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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Klappenantriebsmechanismus eines Klimasystems für ein Fahrzeug, und insbesondere einen Klappenantriebsmechanismus eines Klimasystems, der eine Klappe wie beispielsweise eine Luftmischklappe durch einen Zahnradmechanismus antreibt.
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Die
JP 2000-355 212 A offenbart eine Klappenantriebsvorrichtung, die eine Klappe, wie beispielsweise eine Luftmischklappe eines Klimasystems für ein Fahrzeug (auch als ein Fahrzeug-Klimasystem bezeichnet), antreibt.
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Die obige Klappenantriebsvorrichtung enthält ein Klappenantriebszahnrad, das durch eine Antriebsvorrichtung wie beispielsweise einen Motor gedreht wird. Das Klappenantriebszahnrad greift in eine Zahnstange ein, die mit der Luftmischklappe integriert ist. Wenn das Klappenantriebszahnrad durch die Antriebsvorrichtung gedreht wird, wird die Luftmischklappe zusammen mit der Zahnstange verschoben.
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5 ist ein Luftmischklappen-Antriebszahnradmechanismus eines früher vorgeschlagenen Klimasystems, das von dem der
JP 2000-355 212 A verschieden ist. In dem Luftmischklappen-Antriebszahnradmechanismus ist ein antriebsseitiges Zahnrad
30r an einer Ausgangswelle
29r eines Antriebsservomotors (nicht dargestellt) befestigt und dreht sich zusammen mit der Ausgangswelle
29r. Das abtriebsseitige Zahnrad
31r, das in das antriebsseitige Zahnrad
30r eingreift, ist an einer drehbaren Welle
19r einer Luftmischklappe (nicht dargestellt) befestigt und dreht sich zusammen mit der drehbaren Welle
19r.
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Das antriebsseitige Zahnrad 30r ist in einer Kreisform mit einem konstanten Wälzkreisradius (d. h. einem konstanten Radius eines Wälzkreises) ausgebildet. Entsprechend diesem konstanten Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrads 30r ist auch ein Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31r konstant. Ein Betriebswinkelbereich der Luftmischklappe ist kleiner als 360 Grad, und daher besitzt das abtriebsseitige Zahnrad 31r eine Fächerform, die ein bogenförmiges Außenumfangsteil besitzt. Das bogenförmige Außenumfangsteil des abtriebsseitigen Zahnrades 31r erstreckt sich entlang eines imaginären Bogens, dessen Zentrum in der Drehachse der drehbaren Welle 19r liegt.
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Wie oben erläutert, sind sowohl der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30r als auch der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31r konstant, sodass zwischen einem Betriebswinkel des abtriebsseitigen Zahnrades 31r und einem Betriebswinkel des antriebsseitigen Zahnrades 30r eine lineare Beziehung existiert, wie durch eine Kennlinie A (eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einem Betriebswinkel des antriebsseitigen Zahnrades und einem Betriebswinkel des abtriebsseitigen Zahnrades anzeigt) in 6 angedeutet.
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Dies verursacht bezüglich der Regelung der Temperatur der aus dem Fahrzeug-Klimasystem in die Fahrgastzelle auszugebenden Luft (nachfolgend als eine Auslasslufttemperatur bezeichnet) die folgenden Nachteile. In einer maximalen Heizstellung der Luftmischklappe schließt die Luftmischklappe einen Kaltluftkanal (einen Luftkanal, der an einem heizenden Wärmetauscher vorbei führt) vollständig und öffnet einen Warmluftkanal (einen Luftkanal, der durch den heizenden Wärmetauscher läuft) in einem Gehäuse vollständig. Wenn die Luftmischklappe von der maximalen Heizstellung zu einem Temperaturregelbereich gedreht wird, wo sowohl der Kaltluftkanal als auch der Warmluftkanal geöffnet sind, öffnet die Luftmischklappe den Kaltluftkanal. Da dieser Kaltluftkanal entlang des gesamten Maßes des Gehäuses in einer Breitenrichtung des Gehäuses (einer Links/Rechts-Richtung eines Fahrzeugs) verläuft, resultiert diese Bewegung der Luftmischklappe in einem schnellen Anstieg einer Strömungsrate der Kaltluft, die durch den Kaltluftkanal strömt.
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Daher wird, wenn die Luftmischklappe aus der maximalen Heizstellung in den Temperaturregelbereich angetrieben wird, die Auslasslufttemperatur des Klimasystems schnell verringert, wie durch eine Kennlinie C (eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einem Betriebswinkel des antriebsseitigen Zahnrades und der Auslasslufttemperatur des Klimasystems anzeigt) in 7 angedeutet, was in einer schlechten Regelbarkeit der Auslasslufttemperatur resultiert.
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Um einem solchen Nachteil zu begegnen, ist es vorstellbar, einen Hilfsverbindungsmechanismus zwischen dem abtriebsseitigen Zahnrades 31r und der drehbaren Welle 19r der Luftmischklappe hinzuzufügen, um das Änderungsmaß des Betriebswinkels des abtriebsseitigen Zahnrades nahe der maximalen Heizstellung der Luftmischklappe zu reduzieren, um das Änderungsmaß der Drehstellung der Luftmischklappe zu reduzieren, wie durch eine Kennlinie B (eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einem Betriebswinkel des antriebsseitigen Zahnrades und einem Betriebswinkel des abtriebsseitigen Zahnrades anzeigt) von 6 angedeutet. Dies erfordert jedoch das Hinzufügen des Hilfsverbindungsmechanismus neben den Zahnrädern 30r, 31r. Daher muss ein zusätzlicher Raum zum Aufnehmen des Hilfsverbindungsmechanismus vorgesehen werden, und das Hinzufügen des Hilfsverbindungsmechanismus verursacht einen Anstieg der Herstellungskosten.
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In dem oben beschriebenen Klimasystem der
JP 2000-355 212 A ist eine Zahnhöhe des Zahns am Ende des Klappenantriebszahnrades oder eine Zahnhöhe jedes der Zähne nahe dem Ende des Klappenantriebszahnrades relativ zu den übrigen Zähnen vergrößert. Ebenso ist eine Zahnhöhe des Zahns nahe jedes Endes der Zahnstange oder eine Zahnhöhe der Zähne nahe jedes Endes der Zahnstange relativ zu den übrigen Zähnen vergrößert. Diese Konstruktion soll jedoch die Luftmischklappe in eine Richtung senkrecht zu einer Gleitrichtung der Luftmischklappe am Ende eines Gleitweges der Luftmischklappe bewegen und es ist keine Konstruktion des Zahnradmechanismus offenbart, um die Regelbarkeit der Auslasslufttemperatur zu verbessern.
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Die
US 6 031 226 A beschreibt ein Temperatursteuersystem für ein Fahrzeug mit einem Klappenantriebsmechanismus, welcher eine Klappeneinrichtung zum Steuern eines Luftstroms antreibt.
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Die
DE 102 45 193 A1 beschreibt eine Stelleinheit für Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.
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Die
WO 01/06 148 A1 beschreibt eine Antriebsvorrichtung, welche zum Antreiben einer Stellvorrichtung ein zwischen einen Motor und die Stellvorrichtung geschaltetes Getriebe aufweist.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem obigen Nachteil. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Klimasystem mit einem Klappenantriebszahnradmechanismus vorzusehen, das einen höheren Freiheitsgrad bei der Konstruktion einer Kennlinie einer Beziehung zwischen einem Betriebswinkel eines antriebsseitigen Zahnrades und einem Betriebswinkel eines abtriebsseitigen Zahnrades erlaubt.
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Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein Fahrzeug-Klimasystem vorgesehen, das ein Gehäuse, eine Klappeneinrichtung und einen Klappenantriebsmechanismus enthält. Das Gehäuse leitet Luft zu einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs. Die Klappeneinrichtung dient dem Steuern eines Luftstroms in dem Gehäuse. Der Klappenantriebsmechanismus treibt die Klappeneinrichtung an. Der Klappenantriebsmechanismus enthält ein antriebsseitiges Zahnrad und ein abtriebsseitiges Zahnrad. Das antriebsseitige Zahnrad enthält einen gezahnten Abschnitt, der eine Vielzahl Zähne aufweist. Das abtriebsseitige Zahnrad enthält einen gezahnten Abschnitt, der eine Vielzahl Zähne aufweist und in den gezahnten Abschnitt des antriebsseitigen Zahnrades eingreift. Das abtriebsseitige Zahnrad ist mit der Klappeneinrichtung verbunden und wird gedreht, um die Klappeneinrichtung bei Drehung des antriebsseitigen Zahnrades anzutreiben. Ein Wälzkreisradius des gezahnten Abschnitts des antriebsseitigen Zahnrades verändert sich fortschreitend in einer vorbestimmten Umfangsrichtung des antriebsseitigen Zahnrades. Ein Wälzkreisradius des gezahnten Abschnitts des abtriebsseitigen Zahnrades verändert sich fortschreitend entsprechend einer Veränderung des Wälzkreisradius des gezahnten Abschnitts des antriebsseitigen Zahnrades.
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Die Erfindung wird zusammen mit weiteren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon aus der folgenden Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer Klimahaupteinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Vorderansicht eines Luftmischklappen-Antriebszahnradmechanismus bei einem maximalen Kühlbetrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Vorderansicht des Luftmischklappen-Antriebzahnradmechanismus bei einem maximalen Heizbetrieb gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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4 eine vergrößerte Teilansicht eines Zahnrades des Luftmischklappen-Antriebzahnradmechanismus;
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5 eine Vorderansicht eines Luftmischklappen-Antriebzahnradmechanismus eines früher vorgeschlagenen Klimasystems; (Stand der Technik)
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6 ein Kennliniendiagramm, das die Funktionsweise des Zahnradmechanismus des Ausführungsbeispiels der vorliegendem Erfindung und eine Funktionsweise des Zahnradmechanismus des früher vorgeschlagenen Klimasystems zeigt; und
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7 ein Kennliniendiagramm, das die Auslasslufttemperatur gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und auch die Auslasslufttemperatur des früher vorgeschlagenen Klimasystems zeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Klimahaupteinheit 10 einer Fahrgastzellen-Klimaeinheit eines Fahrzeug-Klimasystems des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Die Fahrgastzellen-Klimaeinheit des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält die Klimahaupteinheit 10 und eine Gebläseeinheit (nicht dargestellt). Die Gebläseeinheit bläst Luft zu der Klimahaupteinheit 10. In 1 bis 3 geben Richtungspfeile vorne, hinten, oben und unten entsprechende Richtungen beim Einbau der Klimahaupteinheit 10 in einem Fahrzeug an.
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Die Klimahaupteinheit 10 ist an einer Rückseite einer vorderen Instrumententafel einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in der Mitte der Fahrgastzelle in Querrichtung (d. h. einer Mitte in einer Links/Rechts-Richtung der Fahrgastzelle) angeordnet. Die Gebläseeinheit ist von der Mitte der Fahrgastzelle in Querrichtung zu einem Beifahrersitz versetzt, der auf einer Seite der Fahrgastzelle positioniert ist.
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Bekanntermaßen enthält die Gebläseeinheit einen Innenluft/Außenluft-Wechselkasten und ein Gebläse. Luft, die in die Gebläseeinheit gesaugt wird, wird durch Öffnen und Schließen einer Außenluft-Ansaugöffnung und einer Innenluft-Ansaugöffnung durch Betätigen einer in dem Innenluft/Außenluft-Wechselkasten vorgesehenen Innenluft/Außenluft-Wechselklappe zwischen Außenluft und Innenluft geschaltet. Dann wird die Luft, die in die Gebläseeinheit gesaugt wird, durch das Gebläse zu der Klimahaupteinheit 10 geblasen. Das Gebläse ist ein elektrisches Zentrifugalgebläse, das durch einen Elektromotor angetrieben wird.
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Als nächstes wird die Klimahaupteinheit im Detail beschrieben. Die Klimahaupteinheit 10 enthält ein Kunstharzgehäuse 11, das einen Luftkanal bildet. Das Gehäuse 11 ist aus zwei Gehäuseteilen gemacht. Die Gehäuseteile sind an einer Trennfläche in der Mitte des Gehäuses 11 in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs (in der Querrichtung des Fahrzeugs) geteilt und durch eine geeignete Befestigungseinrichtung (nicht dargestellt) wie beispielsweise Schrauben oder Klammern aus einem metallischen Federmaterial verbunden.
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Ein Luftansaugraum 12 ist im vordersten Teil des Gehäuses 11 ausgebildet und empfängt die durch das Gebläse geblasene Luft. Die in den Luftansaugraum 12 zugeführte Luft strömt in dem Gehäuse 11 von einer Fahrzeugvorderseite zu einer Fahrzeugrückseite.
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Das Gehäuse 11 nimmt einen Verdampfer 13 und einen Heizkern 14 auf, die in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite eines Luftstroms in Reihe angeordnet sind. Bekanntermaßen ist der Verdampfer 13 ein kühlender Wärmetauscher, in dem ein Niederdruck-Kältemittel eines Kühlkreises des Klimasystems Wärme absorbiert und somit verdampft, um die geblasene Luft zu kühlen, welche von der Gebläseeinheit in das Gehäuse 11 geblasen wird. Eine Ablauföffnung 11a ist in einem Bodenteil des Gehäuses 11 vorgesehen, der unter dem Verdampfer 13 angeordnet ist, um Kondenswasser aus dem Gehäuse 11 zu entleeren.
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Der Heizkern 14 ist ein heizender Wärmetauscher, bei dem die geblasene Luft in dem Gehäuse 11 mittels einer heißen Flüssigkeit (Motorkühlwasser), die durch den Heizkern 14 strömt, erwärmt wird. Ein Kaltluftkanal 15 ist an einer stromaufwärtigen Seite des Heizkerns 14 in dem Gehäuse 11 ausgebildet. Die Luft, die durch den Verdampfer 13 geströmt ist, strömt durch den Kaltluftkanal 15 an dem Heizkern 14 vorbei.
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In dem Gehäuse 11 ist ein Warmlufteinlasskanals 16 unter dem Kaltluftkanal 15 ausgebildet. Der Warmlufteinlasskanal 16 ist ein Kanal, der Luft (Kaltluft) b, die durch den Verdampfer 13 geströmt ist, dem Heizkern 14 zuführt. Ein Warmluftauslasskanal 17 ist an einer stromabwärtigen Seite (Fahrzeugrückseite) des Heizkerns 14 ausgebildet. Warmluft c, die durch den Heizkern 14 geströmt ist, strömt durch den Warmluftauslasskanal 17 nach oben.
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Eine Luftmischklappe 18 ist zwischen dem Verdampfer 13 und dem Heizkern 14 angeordnet. Die Luftmischklappe 18 ist aus einer Plattenklappe gemacht, die an einer drehbaren Welle 19 befestigt ist, um zusammen mit der drehbaren Welle 19 zu drehen. Die drehbare Welle 19 verläuft in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs um das untere Ende des Kaltluftkanals 15, d. h. um das obere Ende des Heizkerns 14 und ist durch eine linke und eine rechte Seitenwand des Gehäuses 11 drehbar gehalten.
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Die Luftmischklappe 18 hat eine Klappenfläche, die größer als eine Kanalöffnungsquerschnittsfläche des Kaltluftkanals 15 und auch eine Kanalöffnungsquerschnittsfläche des Warmlufteinlasskanals 16 ist, sodass die Luftmischklappe 18 sowohl den Kaltluftkanal 15 als auch den Warmlufteinlasskanal 16 effektiv öffnen und schließen kann. Ein Luftmischraum 20 ist über dem Heizkern 14 in dem Gehäuse 11 vorgesehen, um Kaltluft „a”, die durch den Kaltluftkanal 15 geströmt ist, und Warmluft „c”, die aus dem Warmluftauslasskanal 17 zugeführt wird, zu vermischen.
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In dem Gehäuse sind mehrere Ausgabeöffnungen 21–23 an der Fahrzeugrückseite des Verdampfers 13 an der Oberseite des Gehäuses 11 vorgesehen. Klimatisierte Luft, die durch den Luftmischraum 20 geströmt ist, wird den Ausgabeöffnungen 21–23 zugeführt. Diese Ausgabeöffnungen 21–23 enthalten eine Entfrosteröffnung 21, eine Gesichtsöffnung 22 und eine Fußöffnung 23. Die Entfrosteröffnung 21 ist in einer Oberseite des Gehäuses 11 geöffnet und steht mit Entfrosterausgabeauslässen (nicht dargestellt) durch eine Entfrosterleitung (nicht dargestellt) in Verbindung. Die klimatisierte Luft wird aus den Entfrosterausgabeauslässen zu einer Innenseite einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs ausgegeben. Die Entfrosteröffnung 21 wird durch eine Entfrosterklappe 24 geöffnet und geschlossen.
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Die Gesichtsöffnung 22 ist in der Oberseite des Gehäuses 11 an der Fahrzeugrückseite der Entfrosteröffnung 21 geöffnet. Die Gesichtsöffnung 22 steht mit Gesichtsausgabeauslässen (nicht dargestellt) durch eine Gesichtsleitung (nicht dargestellt) in Verbindung. Die klimatisierte Luft wird aus den Gesichtsausgabeauslässen zu einem Oberkörper eines auf einem Vordersitz sitzenden Insassen ausgegeben. Die Gesichtsöffnung 22 wird durch eine Gesichtsklappe 25 geöffnet und geschlossen. Sowohl die Gesichtsklappe 25 als auch die Entfrosterklappe 24 sind aus einer drehbaren Plattenklappe gemacht.
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Die Fußöffnungen 13 öffnen zu einer linken bzw. einer rechten Seitenwand des Gehäuses 11 und sind an einer vertikalen Stelle angeordnet, die oberhalb des Heizkerns 14 liegt und bei der der Luftmischraum 20 in dem Gehäuse 11 positioniert ist. Jede Fußöffnung 23 steht mit einem entsprechenden Fußausgabeauslass (nicht dargestellt) durch eine entsprechende Fußleitung (nicht dargestellt) in Verbindung. Die klimatisierte Luft wird aus dem Fußausgabeauslass zu Füßen des entsprechenden Insassen auf dem Vordersitz ausgegeben. Die linke und die rechte Fußöffnung 23 werden durch eine linke bzw. eine rechte Fußklappe geöffnet und geschlossen.
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Jede Fußöffnung 23 besitzt eine Fächerform, und die entsprechende Fußklappe 26 besitzt eine entsprechende Fächerform. Wenn die fächerförmige Fußklappe 26 um eine drehbare Welle 27 entlang einer entsprechenden linken oder rechten Seitenwand des Gehäuses 11 gedreht wird, wird die entsprechende Fußöffnung 23 durch die Fußklappe 26 geöffnet und geschlossen. Eine Stellung der Fußklappe 26, die durch eine durchgezogene Linie in 1 angezeigt ist, gibt einen vollständig geschlossenen Zustand der Fußöffnung 23 an.
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Die oben beschriebenen Klappen 24–26 dienen als Ausgabemodusklappen und sind mit einem gemeinsamen Ausgabemodus-Schaltmechanismus durch einen entsprechenden Verbindungsmechanismus (nicht dargestellt) verbunden, um eine integrale Betätigung dieser Klappen 24–26 zu erzielen. Der Ausgabemodus-Schaltmechanismus ist zum Beispiel aus einem Stellantriebsmechanismus gemacht, der einen Servomotor benutzt.
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Als nächstes wird der Klappenantriebsmechanismus, der die Luftmischklappe 18 antreibt, Bezug nehmend auf 2 und 3 beschrieben. 2 zeigt einen maximalen Kühlzustand, in dem die Luftmischklappe 18 zum vollständigen Öffnen des Kaltluftkanals 15 und zum vollständigen Schließen des Warmlufteinlasskanals 16 platziert ist. 3 zeigt einen maximalen Heizzustand, in dem die Luftmischklappe 18 zum vollständigen Schließen der Kaltluftkanals 15 und auch zum vollständigen Öffnen des Warmlufteinlasskanals 16 platziert ist. In 2 und 3 gibt es unter den außerhalb der linken und der rechten Seitenwand des Gehäuses 11 angeordneten Komponenten einen Servomotor 28, der durch eine doppelstrichpunktierte Linie angedeutet ist, und ein antriebsseitiges Zahnrad 30 und ein antriebsseitiges Zahnrad 31, die durch entsprechende durchgezogene Linien angezeigt sind. Ebenso ist in 2 und 3 jede der innerhalb des Gehäuses 11 angeordneten Komponenten durch eine entsprechende gestrichelte Linie angedeutet.
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Der Klappenantriebsmechanismus enthält den Servomotor 28, der ein elektrischer Stellantrieb ist. Der Servomotor 28 ist an einer Außenseite einer der linken und der rechten Seitenwand des Gehäuses 11 an einer Position an der Fahrzeugvorderseite der drehbaren Wellen 19 der Luftmischklappe 18 vorgesehen. Ein Gehäuse des Servomotors 28 ist an der entsprechenden linken oder rechten Seitenwand durch eine Befestigungseinrichtung wie beispielsweise Schrauben befestigt. Ein vorbestimmter Raum ist zwischen dem Gehäuse des Servomotors 28 und der entsprechenden Seitenwand des Gehäuses 11 vorgesehen, um das antriebsseitige Zahnrad 30 aufzunehmen.
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Eine Ausgangswelle (eine Antriebswelle) 29 des Servomotors 28 verläuft in der Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs parallel zu der drehbaren Welle 19 der Luftmischklappe 18. Die Ausgangswelle 29 ragt aus dem Gehäuse des Servomotors 28 zu dem Raum, der zwischen dem Gehäuse des Servomotors 28 und der Seitenwand des Gehäuses 11 definiert ist. Das antriebsseitige Zahnrad 30 ist integral an dem vorstehenden Ende der Ausgangswelle 29 befestigt, sodass sich die Ausgangswelle 29 und das antriebsseitige Zahnrad 30 zusammen drehen.
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Das abtriebsseitige Zahnrad 31, das in das antriebsseitige Zahnrad 30 eingreift, ist integral an der drehbaren Welle 19 der Luftmischklappe 18 befestigt. Insbesondere ragt ein Ende der drehbaren Welle 19 aus der Seitenwand des Gehäuses 11 heraus, und das abtriebsseitige Zahnrad 31 ist integral an dem einen Ende der drehbaren Welle 19 befestigt, um sich zusammen mit der drehbaren Welle 19 zu drehen.
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Sowohl das antriebsseitige Zahnrad 30 als auch das abtriebsseitige Zahnrad 31 ist aus Kunstharz geformt und in einer solchen Weise geformt, dass ein Wälzkreisradius des Zahnrades 30, 31 (d. h. ein Radius des Wälzkreises des Zahnrades 30, 31) kontinuierlich und fortschreitend von einer Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite geändert wird.
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Die Form jedes Zahnrades 30, 31 wird in mehr Einzelheiten beschrieben. Das antriebsseitige Zahnrad 30 enthält einen gezahnten Abschnitt 30x mit einer Vielzahl Zähnen 30y, und der Wälzkreisradius des gezahnten Abschnitts 30x des antriebsseitigen Zahnrades 30 verändert sich kontinuierlich und fortschreitend von einer Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite, wobei seine Zahnverhältniszahl konstant bleibt. Analog enthält das abtriebsseitige Zahnrad 31 einen gezahnten Abschnitt 31x mit einer Vielzahl Zähne 31y, und der Wälzkreisradius des gezahnten Abschnitts 31x des abtriebsseitigen Zahnrades 31 verändert sich kontinuierlich und fortschreitend von einer Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite, während seine Zahnverhältniszahl konstant bleibt.
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Wie durch eine Bezugsziffer J in 4 angegeben, ist der Wälzkreis des Zahnrades 30, 31 ein imaginärer Kreis, der durch einen radialen Zwischenpunkt jedes Zahns 30y, 31y des Zahnrades 30, 31 zwischen einer oberen Fläche K und einer unteren Fläche L des Zahns 30y, 31y läuft (ein imaginärer Kreis, der durch einen Punkt an einer oder um eine Mitte einer Zahnhöhe M jedes Zahns läuft). Der Wälzkreis wird benutzt, um einen Kreisabstand der Zähne 30y, 31y des Zahnrades 30, 31 zu bestimmen. Die Zahnverhältniszahl m ist eine Referenz zum Angeben einer Größe des Zahns und ist als m = d/z definiert, wobei „d” ein Durchmesser des Wälzkreises J ist und „z” die Anzahl der Zähne 30y, 31y ist.
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An der einen Umfangsseite des Zahnrades 30 hat das antriebsseitige Zahnrad 30 einen Punkt eines minimalen Wälzkreisradius (ein Teil der maximalen Heizstellung) 30a, der an einem Punkt definiert ist, wo der Wälzkreisradius des Zahnrades 30 minimal ist. Außerdem hat das antriebsseitige Zahnrad 30 an der anderen Umfangsseite des Zahnrades 30 einen Punkt eines maximalen Wälzkreisradius (ein Teil der maximalen Kühlstellung) 30b, der als ein Punkt definiert ist, wo der Wälzkreisradius des Zahnrades 30 maximal ist. Der Wälzkreisradius des Zahnrades 30 wird kontinuierlich und fortschreitend von dem Punkt des minimalen Wälzkreisradius 30a zu dem Punkt des maximalen Wälzkreisradius 30b vergrößert.
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Wie oben beschrieben, ist das antriebsseitige Zahnrad 30 so geformt, dass der Wälzkreisradius von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite kontinuierlich und fortschreitend größer wird. So ist eine imaginäre Linie, die durch die obere Fläche jedes Zahns des antriebsseitigen Zahnrades 30 läuft, eine Spirale. Das heißt, ein Außenumfangsteil des antriebsseitigen Zahnrades 30 besitzt eine Spiralform.
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In dem antriebsseitigen Zahnrad 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels erstreckt sich von dem Punkt des maximalen Wälzkreisradius 30b weg von dem gezahnten Abschnitt 30x zu der Seite des Punkts des minimalen Wälzkreisradius 30a in einer Umfangsrichtung eine nicht-gezahnte, glatte, bogenförmige Außenumfangsfläche 30c, an der kein Zahn gebildet ist. Eine Anschlagfläche 30d ist in einem Umfangsende der bogenförmigen Außenumfangsfläche 30c ausgebildet und verläuft in einer radialen Richtung des antriebsseitigen Zahnrades 30.
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Das abtriebsseitige Zahnrad 31 hat im Allgemeinen die Fächerform. An der Basis oder dem Drehpunkt der Fächerform ist die drehbare Welle 19 integral an dem abtriebsseitigen Zahnrad 31 befestigt. Der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 wird fortschreitend in einer Weise verändert, die der Veränderung des Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 entspricht.
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Insbesondere ist ein Punkt des maximalen Wälzkreisradius (ein Teil der maximalen Heizstellung) 31a des abtriebsseitigen Zahnrades 31 an einer Umfangsseite des abtriebsseitigen Zahnrades 31 vorgesehen, und ein Punkt des minimalen Wälzkreisradius (ein Teil der maximalen Kühlstellung) 31b des abtriebsseitigen Zahnrades 31 ist an der anderen Umfangsseite des abtriebsseitigen Zahnrades 31 vorgesehen. Der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 wird fortschreitend von dem Punkt des maximalen Wälzkreisradius 31a zu dem Punkt des minimalen Wälzkreisradius 31b verkleinert.
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In sowohl dem antriebsseitigen Zahnrad 30 als auch dem abtriebsseitigen Zahnrad 31 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird der Wälzkreisradius fortschreitend von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite in einer vorbestimmten Rate verändert. Das heißt, der Wälzkreisradius des Zahnrades 30, 31 ändert sich mit einer konstanten Änderungsrate.
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In dem maximalen Kühlzustand von 2 greift der Punkt des maximalen Wälzkreisradius 30b des antriebsseitigen Zahnrades 30 in den Punkt des minimalen Wälzkreisradius 31a des abtriebsseitigen Zahnrades 31 ein. Somit wird in dem maximalen Kühlzustand der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 ein maximaler Radius R1, und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 wird ein minimaler Radius r1. Somit ist in diesem Zustand ein Wälzkreisradiusverhältnis r1/R1.
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Im Gegensatz dazu greift im maximalen Heizzustand von 3 der Punkt des minimalen Wälzkreisradius 30a des antriebsseitigen Zahnrades 30 in den Punkt des maximalen Wälzkreisradius 31a des abtriebsseitigen Zahnrades 31 ein. Somit wird im maximalen Heizzustand der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 ein minimaler Radius R2, und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 wird ein maximaler Radius r2. Daher ist in diesem Zustand ein Wälzkreisradiusverhältnis r2/R2. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, gilt die Beziehung (r1/R1) < (r2/R2).
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Bei dem in 3 dargestellten maximalen Heizen kontaktiert die Umfangsstirnfläche des abtriebsseitigen Zahnrades 31 auf der Seite des Punkts des maximalen Wälzkreisradius 31a, die sich in einer radialen Richtung des abtriebsseitigen Zahnrades 31 erstreckt, die Anschlagfläche 30d des antriebsseitigen Zahnrades 30.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Rotationsmaß des Servomotors 28 basierend auf einem durch den Insassen erzeugten manuellen Betätigungssignal eingestellt. Insbesondere ist ein Temperatureinstellbetätigungselement, das durch den Insassen manuell betätigt wird, in der Klimabedientafel (nicht dargestellt) vorgesehen, die nahe der Fahrzeuginstrumententafel angeordnet ist. Das Rotationsmaß des Servomotors 28 wird durch eine Motorantriebsschaltung (nicht dargestellt) basierend auf einem elektrischen Signal eingestellt, das dem Betätigungsmaß des Temperatureinstellbetätigungselements entspricht. Das Temperatureinstellbetätigungselement ist von einem Drehtyp oder einem Hebeltyp.
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Als nächstes wird die Funktionsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Wenn das Temperatureinstellbetätigungselement der Klimabedientafel (nicht dargestellt) manuell auf die maximale Heizstellung gesetzt wird, wird der Servomotor 28 zu einer entsprechenden Drehstellung gedreht, die der maximalen Heizstellung des Temperatureinstellbetätigungselements entspricht, basierend auf dem elektrischen Signal, das der maximalen Heizstellung des Temperatureinstellbetätigungselements entspricht. Somit wird ein Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 zu einem Betriebswinkel θ1h von 6, welcher der maximalen Heizstellung entspricht. Demgemäß wird ein Betriebswinkel des abtriebsseitigen Zahnrades 31 zu einem Betriebswinkel θ2h von 6, welcher der maximalen Heizstellung entspricht.
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Auf diese Weise wird sowohl das antriebsseitige Zahnrad 30 als auch das abtriebsseitige Zahnrad 31 in der in 3 dargestellten entsprechenden Drehstellung gehalten, und somit wird die Luftmischklappe 18 zu der maximalen Heizstellung (der durch die gestrichelte Linie in 3 und die doppelstrichpunktierte Linie in 1 angedeuteten Stellung) angetrieben.
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In der maximalen Heizstellung ist der Kaltluftkanal 15 durch die Luftmischklappe 18 vollständig geschlossen und der Warmlufteinlasskanal 16 ist vollständig geöffnet. Daher wird die gesamte geblasene Luft, die durch die Gebläseeinheit geblasen worden und durch den Verdampfer 13 geströmt ist, dem Heizkern 14 durch den Warmlufteinlasskanal 16, der im vollständig offenen Zustand gehalten wird, zugeführt.
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Deshalb wird die gesamte geblasene Luft durch den Heizkern 14 erwärmt und wird so zu warmer Luft. Dann strömt diese Warmluft durch den Warmluftauslasskanal 17 auf der stromabwärtigen Seite des Heizkerns 14 zu dem Luftmischraum 20. Während des Heizbetriebs im Winter wird normalerweise ein Fußmodus zum Öffnen der Fußöffnungen 23 ausgewählt. Daher wird die Warmluft in dem Luftmischraum 20 aus jeder entsprechenden Fußöffnung 23 zu den Füßen des Insassen ausgegeben, um die Fahrgastzelle zu heizen.
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Wenn das Temperatureinstellbetätigungselement der Klimabedientafel (nicht dargestellt) manuell von der maximalen Heizstellung in einen Temperaturregelbereich verschoben wird, um die Temperatur der Luft, die in die Fahrgastzelle ausgegeben wird (nachfolgend als Auslasslufttemperatur bezeichnet), zu steuern, wird der Servomotor 28 gedreht, um das antriebsseitige Zahnrad 30 im Uhrzeigersinn F in 3 zu drehen. Deshalb wird das abtriebsseitige Zahnrad 31 zusammen mit der Luftmischklappe 18 im Gegenuhrzeigersinn G in 3 gedreht.
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Auf diese Weise öffnet die Luftmischklappe 18 den Kaltluftkanal 15. So werden die Kaltluft, die durch den Kaltluftkanal 15 strömt, und die Warmluft, die durch den Warmlufteinlasskanal 16 und den Warmluftauslasskanal 17 (genauer als Warmluftkanal bezeichnet) strömt, in dem Luftmischraum 20 vermischt, um die klimatisierte Luft der gewünschten Temperatur zu erzeugen, die dann aus den Ausgabeöffnungen wie beispielsweise den Fußöffnungen 23 in die Fahrgastzelle ausgegeben wird.
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Wenn als nächstes das Temperatureinstellbetätigungselement der Klimabedientafel (nicht dargestellt) manuell zu der maximalen Kühlstellung gesetzt wird, wird der Servomotor 28 basierend auf dem elektrischen Signal, das der maximalen Kühlstellung des Temperatureinstellbetätigungselements entspricht, zu einer entsprechenden Drehstellung gedreht, die der maximalen Kühlstellung des Temperatureinstellbetätigungselements entspricht. Auf diese Weise wird der Betriebswinkel des antriebsseitigen Zahnrades 30 zu einem Betriebswinkel θ1c von 6, welcher der maximalen Kühlstellung entspricht. Demgemäß wird der Betriebswinkel des abtriebsseitigen Zahnrades 31 zu einem Betriebswinkel θ2c von 6, welcher der maximalen Kühlstellung entspricht.
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Auf diese Weise wird sowohl das antriebsseitige Zahnrad 30 als auch das abtriebsseitige Zahnrad 31 in der entsprechenden in 2 dargestellten Drehstellung gehalten, und somit wird die Luftmischklappe 18 zu der maximalen Kühlstellung (der Stellung, die durch die gestrichelte Linie in 2 und die durchgezogene Linie in 1 angedeutet ist) angetrieben.
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In der maximalen Kühlstellung ist der Warmlufteinlasskanal 16 durch die Luftmischklappe 18 vollständig geschlossen und der Kaltluftkanal 15 vollständig geöffnet. Somit strömt die gesamte geblasene Luft, die durch die Gebläseeinheit geblasen worden ist, durch den Verdampfer 13 und wird gekühlt, um die Kaltluft zu bilden. Dann strömt diese gesamte Kaltluft durch den Kaltluftkanal 15 zu dem Luftmischraum 20.
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Während des Kühlbetriebs im Sommer ist normalerweise ein Gesichtsmodus zum Öffnen der Gesichtsöffnung 22 ausgewählt. Somit wird die Kaltluft in dem Luftmischraum 20 aus der Gesichtsöffnung 22 zu dem Oberkörper des Insassen ausgegeben, um die Fahrgastzelle zu kühlen.
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Wenn das antriebsseitige Zahnrad 30 von der in 2 dargestellten maximalen Kühlstellung im Gegenuhrzeigersinn H in 2 gedreht wird, wird das abtriebsseitige Zahnrad 31 zusammen mit der Luftmischklappe 18 im Uhrzeigersinn I in 2 gedreht. Daher wird der Warmlufteinlasskanal 16 geöffnet, um sich in den Temperaturregelbereich zu bewegen.
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Als nächstes wird die Funktionsweise des Antriebszahnradmechanismus der Luftmischklappe 18 beschrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Wälzkreisradius sowohl des antriebsseitigen Zahnrades 30 als auch des abtriebsseitigen Zahnrades 31 fortschreitend von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite verändert. Außerdem ist im maximalen Kühlzustand der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 auf den maximalen Radius R1 eingestellt, und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 ist auf den minimalen Radius r1 eingestellt. Ebenso ist im maximalen Heizzustand der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 auf den minimalen Radius R2 eingestellt, und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 ist auf den maximalen Radius r2 eingestellt.
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Deshalb ist das Wälzkreisradiusverhältnis (r2/R2) des maximalen Heizzustandes größer als das Wälzkreisradiusverhältnis (r1/R1) des maximalen Kühlzustandes. Als Ergebnis fällt die Veränderung des Betriebswinkels des abtriebsseitigen Zahnrades 31 bezüglich der Veränderung des Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 mit der Kennlinie B von 6 zusammen. Das heißt, die Kennlinie B ist im Vergleich zu der vergleichsweise linearen Kennlinie A des früher vorgeschlagenen Klimasystems von 5 konvex nach oben gekrümmt.
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Gemäß der Kennlinie B des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist in einem Bereich um den maximalen Heizzustand das Änderungsmaß des Betriebswinkels des abtriebsseitigen Zahnrades 31 relativ zu dem Änderungsmaß des Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 im Vergleich zu dem Bereich des maximalen Kühlzustandes kleiner gemacht. Als Ergebnis ist in dem Bereich um den maximalen Heizzustand das Änderungsmaß des Betriebswinkels der Luftmischklappe 18 relativ zu dem Änderungsmaß des Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 klein gemacht.
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Auf diese Weise ist, wenn die Luftmischklappe 18 aus dem maximalen Heizzustand in den Temperaturregelbereich bewegt wird, eine Vergrößerungsrate der Kanalöffnungsquerschnittsfläche des Kaltluftkanals 15 begrenzt, um einen schnellen Abfall der Auslasslufttemperatur zu begrenzen. Als Ergebnis kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie durch D in 7 angedeutet, eine Steuerkennlinie der Außenlufttemperatur bezüglich des Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 einer idealen Kennlinie E angenähert werden, um die Temperatursteuerkennlinie zu verbessern.
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Außerdem ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperatursteuerkennlinie durch Modifizieren der Form der Zahnräder 30, 31 derart, dass der Wälzkreisradius sowohl des antriebsseitigen Zahnrades 30 als auch des abtriebsseitigen Zahnrades 31 fortschreitend von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite verändert wird, verbessert. Somit ist zum Beispiel das Hinzufügen eines Hilfsverbindungsmechanismus nicht erforderlich.
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Das obige Ausführungsbeispiel kann wie folgt modifiziert werden.
- (1) Im obigen Ausführungsbeispiel wird der Wälzkreisradius sowohl des antriebsseitigen Zahnrades 30 als auch des abtriebsseitigen Zahnrades 31 kontinuierlich und fortschreitend von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite verändert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel muss die Änderungsrate des Wälzkreisradius nicht unbedingt konstant sein. Die Änderungsrate des Wälzkreisradius kann basierend auf der erforderlichen Betriebswinkel-Änderungskennlinie des abtriebsseitigen Zahnrades 31 variiert werden.
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Insbesondere kann die Änderungsrate des Wälzkreisradius im Zwischenbereich zwischen der maximalen Heizstellung und der maximalen Kühlstellung sowohl des antriebsseitigen Zahnrades 30 als auch des abtriebsseitigen Zahnrades 31 erhöht werden, sodass die Veränderung des Betriebswinkels des abtriebsseitigen Zahnrades 31 bezüglich der Veränderung des Betriebswinkels des antriebsseitigen Zahnrades 30 geschlängelt wird.
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Ebenso unterscheidet sich im obigen Ausführungsbeispiel der Wälzkreisradius jedes der Zähne 30y, 31y des Zahnrades 30, 31 von dem Wälzkreisradius eines angrenzenden Zahns 30y, 31y des Zahnrades 30, 31. Alternativ können drei der Zähne 30y, 31y jedes Zahnrades 30, 31 als eine erste Gruppe 30y1, 31y1 gruppiert sein, die einen vorbestimmten Wälzkreisradius besitzt, und die nächsten drei Zähne 30y, 31y jedes Zahnrades 30, 31 können als eine zweite Gruppe 30y2, 31y2 gruppiert sein, die einen vorbestimmten Wälzkreisradius besitzt, der sich von dem vorbestimmten Wälzkreisradius der ersten Gruppe 30y1, 31y1 unterscheidet, usw. (siehe 2).
- (2) Im obigen Ausführungsbeispiel ändert sich der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 kontinuierlich und fortlaufend von der einen Umfangsseite zu der anderen Umfangsseite des antriebsseitigen Zahnrades 30. Alternativ kann der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 auch nur in einem speziellen Umfangsabschnitt des antriebsseitigen Zahnrades 30 fortschreitend verändert werden, und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 kann nur in einem speziellen Umfangsabschnitt des antriebsseitigen Zahnrades 31, der dem speziellen Umfangsabschnitt des antriebsseitigen Zahnrades 30 entspricht, fortschreitend verändert werden.
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Zum Beispiel kann in dem Bereich bei oder nahe der maximalen Heizstellung sowohl des antriebsseitigen Zahnrades 30 als auch des abtriebsseitigen Zahnrades 31 der Wälzkreisradius des antriebsseitigen Zahnrades 30 klein und der Wälzkreisradius des abtriebsseitigen Zahnrades 31 groß gemacht sein.
- (3) Im obigen Ausführungsbeispiel ist der Antriebszahnradmechanismus beschrieben, der die Luftmischklappe 18 antreibt. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Antriebszahnradmechanismus irgendeiner anderen geeigneten Klappe angewendet sein, wie beispielsweise einer Innenluft/Außenluft-Wechselklappe (nicht dargestellt) der Gebläseeinheit. In einem solchen Fall kann beim Einstellen eines Innenluft/Außenluft-Mischmodus, bei dem die Innenluft und die Außenluft gleichzeitig eingeleitet werden, durch Betätigen der Innenluft/Außenluft-Wechselklappe ein Freiheitsgrad des Einstellens eines Mischungsverhältnisses zwischen der Innenluft und der Außenluft durch den Antriebszahnradmechanismus der vorliegenden Erfindung vergrößert werden.
- (4) Im obigen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die nicht-gezahnte, glatte, bogenförmige Außenumfangsfläche 30c, in der keine Zähne gebildet sind, von dem Punkt des maximalen Wälzkreisradius 30b zu dem Punkt des minimalen Wälzkreisradius 30a. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Konstruktion nur ein Beispiel ist. Es ist daher selbstverständlich, dass das antriebsseitige Zahnrad 30 ohne Ausbilden der glatten, bogenförmigen Außenumfangsfläche 30c gebildet werden kann.
