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Die
Erfindung betrifft ein kompaktes Kraftfahrzeugbelüftungs-
und Klimagerät,
welches besonders günstige
Eigenschaften hinsichtlich der Steuerung aufweist.
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Die
Hauptabmessungen eines Kraftfahrzeugbelüftungs- und Klimagerätes sind
durch die Abmaße
der Wärmeübertrager,
des Filters, des gewählten
Temperaturregel- bzw. Klappensystems, des Zuheizers sowie durch
die erforderlichen Querschnitte der Luftkanäle bestimmt. Die Dimensionen
der Einzelkomponenten werden durch die geforderten Leistungsanforderungen
bestimmt und sind somit nicht veränderbar. Die minimalen Querschnitte
der Luftkanäle
wiederum werden durch die maximal erlaubten Luftgeschwindigkeiten
nach unten begrenzt, um ein minimales Geräuschniveau zu erzielen.
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Um
dennoch kompakte Klimageräte
zu erzielen, sind diverse kompakte Luftregelorgane bzw. Klappensysteme
entwickelt worden, die die Abmessungen, d. h. vorzugsweise die Baulänge, des
Klimagerätes
in Fahrzeuglängsrichtung
reduzieren.
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In
einer Ausführung
des Standes der Technik ist eine Trennwand zwischen den Wärmeübertragern eingebaut,
so dass diese enger zueinander geschoben werden können. Nachteilig
an dieser Ausführung ist,
dass die Zuströmung
des Heizwärmeübertragers von
hinten erfolgt und die Luft daher eine 180°-Umlenkung erfährt. Dies führt auch dazu, dass ein dritter Luftkanal
entsteht, der einer weiteren Längenreduzierung
im Wege steht. Außerdem
ist die Temperaturregelklappe oberhalb der Trennwand angeordnet,
so dass die Bauhöhe
des Systems vergrößert wird.
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In
einer weiteren Ausführung
des Standes der Technik wird eine Reduzierung der Baulänge durch
eine Schiebetür
erreicht. Dabei wird eine Platte in schlitzartigen Führungen
beiderseits der Tür
geführt.
Positioniert wird die Klappe durch zwei starr miteinander verbundene
Zahnräder,
die in entsprechende Zahnstangen auf der Türplatte greifen. Nachteilig
an der Schiebetür
ist, dass die Kanäle
in dem Heizwärmeübertrager
sowie in dem Bypass- bzw. Kaltluftkanal identische Abmessungen aufweisen müssen. Dadurch
ist – neben
der festgelegten Größe des Heizwärmeübertragers – auch der
Querschnitt des Kaltluftkanals nicht veränderbar. Die Bauhöhe des Systems
kann dadurch nicht verkleinert werden. Eine weitere Folge dieser
Kanalquerschnitte ist eine durchhängende Temperaturkennlinie – abhängig von der
Klappenposition. Übliche
Ausführungen
von Schiebetüren
werden als komplette Subkomponenten ausgeführt. Sie beinhalten einen Rahmen,
in dem die Führungsschlitze
eingebracht und das Türelement
sowie die Zahnräder
bereits eingebaut sind. Durch diesen Vor-Zusammenbau wird die Montage der
Klappe erheblich vereinfacht, allerdings entstehen trotz des einfachen
Aufbaus vergleichsweise hohe Kosten.
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In
der
EP 0 958 951 A1 wird
eine Temperaturmischklappe beschrieben, die sich zwischen dem Verdampfer
und dem Heizwärmeübertrager
befindet und die gleitend durch eine bogenartige Führung über ein
Zahnradgetriebe geführt
wird. Die Bogenabschnitte vor dem Kaltluftbypass und dem Warmluftbypass
sind hierbei symmetrisch angeordnet.
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Als
Alternative zur Schiebetür
kommen Filmtüren
zum Einsatz, wie sie beispielsweise in den Patentschriften
US 5,653,630 und
US 5,243,830 beschrieben
werden. Ein flexibler Film, beispielsweise aus Textilien, wird dabei
zwischen zwei Rollen bewegt, wobei der Film jeweils von einer Rolle
ab- und zeitgleich auf die zweite Rolle aufgewickelt wird. Der Film
enthält
Löcher,
die mit den Auslassöffnungen des
Klimagerätes
in einigen Stellungen übereinstimmen
und somit eine Luftverteilung ermöglichen. Der Vorteil der flexiblen
und sehr bauraumoptimierten Filmtür wird allerdings durch die
aufwendige und teure Rollen- und Antriebstechnologie im negativen
Sinne kompensiert.
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Eine
alternative flexible Schiebeeinheit wird in der
US 6,612,922 beschrieben. Ein flexibler
Film wird als Platz sparendes Luftregelsystem verwendet. Der in
einem Schlitz im Gehäuse
geführte
Film wird durch Zahnräder
bewegt. Nachteilig an dieser Erfindung ist die geringe laterale
Steifigkeit, so dass Führungsrippen
in den Auslässen
benötigt
werden, um Undichtigkeiten durch Deformationen unter Luftdruck zu
verhindern. Gleichzeitig kann es bei engen Biegeradien dazu kommen,
dass die Tür
deformiert und sich im Schlitz verklemmt. Das in der
US 6,612,922 beschriebene System benötigt entweder
symmetrische Querschnitte in den Kanälen, die durch die Länge des
Films definiert sind, oder Taschen, in die das Klappensystem eintauchen
kann. Durch solche Taschen wird ein Teil des möglichen Bauraumgewinnes wieder
aufgegeben.
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In
der Patentschrift
US 6,669,549 wird
eine Gleitklappe beschrieben, die im Wesentlichen aus einem flexiblen
Film besteht, des Weiteren aber mit einem starren Stützteil ausgestattet
ist, welches eine Luftverteilungsöffnung aufweist und zusammen
mit dem flexiblen Film bewegt werden kann. Die Steuerung der Belüftung erfolgt über die
Einstellung der Öffnungen
zum Kalt- und Warmluftkanal mit der Gleitklappe, wobei beide Kanäle gleich
große
Querschnitte aufweisen.
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Aus
der
US 6,926,068 ist
ebenfalls eine filmartige Gleittür
bekannt, wobei sich parallel zur Gleitrichtung der Gleittür ein Gitterteil
erstreckt, welches die Öffnung
eines Luftkanals in eine Vielzahl von kleineren Öffnungen teilt. Die Gleittür besteht
aus einem Filmteil mit einer Stützplatte
und benötigt
elastische Andrückmittel,
um das Filmteil gegen die Schließkantenfläche des Luftkanals zu drücken.
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Eine
weitere Temperaturregeleinrichtung ist aus der
EP 1 312 494 A1 bekannt,
in der ein flexibler Schieber beschrieben wird. Auch hier sind die
Querschnitte des Kanals, der in den Heizwärmeübertrager führt, sowie des Kaltluftkanals
identisch ausgelegt.
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Allen
oben beschriebenen Systemen ist gemein, dass sie eine nicht-lineare
Temperaturkontrollkurve aufweisen, d. h. die Temperatur ist nicht-linear abhängig von
der Regeleinrichtungsposition. Dieses Verhalten ist nachteilig für die Regelung
des Klimasystems.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompaktes
Klimagerät
mit einer neuartigen, Platz sparenden Temperaturregeleinheit zu entwickeln,
das die vorgenannten Nachteile besonders in Hinblick auf die linearisierte
Temperaturkontrollkurve löst.
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Das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbelüftungs-
und Klimagerät
verfügt über ein
Temperaturregelsystem, welches auf der Anwendung eines flexiblen
Schiebers beruht. Die Stellung des Schiebers definiert gleichzeitig
die Öffnungsquerschnitte
sowohl eines Kaltluftkanals als auch eines Warmluftkanals. Dabei
ist der Kaltluftkanal als der Luftströmungsweg der Luft definiert,
die vom Verdampfer zum Luftverteilungsgehäuse geführt wird, ohne durch den Heizwärmeübertrager
zu strömen.
Deshalb wird der Kaltluftkanal auch als Bypass bezeichnet. Der Warmluftkanal
ist als der Luftkanal definiert, der in den Heizwärmeübertrager
führt.
Ist der Kaltluftkanal durch den Schieber vollständig verschlossen, ist der
Warmluftkanal geöffnet
und umgekehrt.
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Erfindungsgemäß weist
der Warmluftkanal einen größeren Querschnitt
auf als der Kaltluftkanal. Da der Querschnitt des Warmluftkanals,
der in den Heizwärmeübertrager
führt,
die Länge
des Schiebers definiert, muss der Luftkanalquerschnitt so dimensioniert
werden, dass der Bauraumgewinn durch den flexiblen Schieber nicht
verloren geht. Zusätzlich muss
der Schieber den Luftkanalquerschnitt des Bypass- bzw. Kaltluftkanals
so stark drosseln, dass eine lineare Temperaturkontrollkurve erzielt
wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schieber in einer bogenförmigen Führung geführt wird,
deren Bogenlänge
der Länge
des Führungsabschnittes
vor dem Heizwärmeübertrager
entspricht. Somit nimmt der Schieber vor dem Heizwärmeübertrager
eine lineare Form ein und erreicht damit seine maximale Länge, wobei
er den Warmluftkanal vollständig
verschließt, während durch
die Biegung in der Führung
ein signifikant kleinerer Kanal auf der Bypass- bzw. Kaltluftkanalseite
erreicht wird. Das Verhältnis
zwischen der Querschnittsfläche
des Warmluftkanals zur Querschnittsfläche des Kaltluftkanals beträgt vorzugsweise
mindestens 1,25:1.
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Die
Form der Führungsschiene
auf der Kaltluftkanalseite wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass
neben der exakten Bogenlänge
auch eine gute Temperaturkontrollkurve erzielt wird. Dabei wird
dafür gesorgt,
dass der Kaltluftkanalquerschnitt durch den Schieber im Bereich
eines Geradenstücks
der Führungsschiene
und einem daraus resultierenden kleinen Verfahrweg zunächst sehr
schnell und stark gedrosselt wird. Im weiteren Verfahrweg verschließt der Schieber
den verbleibenden Querschnitt des Kaltluftkanals langsamer, wobei
sich der Schieber entlang des von der Führungsschiene beschriebenen Bogens
an den Dichtanschlag anschmiegt. Auf diese Weise kann eine lineare
Temperaturkontrollkurve erreicht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
wird die Führungsschiene
direkt an das Klimagerätgehäuse angeformt.
Alternativ dazu kann ein Vor-Zusammenbau mit einem Rahmen mit integriertem
Schlitz verwendet werden. Vorzugsweise entspricht die Gesamtlänge der
Führungsschiene
der zweifachen Länge
des Schiebers.
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Der
Schieber besteht bevorzugt aus flachen Elementen, die mittels flexibler
Verbindungselemente verbunden sind und die eine Biegung des Schiebers ermöglichen.
Vorzugsweise wird der Schieber als einteiliges Element gefertigt,
z. B. durch Verwendung von Kunststofffilmscharnieren als flexible
Verbindungselemente.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung wird der Schieber durch Zahnräder angetrieben, die in Vertiefungen
oder auch in Löcher
im Schieber greifen.
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Der
Schieber kann verschiedenartig aufgebaut sein. Eine einfache Methode
ist ein flexibler Film mit Löchern
für den
Zahnradantrieb. Nachteilig daran ist die geringe Steifigkeit in
Querrichtung. Die bevorzugte Lösung
ist ein Schieber mit flexiblen Verbindungselementen, die eine Biegung
der Platte im Führungsschlitz
ermöglichen.
Beispielsweise ist eine Kunststoffplatte mit Filmscharnieren möglich. Alternativ
können
diverse Kunststoffelemente mit einer Art Scharnier zusammengebaut
werden, die die Funktion der Filmscharniere übernehmen.
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An
den Seiten werden die einzelnen, flexibel verbundenen Elemente mit
zylindrischen Stiften versehen, die im Führungsschlitz der Führungsschiene geführt werden
und die eine Drehung der Einzelelemente ermöglichen. Die Zylinder bieten
außerdem eine
kleine Auflagefläche,
um die Reibungskräfte
des Schiebers zu minimieren. Um einen stabilen Schieber zu erreichen,
können
die einzelnen Schieberelemente so ausgeformt werden, dass eine maximale Biegesteifigkeit
gegen den Luftdruck erreicht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:
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1:
einen Querschnitt des Klimagerätgehäuses,
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2:
einen Schieber,
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3:
eine Darstellung des Schiebers mit dessen Antriebszahnrädern.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist gemäß 1 ein
in seinen äußeren Grenzen
unregelmäßig geformtes
Grundgehäuse 2 auf,
das als Hohlkörper
ausgebildet ist. Die Luft gelangt durch einen Lufteintritt 3 in
das Innere des Grundgehäuses 2. Dem
Lufteintritt 3 stromabwärts
nachgeschaltet ist ein Filter 4, welches Partikel, Pollen
und dergleichen zurückhält. Weiterhin
sind in der Vorrichtung 1, stromabwärts in der angegebenen Reihenfolge,
ein Verdampfer 5 und ein Heizwärmeübertrager 6 mit nachgeschaltetem
Zuheizer 7 vorgesehen. Gemäß 1 ist der
Verdampfer 5 derart im Grundgehäuse 2 angeordnet,
dass die gesamte einströmende
Luft in jedem Fall den Verdampfer passiert. Wesentlich kleiner dimensioniert
ist dagegen der nachgeschaltete Heizwärmeübertrager 6. Auf diese
Weise bleibt oberhalb des Heizwärmeübertragers 6,
zwischen dem Heizwärmeübertrager 6 und
der oberen Innenwand 8, ein Kaltluftkanal 9 frei,
durch den ein Teil der Luft strömt,
ohne mit dem Heizwärmeübertrager 6 oder dem
Zuheizer 7 in Berührung
zu kommen. Unterhalb des Kaltluftkanals 9 verläuft der
Warmluftkanal 10 als Warmluftströmungsweg durch den Heizwärmeübertrager 6.
Dabei ist der Querschnitt des Kaltluftkanals 9 signifikant
kleiner als der Querschnitt des Warmluftkanals 10. Nach
Passieren des Heizwärmeübertragers 6 und
des Zuheizers 7 wird die Warmluftströmung aufgrund der Begrenzung
durch die Gehäuseinnenwand 11 des
Grundgehäuses 2 in
Richtung Fahrgastzelle von der horizontalen in vertikale Richtung,
d. h. entlang der Gehäuseinnenwand 11 nach oben,
gelenkt. Die beiden Luftströmungswege
vereinigen sich schließlich
im Luftverteilungsgehäuse 12, das
sich im hinteren oberen Teil des Grundgehäuses 2 befindet. Zwischen
dem Verdampfer 5 und dem Heizwärmeübertrager 6 ist eine
Führungsschiene 13 für einen
flexiblen Schieber 14 angeordnet. Dabei beginnt die Führungsschiene 13 an
einem spitzkantenartigen Vorsprung 15 in der unteren Gehäuseinnenwand 16,
der den unteren Abschnitt 17 des Heizwärmeübertragers 6 abdeckt.
Die Führungsschiene 13 verläuft im unteren
Abschnitt 18 der Führungsschiene 13 linear,
d. h. nach oben gerade und parallel zur Lufteintrittsfläche des
Heizwärmeübertragers 6.
An der Oberkante 19 des Heizwärmeübertragers 6 weist die
Führungsschiene
eine leichte Biegung 20 in Stromabwärtsrichtung auf. Im Anschluss
an die leichte Biegung 20 beginnt der obere Abschnitt 21 der Führungsschiene 13,
welcher den gesamten Querschnitt des Kaltluftkanals 9 abdeckt.
Der obere Abschnitt 21 der Führungsschiene 13 beginnt
zunächst mit
einem Geradenstück 22 und
nimmt im Anschluss daran mit der Biegung 23 einen bogenförmigen Verlauf
in Stromaufwärtsrichtung
und endet schließlich an
der oberen Innenwand 8 des Grundgehäuses 2 auf der Position
des Dichtanschlags 24 der Führungsschiene 13 oberhalb
des Verdampfers 5.
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In
der Führungsschiene 13 ist
der flexible Schieber 14 beweglich angeordnet. Die Länge des flexiblen
Schiebers 14 beträgt
genau die Hälfte
der Länge
der Führungsschiene 13.
Wenn sich der Schieber 14 im unteren linearen Abschnitt 18 der Führungsschiene 13 befindet,
so ist der Heizwärmeübertrager 6 vollständig abgedeckt
und der Warmluftkanal 10 für den Luftstrom verschlossen,
während der
gesamte Querschnitt des Kaltluftkanals 9 geöffnet ist.
Liegt der flexible Schieber 14 dagegen an der oberen Innenwand 8 an,
so deckt er den gesamten Querschnitt des Kaltluftkanals 9 ab,
während
der gesamte Querschnitt des Warmluftkanals 10, der in den Heizwärmeübertrager 6 führt, geöffnet ist.
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Beim
Verschließen
des Kaltluftkanals 9 wird dafür gesorgt, dass der Querschnitt
des Kaltluftkanals 9 durch einen kleinen Verfahrweg aufgrund
des Geradenstücks 22 des
oberen Abschnitts 21 der Führungsschiene 13 sehr
schnell stark gedrosselt wird und sich der Schieber im weiteren
Verfahrweg aufgrund der Biegung 23 im oberen Abschnitt 21 der Führungsschiene 13 langsam
an den Dichtanschlag 24 anschmiegt und dadurch den verbleibenden Querschnitt
zur Temperatursteuerung langsamer verschließt. Dadurch wird eine lineare
Temperaturkontrollkurve erreicht.
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Gemäß 2 besteht
der flexible Schieber 14 aus flachen Einzelelementen 25,
die durch nicht dargestellte flexible Verbindungselemente verbunden
sind, womit die Biegung des flexiblen Schiebers 14 im Bereich
der Biegung 23 im oberen Abschnitt 21 der Führungsschiene 13 ermöglicht wird.
An den Seiten sind die flachen Einzelelemente 25 des flexiblen Schiebers 14 mit
zylindrischen Stiften 26 versehen, die im Führungsschlitz
der Führungsschiene 13 geführt werden.
Des Weiteren befinden sich nahe der äußeren Ränder der Einzelelemente 25 Löcher 27, die
dem Antrieb des flexiblen Schiebers 14 dienen, der gemäß 3 über zwei
in die Löcher 27 eingreifende
Zahnräder 28 und 29 erfolgt,
wobei die Zahnräder 28 und 29 auf
einer Welle 30 gelagert sind, die sich quer durch das gesamte
Gehäuse 2 erstreckt.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Grundgehäuse
- 3
- Lufteintritt
- 4
- Filter
- 5
- Verdampfer
- 6
- Heizwärmeübertrager
- 7
- Zuheizer
- 8
- obere
Innenwand des Grundgehäuses 2
- 9
- Kaltluftkanal
- 10
- Warmluftkanal
- 11
- Innenwand
des Grundgehäuses 2 in
Richtung Fahrgastzelle
- 12
- Luftverteilungsgehäuse
- 13
- Führungsschiene
- 14
- flexibler
Schieber
- 15
- spitzkantenartiger
Vorsprung auf der unteren Innenwand
- 16
- untere
Gehäuseinnenwand
- 17
- durch
Spitzkante 15 überdeckter
unterer Abschnitt des
-
- Heizwärmeübertragers 6
- 18
- unterer
linearer Abschnitt der Führungsschiene 13
- 19
- Oberkante
des Heizwärmeübertragers 6
- 20
- leichte
Biegung der Führungsschiene 13 stromabwärts
- 21
- oberer
Abschnitt der Führungsschiene 13
- 22
- Geradenstück des oberen
Abschnitts 21 der Führungsschiene 13
- 23
- Biegung
der Führungsschiene 13 im
oberen Abschnitt 21 stromaufwärts
- 24
- Dichtanschlag
der Führungsschiene 13 an
der oberen Innenwand 8
- 25
- Einzelelemente
des flexiblen Schiebers 14
- 26
- zylindrische
Stifte an den Einzelelementen 25
- 27
- Löcher in
den Einzelelementen 25
- 28
- Zahnrad
- 29
- Zahnrad
- 30
- Welle
für die
Zahnräder 28 und 29