DE102008040338B3

DE102008040338B3 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE102008040338B3
Application number: DE102008040338A
Authority: DE
Inventors: Gerald Richter; Jürgen Hoppen; Mario Dr. Opiela
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: US20100006258A1; US8757245B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft, aufweisend drei Luftpfade (5, 10, 11), von denen zwei äußere Luftpfade (10, 11) eine gemeinsame erste Temperatur und ein innerer Luftpfad (5) eine zweite Temperatur aufweisen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass als Mittel zur Steuerung des Luftvolumenstroms durch die äußeren Luftpfade (10, 11) und den inneren Luftpfad (5) zwei Steuerelemente (3) vorgesehen sind, die in gegenläufiger Richtung gemeinsam bewegbar ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen. Derartige Klimaanlagen werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Fahrzeugkabinen zu klimatisieren und den Fahrzeuginsassen eine behagliche Atmosphäre im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Moderne Fahrzeugklimaanlagen müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Einige dieser Anforderungen sind gegensätzlich, wie zum Beispiel geringe Abmessungen der Komponenten bei hohem Luftdurchsatz sowie gute Temperaturverteilung und -regelung bei geringen Kosten.
Eine Lösung für die Anforderung eines hohen Luftdurchsatzes und einer sehr guten Temperaturverteilung sind aus der DE 10 2007 014 835 A1 bekannt. Dort ist ein System mit einem Heizungswärmetauscher mit Kaltluftdurchtritt beschrieben. Dieses System ermöglicht es, eine direkte und ablösungsfreie Strömung bei guter Temperaturverteilung in die verschiedenen Luftauslässe zu erreichen. Die Temperatursteuerung wird mittels eines Schieberelements oder einer Kombination aus Schieberelement und mittig angeordneter Drehklappe erreicht.
Nachteilig an der Verwendung eines einzelnen Schieberelements ist der Bauraumbedarf. Die Schiebeklappe benötigt eine Tasche im Gehäuse, damit die Asymmetrie des Heizungswärmetauschers bei einer symmetrischen Klappe kompensiert wird.
Durch die Geometrie des Systems und insbesondere des Schiebers wird der Luftstrom nachteilig beeinflusst. In einer Zwischenstellung des Schiebers wird nur ein kleiner Teil des Querschnitts geöffnet bzw. versperrt. Dadurch verschiebt sich der Luftstrom innerhalb der einzelnen Querschnitte kontinuierlich. Eine optimierte Durchmischung bzw. eine gezielte Luftführung wird dadurch weitestgehend verhindert.
Die Kombination aus Schieberelement und mittig angeordneter Drehklappe hat zum einen einen erhöhten Bauraumbedarf im unteren Teil des Systems, und zum anderen ist der Abstand zwischen Heizungswärmetauscher und Schieberelement in den Zwischenstellungen gering. Dies wirkt sich nachteilig auf die Luftführung durch den Heizungswärmetauscher und dadurch auf die Durchmischung aus. Durch die beiden konstruktiv verschiedenen Elemente werden bei dieser technischen Lösung aufwendige Kopplungssysteme notwendig, wodurch sich Kostennachteile ergeben.
Eine weitere technische Lösung für eine optimale Temperatursteuerung besteht in der Verwendung von drei Drehklappen, von denen je eine vor den Heizungswärmetauscherelementen sowie eine vor dem Kaltluftdurchtritt angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine sehr gute Temperatursteuerung bei allerdings erheblichem Bauraumbedarf und konstruktivem Aufwand durch die Klappenkopplungen. Nachteilig ist des Weiteren, dass in den einzelnen Endstellungen, wie „voll kalt”, bei welcher die Luft nur durch den Kaltluftdurchtritt strömt, bzw. „voll warm”, bei welcher die Luft nur durch die beiden Heizungswärmetauscherelemente strömt, die den Luftstrom leitenden Klappen im Luftstrom positioniert sind. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Strömungswiderstand, auch Systemgegendruck genannt, der die Akustik des Systems nachteilig beeinflussen kann.
Aus der DE 698 20 990 T2 ist eine Klappenbetätigungsvorrichtung für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, die den Luftstrom in zwei Teilströme teilt und über ein Zahnrad und eine korrespondierend zum Zahnrad ausgebildete Verzahnung auf der Klappe angetrieben wird.
Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist, dass die Aufteilung des Luftstroms nur in zwei Teilströme erfolgen kann und dass der Systemgegendruck relativ hoch ist. Hinzu tritt, dass die Anforderungen an eine temperaturgeschichtete Strömung moderner Klimaanlagen nicht erfüllt werden.
Auch aus der US 2005/0227606 A1 geht ein System hervor, das zwei durch einen Motor angetriebene, auf einer Ebene angeordnete und in gleicher Richtung verfahrbare Schiebeelemente aufweist, die dem Öffnen und Schließen zweier Öffnungen dienen und damit ebenfalls lediglich für zwei unterschiedliche Strömungspfade ausgelegt sind.
Weiterhin wird in der FR 2 878 469 A1 ein System zur Aufteilung eines Luftkanals in zwei Strömungspfade unterschiedlicher Größe und Richtung beschrieben. Dabei wird der Luftstrom mit einheitlicher Temperatur mittels Klappen getrennt oder einer der zwei Strömungspfade verschlossen. Die Bewegung der Klappen beruht auf einem teleskopartigen Auseinanderschwenken um einen gemeinsamen Drehpunkt.
Die EP 1 336 517 A1 offenbart eine Klimaanlage, bei der der konditionierte Luftstrom nach Durchströmen des Verdampfers in drei Strömungspfade aufgeteilt werden kann. Die Strömungspfade werden mittels Klappen verschlossen. Die gleichzeitig ausgeführten Bewegungen der Klappen werden über ein Zahnrad, Zahnstangen und Gelenke realisiert.
Die Nachteile ergeben sich dabei aus den erforderlichen Abmessungen in Verbindung mit dem Bauraumbedarf und der Regelung der Klimaanlage. Weitere Komponenten, wie Führungsschienen und Bedienungshebel, verursachen zusätzliche Kosten bei Herstellung, Montage und Wartung.
Auch in der US 5 154 223 A wird eine Klimaanlage beschrieben, die einen Verdampfer und einen beidseitig in Bypassströmung umströmbaren beziehungsweise durchströmbaren Heizungswärmeübertrager aufweist, wobei die drei Strömungspfade sowie die Auslassöffnungen des Luftkanals mittels eines einzelnen Folienelementes verschlossen oder freigegeben werden. Das Folienelement wird mittels eines Antriebsmechanismus bewegt, sodass Aussparungen in der Folie verschoben werden und damit die offenen Querschnitte der Strömungspfade verändert werden.
Dabei ergeben sich Nachteile bezüglich der Luftkonditionierung und der Luftführung in Verbindung mit hohen Strömungswiderständen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Temperatursteuersystem zur Verfügung zu stellen, welches eine gute Luftführung bei geringem Systemgegendruck sowie bei geringem Bauraumbedarf und geringe Kosten aufweist.
Die Erfindung wird durch eine Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft gelöst, welche drei Luftpfade aufweist, von denen zwei äußere Luftpfade eine gemeinsame erste Temperatur und ein innerer Luftpfad eine zweite Temperatur aufweisen. Als Mittel zur Steuerung des Luftvolumenstroms durch die äußeren und den inneren Luftpfad sind zwei Steuerelemente vorgesehen, die in gegenläufiger Richtung bewegbar ausgebildet sind.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung werden die drei Luftpfade durch einen Heizungswärmeübertrager gebildet, der aus zwei Heizungswärmeübertragerelementen besteht, zwischen denen ein Kaltluftdurchtritt als innerer Luftpfad angeordnet ist. Durch die beiden Heizungswärmeübertragerelemente verlaufen die äußeren Luftpfade, die nach dieser Ausgestaltung der Erfindung warme Luft führen.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden die drei Luftpfade gebildet, indem der innere Luftpfad durch einen Heizungswärmeübertrager geleitet wird, der beidseitig von Kaltluftpfaden umgeben ist, welche den oberen und unteren Luftpfad bilden.
Eine Ausführungsform der ersten Ausgestaltung der Erfindung weist als Steuerelemente zwei Klappen auf, die vorzugsweise als Schwenkklappen ausgeführt sind. Diese sind so angeordnet, dass sie in der einen Endstellung je einen Teil des Wärmetauschers abdecken und den Kaltluftdurchlass bzw. den Kaltluftdurchtritt freigeben. In einer anderen Endstellung sind beide Klappen vor dem Kaltluftdurchlass positioniert und dichten diesen ab und geben die beiden Heizungswärmetauscherelemente frei.
Die Klappen verfahren von der einen Endstellung in die andere in entgegengesetzter Richtung. Dabei sind sie kinematisch gekoppelt. In der Endstellung „voll warm”, d. h. bei abgedecktem Kaltluftdurchlass, dichten die Klappenelemente gegeneinander ab. Zur Verbesserung der Regeleigenschaften können die Klappenelemente hintereinander gefahren werden oder aufeinander abdichten. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Schwenkklappen unterschiedliche Abmessungen bzw. Radien auf, die auf die Wärmetauscherpfade bzw. die Regelanforderungen abgestimmt sind.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Steuerelemente als Schieberelemente ausgeführt sind, die in verschiedenen Ebenen zueinander bewegbar und in Luftströmungsrichtung hintereinander verfahrbar ausgebildet sind.
Die Schieberelemente weisen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Zahnstange auf und sind durch ein damit korrespondierendes Antriebszahnrad antreibbar ausgebildet.
Als Schieberelemente werden Steuerelemente verstanden, die über ein Antriebszahnrad und eine mit den Schieberelementen verbundene Zahnstange bewegt werden. Die Bewegung der Schieberelemente folgt damit der Form der Zahnstange.
Als Schwenkklappen werden Steuerelemente verstanden, die um einen Drehpunkt, der außerhalb der Klappenebene liegt, bewegt werden. Die Bewegung der Schwenkklappen folgt einem Kreisbogen im jeweiligen Abstand zum Drehpunkt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein zentrales Antriebszahnrad vorgesehen ist.
Das Antriebszahnrad ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als co-axiales Doppelzahnrad mit verschiedenen Zahnzahlen ausgebildet, und jeder Zahnstange der Schieberelemente ist ein Antriebszahnrad des Doppelzahnrads zugeordnet.
Die Bewegungseigenschaften der Schieberelemente sind besonders gleichmäßig, wenn jedes Schieberelement bevorzugt jeweils an der Seite zwei zueinander beabstandete Zahnstangen aufweist und die korrespondierenden Antriebszahnräder auf einer Welle zueinander beabstandet angeordnet sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, wenn im Abstand der Ebenen der Schieberelemente eine Luftpassage zwischen den Schieberelementen ausgebildet ist. Diese Luftpassage wird allerdings nur wirksam, wenn sich die Schieberelemente nicht in den Endstellungen befinden. Der Luftvolumenstrom der Luftpassage zwischen den Schieberelementen, die sich nicht in der mittleren Endstellung befinden, strömt anschließend durch den inneren Luftpfad.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eines der beiden Schieberelemente Dichtungselemente aufweist, die in einer Endstellung des Schieberelements den inneren oder mittleren Luftpfad dichtend verschließen.
Eine vorteilhafte Alternative dazu besteht in der Ausbildung der Erfindung, wenn beide Schieberelemente Dichtungselemente aufweisen, die in einer Endstellung der Schieberelemente die Luftpassage zwischen den Schieberelementen und den inneren oder mittleren Luftpfad gemeinsam dichtend verschließen.
Die Schieberelemente selbst sind bevorzugt als Platten mit gekrümmten Flächen ausgebildet.
Unabhängig von der Krümmung der Schieberelemente sind diese vorteilhaft mit gekrümmten Zahnstangen ausgestattet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Schieberelemente und die Zahnstangen mit entgegengesetzter Orientierung gekrümmt ausgebildet sind.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Schieberelemente und die Zahnstangen derart ausgebildet sind, dass mittels der Bewegung der Schieberelemente eine lineare Temperaturregelung einstellbar ist.
Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass die Aufgabe durch zwei gegenläufige Plattenelemente gelöst wird, die in einer Endstellung die Heizungswärmetauscherelemente abdecken und in einer anderen Endstellung den Kaltluftdurchtritt verschließen. Dadurch wird in den Endstellungen jeweils ein Luftpfad komplett geöffnet.
Die Elemente zur Steuerung des Luftstroms sind bevorzugt als Schieberelemente ausgeführt. Diese laufen in unterschiedlichen Bahnen und unterschiedlichen Ebenen. Die Elemente werden konzeptionsgemäß durch eine Antriebswelle mit Zahnrädern über Zahnstangen angetrieben. Die Zahnstangen sind mit den Schieberelementen verbunden. Durch die Anordnung der Elemente beidseits des Zahnrads ergeben sich gegenläufige Verfahrrichtungen für die Schieberelemente.
Die Schieberelemente werden in seitlichen Führungen im Gehäuse geführt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Führungen als Kreisabschnitte mit unterschiedlichem Radius ausgebildet, die co-axial angeordnet sind. Dadurch ergeben sich identische virtuelle Drehpunkte für die beiden Schieberelemente.
In einer Endstellung werden die Heizungswärmetauscherelemente durch die beiden Schieberelemente abgedichtet. Dazu befinden sich an den Schieberelementen flexible Dichtungskomponenten, die gegenüber an am Gehäuse angebrachten Dichtflanschen dichten.
Nach einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Erfindung werden die Schieberelemente in der Endstellung „voll warm” auf ihren unterschiedlichen Bahnen hintereinander gefahren, um zu erreichen, dass bei zwei Schieberelementen und nur einem Kaltluftdurchtritt dieser vollständig abgesperrt wird. Dabei dichtet nur ein Schieberelement den Kaltluftdurchtritt ab, und das andere Element steht in dieser Einstellung vor dem dichtenden Element ohne eine weitere Dichtfunktion.
In den Zwischenstellungen der Schieberelemente ergeben sich Luftströme durch die Heizungswärmetauscherelemente oberhalb bzw. unterhalb der Schieberelemente. Die Kaltluft wird im Wesentlichen zwischen den beiden Elementen durchgeführt. Verfahren die Elemente, wie in der bevorzugten Ausführung dargestellt, hintereinander, muss die Luft durch den entstehenden Spalt strömen. Die Kontur auf der Rückseite der Elemente wird genutzt, um einen definierten Spalt zwischen den beiden Schieberelementen einzustellen, was der Regelbarkeit der Klimaanlage dient. Der Spalt zwischen den beiden Schieberelementen wird auch als Kaltluftpassage bezeichnet.
Die Kontur der Schieberelemente wird dermaßen gestaltet, dass sich in der Stellung „voll kalt”, in der die Schieberelemente vor den beiden Heizungswärmetauscherelementen positioniert sind, eine düsenförmige Einschnürung bzw. Struktur in den Kaltluftdurchtritt ergibt. Dadurch wird der Systemgegendruck erheblich verringert, und der Kaltluftstrom wird mit geringem Widerstand zum Kaltluftdurchtritt hin und durch diesen hindurch geführt.
Die Schieberelemente verfahren auf gekrümmten Bahnen, die es erlauben, dass sich der Luftstrom auf der Rückseite des Elements auffächert und dadurch ein größerer Bereich des entsprechenden Heizungswärmetauscherelements genutzt wird. Konzeptionsgemäß wird dadurch der Strömungswiderstand des Gesamtsystems gegenüber der Eingrenzung auf reduzierte Durchströmungsbereiche des Wärmeübertragers verringert.
Um den Einbau der zwei Schieberelemente in das System zu vereinfachen, sind diese in einem Rahmen zusammen mit der Antriebswelle vormontiert.
In einer alternativen Ausführung werden die Kurvenbahnen versetzt angeordnet. Diese werden nicht mehr co-axial angeordnet und weisen zusätzlich verschieden Radien auf. Die virtuellen Drehpunkte der Schieberelemente liegen vielmehr an deutlich unterschiedlichen Punkten. Dadurch ergibt sich ein größerer Freiheitsgrad in der Ausgestaltung des Systems in Bezug auf den Systemgegendruck und die Regelbarkeit. Auch können unterschiedliche Verfahrwege erreicht werden, so dass ein gegebener Bauraum gezielt genutzt werden kann. Ziel ist es, eine identische Luftmassenstromverteilung zwischen den einzelnen Heizungswärmetauscherelementen im ganzen Verfahrweg zu gewährleisten.
Um unterschiedliche Verfahrwege zu erreichen, werden gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl auf der Antriebswelle co-axial nebeneinander montiert. Der oder den Zahnstangen jeweils eines Schieberelements ist dabei jeweils korrespondierend ein Zahnrad oder ein Zahnradpaar zugeordnet, so dass die Schieberelemente mit verschiedenen Zahnrädern und damit unterschiedlichen Verfahrwegen angetrieben werden. Damit treibt ein erstes Zahnrad ein erstes Schieberelement und ein zweites Zahnrad ein zweites Schieberelement an.
Die Dimensionen der Schieberelemente sowie die Anordnung der Führungen sind so ausgeführt, dass das Zentrum des Kaltluftstroms, das sich in den einzelnen Zwischenstellungen im Kaltluftdurchtritt ergibt, auf einer konstanten Position liegt, um eine konstante Temperaturmischung im System zu erreichen. Diese alternative Ausgestaltung der Erfindung bedingt ein Zusammenfahren der beiden Schieberelemente. Dadurch ergibt sich eine Abdichtung der Schieberelemente untereinander. Die Elemente sind daher mit flexiblen Dichtungselementen versehen, die in der einen Endstellung die beiden Heizungswärmetauscherelemente gegen das Gehäuse abdichten. In der zweiten Endstellung dichtet je ein flexibles Dichtungselement eines Schieberelements gegen das Gehäuse sowie ein zweites flexibles Dichtungselement der einen Klappe auf der zweiten Klappe.
In der zweiten Endstellung „voll warm” verfahren die Schieberelemente nur teilweise, d. h. nicht vollständig, hintereinander. Der Spalt zwischen den Klappen wird durch eine geeignete Konturierung der Schieberelemente zur Einstellung der Temperaturregelung verwendet.
Die erfindungsgemäße Lösung weist diverse Vorteile auf.
Die Anordnung der Schieberelemente ermöglicht verlustarme und ablösefreie Strömungspfade bei geringem Systemgegendruck. In beiden Endstellungen des Systems befinden sich keine Einbauten in den Strömungspfaden, wodurch die Effizienz des Systems weiter erhöht wird.
Die Temperaturmischung und -regelung kann gezielt durch die Kontur der Elemente eingestellt werden. Durch die Anordnung und die Kontur der Schieberelementführungen wird der Kaltluftpfad konstant angeströmt. Dadurch wird eine konstante Mischung im System erreicht.
Durch unterschiedliche Bahnen und Abmessungen der Schieberelemente kann eine konstante Luftmassenstromaufteilung auf die beiden Heizungswärmetauscherelemente gewährleistet werden.
Durch die kompakte Bauweise des Temperatursteuersystems wird ein geringer Bauraumbedarf für die Klimaanlage erzielt. Die geringe Anzahl der Komponenten sowie die Geometrie des Systems ermöglichen niedrige Kosten durch einfache Ansteuerung.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: Fahrzeugklimaanlage mit innerem Warmluftpfad und äußeren Kaltluftpfaden im Mittelschnitt,
2: Stand der Technik: Steuerung mit Schieberelement und Drehklappe,
3: Stand der Technik: Steuerung mit drei Drehklappen,
4: Schema einer Fahrzeugklimaanlage im Querschnitt,
5: perspektivischer Ausschnitt einer Steuerung mit Zahnrad und Zahnstange in der Endstellung „voll kalt”,
6: perspektivischer Ausschnitt des Temperatursteuersystems in der Endstellung „voll warm”,
7: Detail Kaltluftdurchtritt des Temperatursteuersystems in der Endstellung „voll warm”,
8: Schema einer Fahrzeugklimaanlage mit stark gekrümmten Zahnstangen,
9: Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführung des Steuerelements,
10: Ansicht des Temperatursteuersystems in der Endstellung „voll warm”,
11: Ansicht des Temperatursteuersystems in der Endstellung „voll kalt”,
12: Dichtungskonzept in der Stellung „voll warm”,
13: Schema einer Fahrzeugklimaanlage im Querschnitt in der Endstellung „voll kalt” und
14: Schema einer Fahrzeugklimaanlage im Querschnitt in der Endstellung „voll warm”.
In 1 ist eine Fahrzeugklimaanlage im Mittelschnitt dargestellt. Diese Anlage besteht im Wesentlichen in Luftströmungsrichtung 14 aus einem Verdampfer 1 sowie einem Heizungswärmetauscher 2 in einem Gehäuse 4. Der zentrale Heizungswärmeübertrager 2 wird oben und unten durch Luftpfade 10, 11 als Kaltluftdurchtritte begrenzt, wohingegen der innere Luftpfad 5 mit warmer Luft durch den Heizungswärmeübertrager 2 hindurch geleitet wird. Die Temperatursteuerung erfolgt durch Schieberelemente 3.1, 3.2, die mittels Antriebszahnrad 6 gleichzeitig und gegensinnig bewegt werden. In der gezeigten Endstellung stehen die Schieberelemente 3.1, 3.2 vor den Luftpfaden bzw. Kaltluftdurchtritten 10, 11, in der zweiten nicht dargestellten Endstellung vor dem Heizungswärmeübertrager 2.
Die 2 und 3 zeigen Temperatursteuersysteme nach dem Stand der Technik für Klimaanlagen mit Heizungswärmetauscher 2 mit einem Kaltluftdurchtritt als innerem Luftpfad 5 und mit jeweils einem oberen Heizungswärmeübertragerelement 2.1 und einem unteren Heizungswärmeübertragerelement 2.2 mit den äußeren Luftpfaden 10, 11. Es werden jeweils mehrere Steuerelemente 3 in Form von Klappenelementen 8 und Schieberelementen im Gehäuse 4 angeordnet, um eine Steuerung des Luftvolumenstroms zu realisieren. Dies führt zum einen zu einem erhöhten Bauraumbedarf sowie zu komplexen Kopplungen zwischen den verschiedenen Komponenten, was einen Kostennachteil darstellt.
In 4 ist eine Variante einer Fahrzeugklimaanlage schematisch im Querschnitt dargestellt. Zwischen dem Verdampfer 1 und dem Heizungswärmeübertrager 2 sind zwei Schieberelemente 3.1, 3.2 positioniert. Diese Elemente 3.1 und 3.2 sind in der Schnittdarstellung beidseitig einer Antriebswelle mit dem Antriebszahnrad 6 angeordnet und verfahren in seitlichen Führungen 7, die im Gehäuse 4 angeordnet sind. Die Führungen sind nach der dargestellten Ausführungsform der Erfindung als Führungsschienen 7 kreisbogenförmig mit gemeinsamem Mittelpunkt und unterschiedlich großen Radien ausgebildet.
Im unteren Bereich des Klimasystems ist eine zusätzliche Temperaturklappe für eine dritte Temperaturzone untergebracht.
Die Luft strömt in Strömungsrichtung 14 durch den Verdampfer 1 und trifft auf die in „voll kalt”-Stellung befindlichen Schieberelemente 3.1 und 3.2, wodurch die Luft in den inneren Luftpfad als Kaltluftdurchtritt 5 geleitet wird. Hinter dem Heizungswärmeübertrager 2, mit seinen Bereichen oberes Heizungswärmeübertragerelement 2.1, dem Kaltluftdurchtritt 5 und dem unteren Heizungswärmeübertragerelement 2.2, wird die Luft an die diversen Abnehmer verteilt.
In 5 ist perspektivisch das Temperatursteuersystem mit Antriebszahnrad 6 und Zahnstange 13 im Detail in der so genannten „voll kalt”-Stellung dargestellt. Ein erstes oberes Schieberelement 3.1 ist zum Verdampfer hin angeordnet, und ein zweites unteres Schieberelement 3.2 ist zum Heizungswärmetauscher bzw. Heizungswärmeübertrager 2 hin angeordnet. Zwischen den Elementen 3.1, 3.2 ist eine Antriebswelle mit Antriebszahnrädern 6 beidseits an den Seiten des Gehäuses 4 angeordnet. Die Schieberelemente 3.1, 3.2 sind zwischen je zwei Zahnstangen 13 platziert. Die Zahnstangen 13 sind jeweils mit den Schieberelementen 3.1, 3.2 verbunden und stehen im Eingriff mit dem Antriebszahnrad 6. Die Schieberelemente 3.1, 3.2 und die Zahnstangen 13 sind nicht auf demselben Radius platziert, so dass ein geringerer Abstand zwischen den Schieberelementen 3.1, 3.2 als zwischen den Führungen 7 bzw. zwischen den Zahnstangen 13 der beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schieberelemente 3.1, 3.2 eine gegensinnige Krümmung zu der Krümmung der Zahnstangen 13 aufweisen. Dadurch wird in der gezeigten Einstellung eine strömungswiderstandsarme düsenförmige Leitung des Kaltluftstroms mit der Luftströmungsrichtung 14 durch den Kaltluftdurchtritt 5 ermöglicht.
Durch die beidseitige Anordnung der Schieberelemente 3.1, 3.2 zum Antriebszahnrad 6 ergibt sich bei der Drehung des Antriebzahnrads 6 konzeptionsgemäß eine gegenläufige Bewegung der Zahnstangen 13 und der mit diesen verbundenen Schieberelemente 3.1, 3.2, so dass sich eine sehr kompakte und einfache Betätigung ergibt. Die Anzahl der benötigten Komponenten ist vorteilhaft auf ein Minimum reduziert.
Die Abmessungen des unteren Schieberelements 3.2 entsprechen denen des Kaltluftdurchtritts 5, wodurch dieses Element in einer ersten Endstellung den Kaltluftdurchtritt 5 verschließt und abdichtet. Gleichzeitig entsprechen die Abmessungen des unteren Schieberelements 3.2 denen des unteren Warmluftpfads 11 und damit denen des unteren Heizungswärmeübertragerelements 2.2. Die Abmessungen des oberen Schieberelements 3.1 entsprechen denen des zu verdichtenden oberen Warmluftpfads 10 und des oberen Heizungswärmeübertragerelements 2.1. Somit sind in den Endstellungen der Schieberelemente 3.1, 3.2 entweder der Kaltluftdurchtritt 5 oder die Warmluftpfade 10, 11 vollständig verschlossen.
Beide Schieberelemente 3.1, 3.2 sind vorteilhaft mit flexiblen Dichtelementen 9 ausgestattet. Diese dichten beide Schieberelemente 3.1, 3.2 in der zweiten Endstellung, der „voll warm”-Stellung, an gehäuseseitig angebrachten, nicht dargestellten Dichtflanschen ab.
Die zweite Endstellung, die „voll warm”-Stellung mit geschlossenem Kaltluftdurchtritt, ist in 6 dargestellt. Die Schieberelemente 3.1, 3.2 sind hintereinander positioniert. Die Warmluftpfade 10, 11 sind vollständig geöffnet, und die beiden Heizungswärmeübertragerelemente 2.1, 2.2 werden vollständig angeströmt. Durch das stufenlose Übereinanderfahren der beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 werden unterschiedliche Querschnitte zwischen Warm- und Kaltluftpfad geöffnet bzw. verschlossen.
Die zweite Endstellung, die „voll warm”-Stellung mit verschlossenem Kaltluftdurchtritt 5, ist nochmals in 7 stark schematisiert dargestellt. Nur das untere Schieberelement 3.2 dichtet den Kaltluftdurchtritt 5 ab. Das obere Schieberelement 3.1 in dieser Stellung ist ohne Funktion vor dem dichtenden Element 3.2 angeordnet und beeinflusst die Luftströmung nicht.
Zwischen den Schieberelementen 3.1, 3.2 ist die Kaltluftpassage 12 als Spalt dargestellt, die in der gezeigten Schieberstellung ohne Funktion ist. Erst wenn die dargestellte Endstellung von den Schieberelementen 3.1, 3.2 verlassen und der Kaltluftdurchtritt 5 teilweise vom unteren Schieberelement 3.2 freigegeben wird, strömt Kaltluft 14 durch die Kaltluftpassage 12 zum Kaltluftdurchtritt 5. Durch die Schieberkontur kann die Geometrie des Spalts 12 und damit der durchströmende Luftmassenstrom präzise definiert und gesteuert werden.
Eine alternative Ausführungsform ist in 8 dargestellt. In dieser Ausführung sind die Führungen 7 und die Zahnstangen 13 als Kreisbögen ausgebildet, die unterschiedliche Mittelpunkte und Radien aufweisen. Dadurch ergeben sich deutlich unterschiedliche Verfahrwege der beiden Schieberelemente 3.1, 3.2. Es ergeben sich auch weitere Freiheitsgrade in der Anordnung der Komponenten sowie in der Gestaltung der Luftpfade 5, 10, 11.
In 9 ist eine weitere Ausgestaltung des Antriebs des Temperatursteuersystems dargestellt. Die Antriebswelle 15 weist je Seite zwei Antriebszahnräder 6 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Dadurch werden unterschiedliche Verfahrwege der beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 ermöglicht. Weiterhin ist in 9 dargestellt, dass die Schieberelemente 3.1, 3.2 nicht unmittelbar an den Zahnstangen 14 angeordnet, sondern durch Abstandshalter zu diesen beabstandet sind. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass die Ausbildung von verschiedenen Antriebszahnrädern 6 zum Antrieb der unterschiedlichen Schieberelemente 3.1, 3.2 größere Möglichkeiten der Anpassung der Bewegungen der einzelnen Elemente zur Erreichung einer Linearität des Steuerverhaltens der Klimaanlage eröffnet. Weitere Bewegungsoptimierungen ergeben sich durch die Beabstandung der Zahnstange 13 zu den Schieberelementen 3.1, 3.2 und durch die Konturen der Zahnstange 13 sowie der Schieberelemente 3.1, 3.2 selbst.
Die 10 und 11 zeigen eine alternative Ausgestaltung eines Temperatursteuersystems in den beiden Endstellungen des Systems. In 10 ist die „voll warm”-Stellung und in 11 ist die „voll kalt”-Stellung dargestellt. In den beiden Endstellungen sind die jeweiligen Luftpfade vollständig geöffnet und die komplementären Luftpfade vollständig geschlossen.
Besonderheiten ergeben sich bei dieser Ausgestaltung in der „voll warm”-Stellung gemäß 10. Dabei sind die beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 derart dimensioniert, dass sie den Kaltluftdurchtritt 5 nur gemeinsam vollständig verschließen.
In dieser Stellung sind die Schieberelemente 3.1, 3.2 zwar im Wesentlichen in zwei Ebenen geführt, aber nicht vollständig hintereinander angeordnet. In einem Überlappungsbereich der Schieberelemente 3.1, 3.2 stehen diese dichtend miteinander in Kontakt und verschließen den Kaltluftdurchtritt 5 damit gemeinsam. Somit können kleinere Schieberelemente 3.1, 3.2 jeweils verwendet werden, da diese nicht allein den gesamten Querschnitt des Kaltluftdurchtritts 5 versperren müssen.
Weiterhin kann die Anströmung des Kaltluftdurchtritts 5 durch die gezeigte Anordnung optimiert werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Kurvenbahnen, der Endstellungen sowie der Elementkontur wird eine konstante Position des Zentrums des Kaltluftstroms in den Kaltluftdurchtritt 5 für eine optimierte Temperaturmischung und -schichtung erreicht.
In 12 ist die Endstellung der Schieberelemente 3.1, 3.2 aus 10 im Detail mit verschlossenem Kaltluftdurchtritt 5 dargestellt. Die beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 dichten nur mit je einer Dichtung 9 gegen das Gehäuse 4 an der oberen und unteren Kante des Kaltluftdurchtritts 5, der von dem oberen Heizungswärmeübertragerelement 2.1 und dem unteren Heizungswärmeübertragerelement 2.2 begrenzt wird. Das untere Schieberelement 3.2 dichtet an seiner unteren Seite am unteren Bereich des Kaltluftdurchtritts 5 und das obere Schieberelement 3.1 dichtet an seiner oberen Seite am oberen Bereich des Kaltluftdurchtritts 5. Um eine ausreichende Dichtigkeit in dieser Stellung zu erreichen, werden die beiden Schieberelemente 3.1, 3.2 zueinander gedichtet. Dabei wird ein flexibles Dichtungselement 9 des zweiten Schieberelements 3.2 an eine angeschrägte Dichtfläche in Form einer Dichtlippe oder Dichtnase, die auf dem ersten oberen Schieberelement 3.1 angeordnet ist, gepresst. Durch diese zusätzliche Dichtung ergibt sich ein vollständig geschlossener Kaltluftdurchtritt 5.
In 13 ist eine Variante einer Fahrzeugklimaanlage schematisch im Querschnitt dargestellt. Zwischen dem Verdampfer 1 und dem Heizungswärmetauscher 2 sind zwei Schwenkklappen 3.1, 3.2 alternativ zu den Schieberelementen positioniert. Diese Elemente 3.1, 3.2 sind in der Schnittdarstellung übereinander angeordnet und sind in im Gehäuse 4 angeordneten Lagern geführt.
Im unteren Bereich des Klimasystems ist eine zusätzliche Temperaturklappe für eine dritte Temperaturzone untergebracht.
Die Luft strömt in Strömungsrichtung 14 durch den Verdampfer 1 und trifft auf die in „voll kalt”-Stellung befindlichen Schwenkklappen 3.1, 3.2, wodurch die Luft im inneren Luftpfad 5 stömt und durch den Kaltluftdurchtritt geleitet wird. Hinter dem Heizungswärmeübertrager 2, mit seinen Bereichen oberes Heizungswärmeübertragerelement 2.1, dem inneren Lufpfad 5 und dem unteren Heizungswärmeübertragerelement 2.2, wird die Luft an die diversen Abnehmer verteilt. Die beiden Schwenkklappen 3.1, 3.2 drehen sich um die Schwenkachsen 16, die derart positioniert sind, dass die Bewegungen der Schwenkklappen 3.1, 3.2 in der zweiten Endstellung gemäß 14 sich dichtend berühren und dabei den inneren Luftpfad 5 verschließen. Die Bewegung der Schwenkklappen 3.1, 3.2 ist über einen nicht dargestellten Antrieb mechanisch gekoppelt, wodurch die gemeinsame und gegensinnige Bewegung erreicht wird.
Die zweite Endstellung, die „voll warm”-Stellung mit verschlossenem Kaltluftdurchtritt und innerem Luftpfad 5, ist somit in 14 dargestellt. Beide Schwenkklappen 3.1, 3.2 dichten gemeinsam und jeweils teilweise den inneren Luftpfad 5 und damit den Kaltluftdurchtritt durch den Heizungswärmeübertrager 2 ab. Die Dichtung erfolgt zwischen den Klappen durch elastische Dichtungselemente 9.

1: Verdampfer
2: Heizungswärmeübertrager
2.1: oberes Heizungswärmeübertragerelement
2.2: unteres Heizungswärmeübertragerelement
3: Steuerelement
3.1: oberes Schieberelement/Schwenkklappe
3.2: unteres Schieberelement/Schwenkklappe
4: Gehäuse
5: innerer Luftpfad/Kaltluftdurchtritt
6: Antriebszahnrad
7: Führung/Führungsschiene
8: Klappenelement
9: Dichtungselemente
10: oberer äußerer Luftpfad
11: unterer äußerer Luftpfad
12: Luftpassage/Spalt
13: Zahnstange
14: Luftströmungsrichtung/Kaltluft
15: Antriebswelle
16: Schwenkachsen

Claims

Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft, aufweisend drei Luftpfade (5, 10, 11), von denen zwei äußere Luftpfade (10, 11) eine gemeinsame erste Temperatur und ein innerer Luftpfad (5) eine zweite Temperatur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Steuerung des Luftvolumenstroms durch die äußeren Luftpfade (10, 11) und den inneren Luftpfad (5) zwei als Schieberelemente (3.1, 3.2) ausgebildete und in verschiedenen Ebenen zueinander angeordnete Steuerelemente (3) vorgesehen sind, die in gegenläufiger Richtung gemeinsam bewegbar und in Luftströmungsrichtung (14) hintereinander verfahrbar ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberelemente (3.1, 3.2) eine Zahnstange (13) aufweisen und durch ein mit dieser korrespondierendes Antriebszahnrad (6) antreibbar ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebszahnrad (6) ein zentrales Antriebszahnrad vorgesehen ist.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebszahnrad (6) als co-axiales Doppelzahnrad mit verschiedenen Zahnzahlen ausgebildet ist und dass je einer Zahnstange (13) oder einem Zahnstangenpaar der Schieberelemente (3.1, 3.2) jeweils ein Antriebszahnrad (6) des Doppelzahnrads zugeordnet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schieberelement (3.1, 3.2) zwei zueinander beabstandete Zahnstangen (13) aufweist und dass die korrespondierenden Antriebszahnräder (6) auf einer Antriebswelle (15) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand der Ebenen der Schieberelemente (3.1, 3.2) eine Kaltluftpassage (12) zwischen den Schieberelementen (3.1, 3.2) ausgebildet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Schieberelemente (3.1, 3.2) derart geformt ist, dass in der Stellung der Schieberelemente (3.1, 3.2) vor den äußeren Luftpfaden (10, 11) eine düsenförmige Einschnürung zum inneren Luftpfad (5) hin ausgebildet ist.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schieberelement (3.1) Dichtungselemente (9) aufweist, die in einer Endstellung des Schieberelements (3.1) den inneren Luftpfad (5) dichtend verschließen.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schieberelemente (3.1, 3.2) Dichtungselemente (9) aufweisen, die in einer Endstellung der Schieberelemente (3.1, 3.2) die Luftpassage (12) zwischen den Schieberelementen (3.1, 3.2) und den inneren Luftpfad (5) dichtend verschließen.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberelemente (3.1, 3.2) als Platten mit gekrümmten Flächen ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberelemente (3.1, 3.2) mit gekrümmten Zahnstangen (13) ausgestattet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberelemente (3.1, 3.2) und die Zahnstangen (13) mit entgegengesetzter Orientierung gekrümmt ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberelemente (3.1, 3.2) eine derartige Kontur aufweisen sowie die Zahnstangen (13) und Schieberelementführungen derart ausgebildet sind, dass mittels der Bewegung der Schieberelemente (3.1, 3.2) zwischen den Schieberelementen (3.1, 3.2) ein Spalt realisierbar ist, wobei mittels des Spaltes der Luftmassenstrom durch den Spalt und damit eine lineare Temperaturregelung einstellbar sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelemente (3) als Schwenkklappen (3.1, 3.2) ausgebildet sind.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (3.1, 3.2) in einer Endstellung gegeneinander dichten.
Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (3.1, 3.2) in einem definierten Übersetzungsverhältnis gegenläufig bewegbar ausgebildet sind.