durch einen
Verdampfer 10 geleitet, der über Anschlüsse 31 mit dem Kälteerzeugungsaggregat 7 in
Verbindung steht.
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An
den Verdampfer 10 schließt sich im zentralen Bereich
des Gehäuses 8 ein
erster Luftkanal 11 an, in welchem die durch den Verdampfer 10 abgekühlte Luft
als Kaltluftstrom 13 nach oben umgelenkt und zu einer im
oberen Bereich des Gehäuses 8 angeordneten
Mischkammer 14 geleitet wird. Vor dem Eintritt in die Mischkammer 14 ist
eine Klappe 12 angeordnet, die zweiflügelig ausgebildet ist und die
in 2 in zwei verschiedenen Positionen dargestellt ist.
In der ersten Position weist eine erste Leitfläche 12A der Klappe 12 in
etwa parallel zum ersten Luftkanal 11 nach unten. Die abgewinkelt
zur ersten Leitfläche 12A angeordnete
zweite Leitfläche 12C prägt dem Kaltluftstrom 13 eine
Richtungskomponente in Richtung zu einem Ausströmer 23 auf, aus dem
Luft in den Bereich des Oberkörpers
der vorderen Passagiere in den Fahrgastraum 2 geleitet
wird. In der zweiten dargestellten Position liegen die mit 12B und 12D bezeichneten
Leitflächen
dichtend an Innenwänden 18 des
Gehäuses 8 an
und schließen
dadurch den Zugang des Luftkanals 11 zur Mischkammer 14 ab.
In diesem Falle wird die aus dem Verdampfer 10 austretende
Luft im unteren Bereich des Gehäuses 8 zu
zweiten Luftkanälen 15 geleitet,
die in Längsrichtung
des Gehäuses 8 vor
und hinter dem ersten Luftkanal 11 angeordnet sind (siehe 3).
Der durch die zweiten Luftkanäle 15 geleitete
Heizluftstrom 16 wird über
einen Heizwärmetauscher 21 in
einen in der axialen Erstreckung des Gehäuses 8 vorderen und
einen hinteren Bereich der Mischkammer 14 bevorzugt zu
Ausströmern 22 zur
Frontscheibe 3 und zu Ausströmern 24 zum Fußraum 4 geleitet.
Der Heizwärmetauscher 21 wird
durch eine Innenwand 18 von ersten Luftkanal 11 getrennt.
Die Innenwand 18 weist im unteren Bereich scharf abgewinkelte Kanten 19 bzw. 20 auf,
die dem Kaltluftstrom 13 durch eine einen erhöhten Strömungswiderstand
erzeugende Umlenkung 17 eine eindeutige Richtung aufprägen. Im
reinen Kühlfall
wird somit ein Einströmen
von Luft in den zweiten Luftkanal 15 und eine unerwünschte Erwärmung mit
anschließender
Rückströmung zum
ersten Luftkanal 11 verhindert.
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Wie
in 3 zu sehen, ist der Wärmetauscher 21 mit
Anschlüssen 29 versehen, über die
er mit dem Heizsystem des Fahrzeugs 1 in Verbindung steht.
Das Heizsystem wird durch die Abwärme der Brennkraftmaschine
gespeist und kann alternativ oder zusätzlich durch das mit Wasser
als Wärmeträger operierende
Zusatzheizgerät 6 mit
Wärmeenergie
versorgt werden. Optional kann auch ein Luftheizgerät als Zusatzheizgerät vorgesehen
sein, welches Warmluft unmittelbar in die Mischkammer 14 einspeist
und zwar bevorzugt wiederum in den Bereichen der Ausströmer 22 und 24,
in denen eine höhere
Warmluftkonzentration erwünscht
ist.
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Der
erste Luftkanal 11 ist von den zweiten Luftkanälen 15 durch
vertikale Trennwände 32 abgeteilt.
An den seitlichen Außenwänden des
Gehäuses 8 und
bevorzugt auch an der Oberkante der Trennwände 32 sind Lagerungen 27 vorgesehen,
die zur Lagerung einer Welle 28 liegen, an welcher die
Klappe 12 zum Verschließen oder mindestens teilweisen Freigeben
des ersten Luftkanals 11 und Klappen 30 zum Verschließen oder
mindestens teilweisen Freigeben der zweiten Luftkanäle 15 befestigt
sind. Durch die Befestigung an einer gemeinsamen Welle 28 können die
Klappen 12 und 30 mittels eines gemeinsamen, nicht
dargestellten Stellmotors oder Bowdenzuges zwischen ihren Öffnungs-
und Schließpositionen in
beliebige Zwischenpositionen bewegt werden, so daß die Anteile
des Kaltluftstroms 13 und der Warmluftströme 16,
die in die Mischkammer 14 gelangen, stufenlos regulierbar
sind.
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Von
der Mischkammer 14 führen
in deren zentralen Bereich an der den Fahrgastraum 2 zugewandten
Oberseite des Gehäuses
angeordnete Ausströmer 23 in
den Bereich des Oberkörpers
der vorderen Passagiere. Weitere Ausströmer 22 sind an der
Oberseite des Gehäuses 8 in
den Bereichen der zweiten Luftkanäle 15 angeordnet und
führen über die
gesamte Breite des Gehäuses 8 Luft
zur Frontscheibe 3. Zwischen den Ausströmern 22 und 23 ist im
Bereich des ersten Luftkanals 11 ein Luftkanal 26 vorgesehen, über den
Luft zu den Seitenscheiben 37 geführt wird. Schräg unterhalb
der Ausströmer 22 ist an
der der Vorderseite des Fahrzeugs 1 zugewandten Seite des
Gehäuses 8 ein
Luftkanal 25 angeordnet, der über im Bereich der zweiten
Luftkanäle 15 angeordnete
Ausströmer 24 mit
der Mischkammer 14 verbunden ist und Luft mit einem erhöhten Anteil
von Heizluft in den Fußraum 4 leitet.
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In
den 4 bis 7 sind die Stellungen der Klappen 12 bzw. 30 für den Kaltluftstrom 13 und den
Heizluftstrom 16 in den beiden Extrempositionen dargestellt,
wobei in 4 und 5 der reine
Kühlfall
und in 6 und 7 der reine Heizfall dargestellt
ist. Im reine Kühlfall
gemäß 4 und 5 sind – wie in 5 dargestellt – die Klappen 30 mit ihren
Leitflächen 30B und 30D geschlossen
und dichten dadurch die Mischkammer 14 gegenüber den zweiten
Heizluftkanälen 15 ab.
Dagegen ist die Klappe 12 mit ihren Leitflächen 12A und 12C vollständig geöffnet und
ermöglicht
dem Kaltluftstrom 13 einen ungehinderten Durchtritt zur
Mischkammer 14. Durch eine Verdrehung der Welle 28 sind
beliebige Zwischenpositionen einstellbar, mit denen die Anteile von
Kaltluft und Heizluft beliebig variierbar sind.
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Im
reinen Heizfall gemäß 6 und 7 ist dagegen
die Klappe 12 mit ihren Leitflächen 12B und 12D vollständig geschlossen
und dichtet dadurch die Mischkammer 14 gegenüber dem
ersten Luftkanal 11 vollständig ab. Die Klappen 30 mit ihren
Leitflächen 30A und 30C sind
dagegen vollständig
geöffnet
und ermöglichen
dem Heizluftstrom 16 einen ungehinderten Durchtritt durch
den Heizwärmetauscher 21 zur Mischkammer 14.
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Die
Ausströmer 22, 23 und 24 und
die Luftkanäle 25 und 26 sind
im oberen Teil des Gehäuses 8 so
angeordnet, dass sie bevorzugt Anteile von Heizluft oder Kaltluft
erhalten. So ist beispielsweise der Ausströmer 23 im mittleren
Bereich des Gehäuses 8 angeordnet
und erhält
dadurch einen erhöhten
Anteil von Kaltluft, die im Kopfbereich der Passagiere erwünscht ist.
Die Ausströmer 24 sind
dagegen so angeordnet, dass sie bevorzugt einen erhöhten Anteil von
Heizluft in den Luftkanal 25 leiten, so daß im Fußraum 4 wärmere Luft
ausströmt.
Die Ausströmer 22 sind
so angeordnet, daß sie
bevorzugt einen erhöhten
Anteil von Heizluft zur Frontscheibe 3 leiten.
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In 8 ist
ein bekanntes System zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines
Fahrzeugs dargestellt. Im Vergleich zur Erfindung gleiche oder ähnliche
Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen mit einem Zusätzlichen „'" bezeichnet. Das Gebläse 33 fördert Frischluft
oder Umluft in einen Frischluft-Eintrittkanal 9', an den sich
ein Verdampfer 10' anschließt. Anschließend sind
zwei Luftkanäle 11' zur Führung von
Kaltluft und 15' zur
Führung
von Warmluft vorgesehen. Im zweiten Luftkanal 15' ist ein Heizwärmetauscher 21' angeordnet.
Am Ende der Trennwand zwischen den beiden Luftkanälen 11' und 15' ist eine Mischklappe 35 angeordnet,
mittels der jeweils einer der Luftkanäle 11' bzw. 15' ganz oder teilweise verschließbar ist.
In der Mischkammer 14' stellt
sich daher eine einheitliche Luftmischung ein, so dass aus den Ausströmern 36 nur
Luft mit einheitlicher Temperatur zur Verfügung gestellt werden kann.
Zur Verhinderung einer Rückströmung von Warmluft
vom Heizwärmetauscher 21' in Richtung zum
ersten Luftkanal 11' ist
eine zusätzliche
Schottklappe 34 notwendig. Abgesehen von der zusätzlichen
Schottklappe 34, auf die bei der Erfindung verzichtet werden
kann, sind zur Betätigung
der Mischklappe 35 erhöhten
Bedienkräfte
nötig,
da jeweils der volle Kaltluftstrom bzw. der volle Heizluftstrom
auf die Mischklappe 35 wirkt.
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Bei
den zweiflügeligen
Klappen 12 bzw. 30 gemäß der Erfindung sind dagegen
die Bedienkräfte minimal.
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Der
Winkel, unter dem sich beim erfindungsgemäßen System der erste Luftkanal 11 und
die zweiten Luftkanälen 15 beim
Eintritt in die Mischkammer 14 kreuzen, beträgt bevorzugt
zwischen 70 Grad und 90 Grad. Bei diesem Winkel stellt sich eine
bevorzugte Durchmischung von Kaltluft-und Heizluftströmen in der
Mischkammer 14 ein.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrgastraum
- 3
- Frontscheibe
- 4
- Fußraum
- 5
- System
zum Heizen und Kühlen
- 6
- Zusatzheizgerät
- 7
- Kälteerzeugungsaggregat
- 8
- Gehäuse
- 9
- Frischluft-Eintrittskanal
- 10
- Verdampfer
- 11
- erster
Luftkanal
- 12
- Klappe
(für Kaltluft)
- 13
- Kaltluftstrom
- 14
- Mischkammer
- 15
- zweiter
Luftkanal
- 16
- Heizluftstrom
- 17
- Umlenkung
(von 16)
- 18
- Innenwand
(von 8)
- 19
- Kante
- 20
- Kante
- 21
- Heizwärmetauscher
- 22
- Ausströmer (zu 3)
- 23
- Ausströmer (in
den oberen Bereich von 2)
- 24
- Ausströmer (in 25)
- 25
- Luftkanal
(zum Fußraum)
- 26
- Luftkanal
(zu den Seitenscheiben)
- 27
- Lagerung
- 28
- Welle
- 29
- Anschlüsse (von 21)
- 30
- Klappe
(für Heizluft)
- 31
- Anschlüsse (von 10)
- 32
- Trennwand
- 33
- Gebläse
- 34
- Schottklappe
- 35
- Mischklappe
- 36
- Ausströmer
- 37
- Seitenscheiben