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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage zur Verteilung und Mischung
von Luft unter Verwendung von entsprechend gestalteten Mischkammern.
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Der
Betrieb einer Klimaanlage erfordert je nach gewünschter
Temperatur, welche bei Kraftfahrzeugen in deren Innenraum erzielt
werden soll, eine Behandlung der angesaugten Außenluft,
die in der Regel mittels Wärmetauscher und Verdampfer erfolgt.
Für luftseitig geregelte Klimaanlagen erfolgt die Temperaturmischung
für die Luftströme an den Luftaustritten mittels
Temperaturmischklappen, die meistens zwischen Verdampfer und Heizkörper
angeordnet sind. Für die Verteilung der Luftströme
an den Luftaustritten werden hingegen Auslassklappen verwendet,
welche an den Auslässen angebracht sind. Diese werden bei
automatisch geregelten Klimaanlagen über Aktuatoren betätigt.
Trotz der aufwändigen Ausstattung und Steuerung der Klappen
ist eine gezielte Versorgung von unterschiedlichen Bereichen im
Innenraum eines Kraftfahrzeugs damit nur schwer zu erreichen.
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Die
Steuerung einer Vielzahl von Temperaturmischklappen in einer automatisch
geregelten Klimaanlage erfordert bislang jeweils zwei Aktuatoren pro
Luftaustrittskanal, wodurch sich zum einem das Gewicht der Klimaanlage
und zum anderen auch deren Kosten erhöht. Bekannt ist der
Einsatz von einem Aktuator für die Steuerung aller Mischklappen
einer Klimaanlage, welche dann über eine kinematische Einrichtung
miteinander verbunden sind. So verliert die Klimaanlage jedoch ihre
Flexibilität, da in den verschiedenen Luftaustrittskanälen
jeweils unterschiedlich klimatisierte Luftströme benötigt
werden.
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In
der
DE 103 38 650
A1 wird ein Mischmodul beschrieben, welches die Zusammensetzung
eines austretenden Luftstroms in einer Klimaanlage beeinflusst.
Die Luft tritt dabei am Luftaustritt schichtweise (abwechselnd warme
und kalte Luftschichten) aus. Jeder Luftaustritt wird dabei jeweils
von einem Luftstrom aus einem Warmluftkanal und einem Kaltluftkanal
gespeist. Die Steuerung der Temperatur des austretenden Luftstroms
am Luftaustritt erfolgt dabei mit Hilfe von Absperrklappen, welche
sich jeweils in einem Warmluftkanal und einem Kaltluftkanal befinden.
Somit sind für die Verteilung und Mischung des Luftstroms
in der Klimaanlage pro Luftaustrittkanal jeweils zwei Absperrklappen
erforderlich, welche betätigt werden müssen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine verbesserte
Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Klimaanlage
gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
weist wenigstens einen Wärmetauscher, durch welchen wenigstens
eine erste Luftmenge mit einer ersten Temperatur und eine zweite
Luftmenge mit einer zweiten Temperatur strömt, eine Mischeinrichtung,
in welcher die Luftmenge erster Temperatur und die Luftmenge zweiter
Temperatur gemischt werden, und ein mit der Mischeinrichtung zusammenwirkendes
Steuerelement, durch welches das Mischungsverhältnis der
Luftmenge, erster Temperatur und zweiter Temperatur veränderbar
ist, auf. Die Mischeinrichtung weist mindestens eine Mischkammer
auf, wobei die Mischkammer wenigstens einen ersten Einlass für
die Luftmenge erster Temperatur und wenigstens einen zweiten Einlass
für die Luftmenge zweiter Temperatur und wenigstens einen Auslass
für die Mischluft aufweist. Das Steuerelement ist als im
Wesentlichen teilzylinderförmige Mischklappe ausgebildet,
deren Wandung im Bereich der Mischkammer geschlossen ist, und welche
um eine Drehachse schwenkbar ist, durch welche dieser wenigstens
erste Einlass, dieser wenigstens zweite Einlass und dieser Auslass
verschließbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Klimaanlage weist für jede
Mischkammer nur eine Mischklappe auf. Damit wird die Mischung einer
ersten Luftmenge mit einer ersten Temperatur und einer zweiten Luftmenge
mit einer zweiten Temperatur, sowie deren Verteilung in einen Auslass
der Mischkammer realisiert. Dadurch wird vorteilhafterweise die
Anzahl der Mischklappen für eine Mischkammer minimiert,
wodurch auch der Aufwand für deren Steuerung reduziert
wird. Die Mischeinrichtung ist ein Bauteil, welches vorzugsweise
aus einem Kunststoff besteht.
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Ein
Kanal ist im Wesentlichen eine Komponente mit einer Längsachse,
welche sich insbesondere im Kraftfahrzeug im Bereich einer Klimaanlage in
beliebige Richtungen erstrecken kann, so dass die klimatisierte
Luft an die gewünschten Stellen geführt wird.
Dabei ist der Kanal vorzugsweise in Form eines rechteckigen Querschnitts
ausgebildet, es sind aber auch kreisförmige Querschnitte
und Querschnitte mit anderen Formen verwendbar, sowie in einem Übergangsbereich
zweier unterschiedlicher Querschnitte die entsprechenden Querschnittsgeometrien.
Die Längsachse muss nicht gerade sein, sondern kann auch
gekrümmt verlaufen.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist,
dass unterschiedliche Auslässe einer Klimaanlage, welche
von mindestens einem Verdampfer und einem Heizkörper gemäß dem
Stand der Technik gespeist werden können, während
das Mischen und Verteilen der Luftströme in klimatisch
getrennten Mischkammern stattfindet und über jeweils separate Auslässe
an den Fahrzeuginnenraum abgeben wird. Somit können unterschiedliche
Bereiche im Fahrzeug mit klimatisierter Luft versorgt werden, wobei die
Anzahl der hierfür erforderlichen Mischklappen gegenüber
Mischeinrichtungen in einer Klimaanlage nach dem Stand der Technik
reduziert wird, ohne die Flexibilität der Mischeinrichtung
zu verringern.
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Unter
einer Mischkammer im Sinne der Erfindung ist ein Raum zu verstehen,
in dem gasförmige Medienströme aus unterschiedlichen
Eintrittsbereichen zusammengeführt werden und anschließend
in einem gemeinsamen Medienstrom den Raum in einem Austrittsbereich
mit einem definierten Querschnitt wieder verlassen.
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Die
Mischklappe ist ein Element, welches in der Mischkammer den Öffnungsquerschnitt
von wenigstens zwei Einlassbereichen, für eine erste Luftmenge
mit einer ersten Temperatur und eine zweite Luftmenge mit einer
zweiten Temperatur, steuert, und mit der auch der Öffnungsquerschnitt
wenigstens eines Auslass gesteuert werden kann. Die Gestalt der Mischklappe
ist dabei vorzugsweise ein Segment eines Zylinders. Die Mischklappe
ist bevorzugt um eine feste Drehachse gelagert.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Klimaanlage kann eine
Vielzahl von Mischkammern vorgesehen sein.
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Jede
erfindungsgemäße Mischklappe weist eine zugehörige
Drehachse auf, welche bevorzugt mit der Mittelachse des Zylindersegments
identisch ist. Die Drehachsen der Mischklappen können bevorzugt
parallel oder bevorzugt fluchtend angeordnet sein oder bevorzugt
parallel zueinander und fluchtend angeordnet sein.
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Jede
Drehachse einer Mischklappe ist vorzugsweise separat drehbar gelagert.
Jede Mischklappe ist vorzugsweise von einem Aktuator betätigbar.
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Ein
Aktuator kann bevorzugt mehrere Mischklappen ansteuern. Bei einer
Vielzahl von Aktuatoren kann jeder Aktuator bevorzugt jeweils separat
angesteuert sein. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Aktuatoren gemeinsam
ansteuerbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Klimaanlage sind die Querschnitte im Austrittsbereich des wenigstens
ersten Auslass der Mischkammern vorzugsweise im Wesentlichen in einer
Ebene angeordnet.
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In
einer erfindungsgemäßen Klimaanlage weisen bevorzugt
zwei benachbarte Mischkammern bevorzugt eine gemeinsame Trennwand
auf, welche die Luftströme in einzelnen Mischkammern vorzugsweise
voneinander trennt. Die Trennwände sind bevorzugt im Wesentlichen
eben.
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Die
Gestaltung des Querschnitts des wenigstens ersten Auslass ist im
Austrittsbereich vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig.
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In
einer erfindungsgemäßen Klimaanlage ist ein Kanal,
in den sich bevorzugt wenigstens ein erster Auslass einer Mischkammer öffnet,
vorzugsweise in Strömungsrichtung durch eine ortsfeste
Wand geteilt.
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Die
Mischklappe einer erfindungsgemäßen Klimaanlage
ist bevorzugt mit einer stufenlosen Drehbewegung zwischen einem
offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand überführbar,
worin der offene Zustand durch die im Wesentlichen vorzugsweise
im Austrittsbereich des wenigstens ersten Auslass, und der geschlossene
Zustand vorzugsweise durch eine Stellung der Mischklappe, in der
ein Luftdurchtritt durch den bevorzugt wenigstens ersten Auslass
nicht möglich ist, gebildet ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang
mit den Figuren. Es zeigt teilweise in schematischer Darstellung:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Klimaanlage mit einem erfindungsgemäßen
Mischmodul nach einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Mischeinrichtung gemäß 1,
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3 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 1 entlang
des Schnitts A-A,
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4 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 1 entlang
des Schnitts B-B,
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5 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 1 entlang
des Schnitts C-C,
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6 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Mischeinrichtung mit versetzt
angeordneten Mischkammern in einer Klimaanlage,
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7 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 6 entlang
des Schnitts D-D,
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8 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 6 entlang
des Schnitts E-E,
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9 einen
horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage nach 6 entlang
des Schnitts F-F,
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10 eine
Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung für eine 2-Zonen Klimaanlage,
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11 eine
Draufsicht einer weiteren Ausführungsform gemäß 1 mit
einer alternativen Anordnung von Heizkörper und. Verdampfer,
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12 eine
Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der ein Strömungskanal eines gemeinsamen
Mischluftauslass in Längsrichtung geteilt ist.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Klimaanlage in schematischer Darstellung. Eine Klimaanlage 5 umfasst
einen Verdampfer 3, und einen Heizkörper 2.
Die Klimaanlage 5 weist ein Gehäuse 1 (nur
teilweise dargestellt) auf. Ein Gebläse (nicht dargestellt)
saugt Luft aus der Umgebung oder dem Innenraum des Fahrzeugs an, bildet
aus der angesaugten Luft einen Luftstrom aus und führt
diesen in einer Hauptströmungsrichtung 4 dem Verdampfer 3 zu.
Eine Klimatisierung des Luftstroms erfolgt dann über Abkühlung
und Kondensation der Feuchtigkeit des Luftstroms im Verdampfer und/oder
einer Erwärmung eines Teils des Luftstroms im Heizkörper 2.
Der Heizkörper 2 ist in Hauptströmungsrichtung 4 vor
der Mischeinrichtung angeordnet und im Wesentlichen parallel zum
Verdampfer 3 ausgerichtet. Die Mischeinrichtung weist drei
Mischkammern 70, 71, 72 auf, welche jeweils über
Trennwände 10, 11 zu benachbarten Mischkammern
derart klimatisch getrennt sind, dass sich weder die Luftströme
von einem Warmlufteinlass 40, 41, 42 oder
Kaltlufteinlass 46, 47, 48 noch die Luftströme
des gemeinsamen Mischluftauslass 30, 31, 32 von
benachbarten Mischkammern miteinander vermischen können.
Die Mischeinrichtung kann somit für drei separate Mischluftauslässe 30, 31, 32 jeweils
separat klimatisierte Luftströme zur Verfügung
stellen. Die erste Mischkammer 70 dient der Erzeugung eines
Luftstroms am Mischluftauslass 30 für die Funktion „Defrost",
bei der im Wesentlichen erwärmte Luft für den Bereich
der Windschutzscheibe zur Verfügung gestellt wird. Die
zweite Mischkammer 71 dient der Erzeugung eines Luftstroms
am Mischluftauslass 31 für die Funktion „Belüftung",
bei der dem Fahrzeuginnenraum im Wesentlichen angesaugte Außenluft
zur Verfügung gestellt wird. Die dritte Mischkammer 72 dient
der Erzeugung eines Luftstroms am Mischluftauslass 32 für
die Funktion „Fußraum", bei der dem Fahrzeuginnenraum
im Wesentlichen Luft für den Bereich des Fußraums
zur Verfügung gestellt wird. Jede Mischkammer 70, 71, 72 weist
eine Mischklappe 6, 7, 8 mit einer Drehachse 20, 21, 22 auf,
wobei die Drehachsen von einander unabhängig sind. Jede Mischkammer 70, 71, 72 weist
jeweils einen Warmlufteinlass 40, 41, 42,
sowie jeweils einen Kaltlufteinlass 46, 47, 48 und
jeweils einen Mischluftauslass 30, 31, 32 auf.
Da die Mischkammern 70, 71, 72 in vertikaler
Richtung über einander angeordnet sind, sind auch die zugehörigen
Warmlufteinlässe 40, 41, 42, Kaltlufteinlässe 46, 47, 48 und
Mischluftauslässe 30, 31, 32 entsprechend übereinander
angeordnet. Die Drehachsen 20, 21, 22 sind
demzufolge fluchtend angeordnet. Die Querschnitte im Austrittsbereich
der Mischluftauslässe 30, 31, 32 sind
im Wesent lichen rechteckig. Die Mischklappen 6, 7, 8 können
dabei jeweils von einem Aktuator 50, 51, 52 (nicht
dargestellt) separat betätigt werden.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Klimaanlage gemäß 1. Auf der
den Mischluftauslässen 30, 31, 32 gegenüber liegenden
Seite der Mischeinrichtung erstreckt sich in vertikaler Richtung
eine Rückwand 18. Die Mischeinrichtung besteht
aus Kunststoff. Die Mischkammern 70, 71 sind über
eine Trennwand 10 klimatisch voneinander getrennt. Die
Mischkammern 71, 72 wiederum sind über
eine Trennwand 11 klimatisch voneinander getrennt.
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3 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 1 entlang
des Schnitts A-A, wobei die Mischkammer 70 für
die Funktion „Defrost" realisiert wird. Die Mischklappe 6 befindet
sich für den Kaltlufteinlass 46 in der geschlossenen
Stellung. Einzig ein Luftstrom aus dem Warmlufteinlass 40 (unterbrochen
dargestellt) wird in dieser Stellung der Mischklappe 6 in
den Mischluftauslass 30 geführt.
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4 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 1 entlang
des Schnitts B-B, wobei die Mischkammer 71 für
die Funktion „Belüftung" realisiert wird. Die
Mischklappe 7 befindet sich für den Kaltlufteinlass 47 und
für den Mischluftauslass 31 in der geschlossenen
Stellung. Der Warmlufteinlass 41 ist geöffnet.
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5 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 1 entlang
des Schnitts C-C, wobei die Mischkammer 72 für
die Funktion „Fußraum" realisiert wird. Die Mischklappe 8 befindet sich
für den Kaltlufteinlass 48 und für den
Warmluftauslass 42 in einer teilgeöffneten Stellung.
Der gemeinsame Mischluftauslass 72 ist komplett geöffnet.
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Die 6 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Klimaanlage mit versetzt angeordneten Mischkammern 70, 71, 72 in
einer Klimaanlage 5. Der Aufbau der einzelnen Mischkammern 70, 71, 72 ist
im Wesentlichen identisch zu dem Aufbau von 1. Unterschiedlich ist
jeweils die Anordnung der Mischkammern 70, 71, 72 innerhalb
der Klimaanlage 5 und entsprechend unterschiedlich ist
die Anordnung der Mischluftauslässe 30, 31, 32 auf
einer Klimaanlage-Austrittseite 19. Die Funktionen der
einzelnen Mischkammern 70, 71, 72 sind
identisch zu den in 1 beschriebenen.
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Die 7 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 6 entlang
des Schnitts D-D, welche im Mischluftauslass 30 die Funktion „Defrost"
realisiert. Dabei trennt eine Trennwand 81 die Luftströme,
welche vom Verdampfer 3 und Heizkörper 2 kommen
(hier in unterbrochenen Linien dargestellt) bis zu dem Kaltlufteinlass 46 und dem
Warmlufteinlass 40 der Mischkammer 6. Die Mischklappe 6 befindet
sich für den Warmlufteinlass 40 und den Kaltlufteinlass 46 jeweils
in einer teilgeöffneten Stellung, während der
gemeinsame Mischluftauslass 30 ganz geöffnet ist.
Die Mischkammer 70 ist auf der rechten Seite der Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet.
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Die 8 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 6 entlang
des Schnitts E-E, welche im Mischluftauslass 31 die Funktion „Belüftung"
realisiert. Die Mischklappe 7 befindet sich für
den Warmlufteinlass 41 in einer geöffneten Stellung
und für den Kaltlufteinlass 47 in einer geschlossen
Stellung, während der gemeinsame Mischluftauslass 31 ganz
geschlossen ist. Die Mischkammer 71 ist in der Mitte der
Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet.
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Die 9 zeigt
einen horizontalen Schnitt durch eine Klimaanlage 5 nach 6 entlang
des Schnitts F-F, welche im Mischluftauslass 32 die Funktion „Fußraum” realisiert.
Dabei trennt eine Trennwand 81 die Luftströme,
welche vom Verdampfer 3 und Heizkörper 2 kommen
(hier in unterbrochenen Linien dargestellt) bis zu dem Warmlufteinlass 42 und dem
Kaltlufteinlass 48 der Mischkammer 72. Die Mischklappe 8 befindet
sich für den Warmlufteinlass 42 in einer geöffneten
Stellung und für den Kaltlufteinlass 48 in einer
geschlossenen Stellung, ebenso ist der gemeinsame Mischluftauslass 32 ganz
geöffnet. Die Mischkammer 72 ist auf der rechten
Seite der Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet.
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10 zeigt
eine Draufsicht einer weiteren Ausführung der vorliegenden
Erfindung, genauer gesagt für eine 2-Zonen Klimaanlage.
Mit dieser Anordnung kann z. B. der Fußbereich jeweils
für eine linke und rechte Seite getrennt klimatisiert werden.
Dabei weist die Ausführung zwei Mischmodule 90, 91 auf, welche
jeweils auf der linken und rechten Seite der Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet
sind. Der Heizkörper 2 und der Verdampfer 3 sind
hintereinander liegend in Hauptströmungsrichtung 4 angeordnet.
Jedes Mischmodul 90, 91 weist jeweils einen separaten
Warmlufteinlass 93, 94 auf. Dieser ist jeweils von
einer Trennwand 81, 82 von dem jeweiligen Luftstrom
zum Kaltlufteinlass 95, 96 klimatisch getrennt. Jede
Mischkammer 90, 91 weist einen eigenen Mischluftauslass 100, 101 auf.
Jede Mischklappe 85, 86 ist um eine Drehachse 87, 88 drehbar
gelagert.
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11 zeigt
eine Draufsicht einer weiteren Ausführung gemäß 1 mit
jeweils einer alternativen Anordnung von Heizkörper 2 und
Verdampfer 3. Auf der linken Seite ist die Funktion „Reheat"
mit dem erfindungsgemäßen Mischmodul realisiert.
Die Temperatur für den Luftstrom aus dem Mischluftauslass 133 wird
im Wesentlichen primär über die Stellung einer
Zusatzklappe 83 gesteuert, welche zwischen Verdampfer 3 und
Heizkörper 2 angeordnet ist. Verdampfer 3 und
Heizkörper sind gegenüber der Ebene, welche von
der Klimaanlage-Austrittseite 19 gebildet wird, geneigt
angeordnet.
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Die
Mischklappe 132 befindet sich für den Kaltlufteinlass 130 und
für den Mischluftauslass 133 in einer geschlossen
Stellung, während der Warmlufteinlass 130 geöffnet
ist. Die Mischkammer 135 ist in der Mitte der Klimaanlage-Austrittseite 19 angeordnet.
Die rechte Seite von 11 zeigt eine derartige Anordnung
von Heizkörper 2 und Verdampfer 3, so
dass diese in ihrer Längsrichtung nebeneinander und im
Wesentlich parallel zur Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet
sind. Die Stellung der Mischklappe 132 ist gemäß der
vorher beschriebenen Stellung. Die Mischkammer 135 ist
ebenfalls in der Mitte der Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet.
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12 zeigt
eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der ein Strömungskanal eines Mischluftauslass
in Strömungsrichtung mittels einer Wand 55 in
zwei Mischluftkanäle 110, 111 geteilt
wird. Die Anordnung von Verdampfer 3 und Heizkörper 2 ist
wieder gemäß 1. Die Mischkammer 70 und
die Mischluftauslässe 110, 111 sind in
der Mitte der Klimaanlage-Austrittsseite 19 angeordnet.
Die Stellung der Mischklappe 6 ist wieder gemäß derjenigen
von 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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