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Die
Erfindung betrifft eine elektromagnetische Absperrvorrichtung, insbesondere
für eine Fahrzeug-Heizungs-
oder Klimaanlage, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Bei
Fahrzeug-Klimaanlagen sind häufig Klappen
vorgesehen, welche mechanisch über
einen außerhalb
eines Luftkanals angeordneten Elektromotor angetrieben werden. Derartige
Antriebe sind relativ kostenintensiv.
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Derartige
Absperrvorrichtungen lassen jedoch noch Wünsche offen. Insbesondere soll
der Bauraum für
den Klappenantrieb in der Nähe
der Klappe möglichst
klein gehalten werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Absperrvorrichtung zur
Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Absperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine
elektromagnetische Absperrvorrichtung, insbesondere für eine Fahrzeug-Heizungs-
oder Klimaanlage, vorgesehen, die in einem Luftkanal angeordnet
oder anordenbar ist, aufweisend mindestens eine bewegliche Klappe, wobei
mindestens ein Element aus ferromagnetischem Material und mindestens
ein Elektromagnet vorgesehen sind, welche zumindest zum Schließen der
Klappe zusammenwirken. Insbesondere kann hierdurch ein vollständig berührungsloser
Antrieb von außen
vorgesehen sein, so dass der Luftkanal geschlossen ausgebildet sein
kann, d. h. keine Durchbrüche
für den
Antrieb der Klappe vorgesehen sein müssen.
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Das
Element kann getrennt von der Klappe ausgebildet sein und durch
eine angeklebte oder angeclipste Platine gebildet sein. Ebenso kann
das Element direkt an der Klappe angespritzt sein oder direkt in
die Klappe integriert sein, indem in einem (oder mehreren) Bereichen
dem Klappenmaterial ein Pulver aus ferromagnetischem Material beigemischt wird.
Beispielsweise ist PP T20 Fr 20 geeignet.
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Das
Element aus ferromagnetischem Material ist hierbei am beweglichen
Teil der Absperrvorrichtung angeordnet, während der mindestens eine Elektromagnet
bevorzugt auf der Außenseite
des Luftkanals angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der
Montage, da keine mechanisch wirkenden Getriebeverbindungen zwischen
der Klappe und dem Aktuator vorgesehen sein müssen. Ferner kann auf einen
Elektromotor verzichtet werden, vielmehr dient als Aktuator mindestens
ein Elektromagnet, welcher einfach ansteuerbar ist.
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Die
Klappe selbst ist erfindungsgemäß als ein
starrer Körper
ausgebildet. Dieser Körper
kann – je
nach Ausgestaltung der Klappe – verschwenkbar oder
verschiebbar ausgebildet sein. Im Prinzip sind auch Kombinationen
von verschwenk- und verschiebbar möglich.
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Die
Klappe ist vorzugsweise um eine Schwenkachse verschwenkbar im Luftkanal
oder einem im Luftkanal anordenbaren Rahmen oder Halter angeordnet.
Die Schwenkachse ist hierbei bevorzugt starr ausgebildet, jedoch
kann im Prinzip auch ein Filmscharnier vorgesehen sein, welches
die Schwenkbarkeit der ansonsten starren Klappe realisiert.
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Besonders
bevorzugt ist das Element aus ferromagnetischem Material am mindestens
einen Klappenflügel
der Klappe oder einem trommelförmigen
Bereich der Klappe innerhalb des Luftkanals angeordnet. D. h. die
Kraftübertragung
vom Aktuator, d. h. dem Elektromagneten, auf die Klappe erfolgt
durch die Wand des Luftkanals und vollständig berührungsfrei.
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Alternativ
kann das Element aus ferromagnetischem Material starr mit der Schwenkachse
der Klappe verbunden und außerhalb
des Luftkanals angeordnet sein, d. h. die gesamte Betätigungsvorrichtung
ist außerhalb
des Luftkanals angeordnet. In diesem Fall kann der Elektromagnet
oder ein Gehäuse, in
welchem er angeordnet ist, gleichzeitig auch als Endanschlag zur
Begrenzung der Klappenbewegung dienen, wobei dieser Endanschlag
außerhalb
des Luftkanals angeordnet ist.
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Insbesondere
bevorzugt weist die Klappe zumindest eine leichte Tropfen- oder Stromlinienform auf,
wodurch ein Flattern o. ä.
bei abgeschaltetem Elektromagneten im Wesentlichen verhindert werden kann.
Natürlich
können
zur Vermeidung von Schwingungen o. ä. auch vorspannende Elemente,
wie Federn, vorgesehen sein.
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Besonders
bevorzugt ist die Klappe bei Nichtbetätigung des Elektromagneten
selbstöffnend ausgebildet.
Das Öffnen
wird hierbei durch den Luftstrom, die Schwerkraft und/oder ggf.
auch durch eine Federvorspannung bewirkt. Bevorzugt wirkt der Elektromagnet
mit dem Element aus ferromagnetischem Material ausschließlich zum
Schließen
der Klappe zusammen, und das Öffnen
der Klappe durch die im Luftkanal strömende Luft und/oder durch die
Schwerkraft erfolgt.
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Natürlich kann
die Klappe auch automatisch schließend ausgebildet sein, was
insbesondere bevorzugt unter Nutzung der Schwerkraft und/oder einer
Federvorspannung und/oder einer Druckdifferenz realisiert werden
kann.
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Die
Klappe kann auch verschiebbar in einem Rahmen oder Halter aufgenommen
sein, wobei eine Mehrzahl von Elektromagneten im Verlauf der Betätigungsrichtung
vorgesehen sein können,
welche mit an der Klappe angeordneten oder in dieselbe integrierten
Elementen aus ferromagnetischem Material zusammenwirken.
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Derartige
erfindungsgemäße Klappen
können
beispielsweise als Frischluft-Umluft-Klappen oder
als Temperaturklappen zur Mischung eines Warmluftstroms und eines
Kaltluftstroms in einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendet werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Mehrzahl von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch einen Luftkanal mit einer Absperrvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
und gestrichelt angedeutet einer Variante hierzu,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Luftkanal mit einer Absperrvorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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3 eine
perspektivische Ansicht der Absperrvorrichtung von 2,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Absperrvorrichtung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
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5 eine
andere perspektivische Ansicht der Absperrvorrichtung von 4,
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6 eine
ausschnittsweise, vergrößerte Ansicht
der Absperrvorrichtung von 4,
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7 eine
perspektivische Ansicht einer Absperrvorrichtung gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel,
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8 eine
aufgeschnittene, perspektivische Ansicht der Absperrvorrichtung
von 7,
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Absperrvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
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10 eine
andere perspektivische Ansicht der Absperrvorrichtung von 9,
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11 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Variante der Absperrvorrichtung
von 9,
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12 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Variante der Absperrvorrichtung
von 9,
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13 eine
perspektivische Ansicht einer Absperrvorrichtung gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel,
und
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14 die
Absperrvorrichtung von 13 mit einer anderen Klappenstellung.
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Eine
Kraftfahrzeug-Klimaanlage (nicht näher dargestellt) weist gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
einen Luftkanal 1 mit einer Absperrvorrichtung 2 in
Gestalt einer um eine Schwenkachse 3 verschwenkbaren Klappe 4 auf.
Die normale Strömungsrichtung
der Luft bei ganz oder teilweise geöffneter Klappe 4 ist
durch einen Pfeil verdeutlicht. Der Luftkanal 1 hat vorliegend
einen kreisförmigen
Strömungsquerschnitt,
jedoch kann er auch beispielsweise einen rechteckförmigen Strömungsquerschnitt aufweisen.
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Vorliegend
ist die Klappe 4 der Absperrvorrichtung 2 als
starre, zweiflügelige
Klappe mit zwei im Wesentlichen gleich großen, starren Klappenflügeln 5,
die sich fluchtend zueinander von der Schwenkachse 3 aus
erstrecken, ausgebildet. Die Klappe 4 ist derart bemessen,
dass sie in einem schrägen
Zustand, vorliegend etwa in einem 45°-Winkel zur Mittellängsachse
des Luftkanals 1, den freien Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 vollständig verschließt. Am zuerst
von der Luft angeströmten
Klappenflügel 5,
welcher gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
aus PP spritzgegossen ist, ist außenseitig auf der (im ganz
oder teilweise geschlossenen Zustand) luftabströmseitig angeordneten Fläche ein Element 6 aus
ferromagnetischem Material angebracht, vorliegend angeklebt. Dieses
Element 6 kann auch auf beliebige andere Weise angebracht
sein, insbesondere kann es alternativ angeclipst, eingegossen, angeschraubt
oder angenietet sein. Ebenso kann das Element direkt an der Klappe
angespritzt sein (z. B. über
ein Zweikomponenten- Spritzgießverfahren)
oder direkt in die Klappe integriert sein, indem in einem (oder
mehreren) Bereichen dem Klappenmaterial ein Pulver aus ferromagnetischem
Material beigemischt wird.
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Auf
der Außenseite
des Luftkanals 1 ist in Höhe des Elements 6 bei
geschlossener Absperrvorrichtung 2 ein Elektromagnet 7 angeordnet,
welcher als Aktuator für
die Klappe 4 in Schließrichtung
dient und die Klappe 4 in geschlossenem Zustand hält. Dahingegen
wirkt der Luftstrom als öffnende
Kraft, wenn der Elektromagnet 7 abgeschaltet wird oder
das von ihm erzeugte magnetische Feld an Kraft verliert.
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Die Öffenwirkung
kann durch eine geeignete Ausgestaltung der Klappenform (z. B. Tropfenform) und
durch einen längeren
luftabströmseitigen
Klappenflügel
unterstützt
werden.
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Gemäß einer
Variante des ersten Ausführungsbeispiels,
welche in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, ist am äußeren Ende
des luftabströmseitigen
Klappenflügels
ebenfalls ein Element 6' aus ferromagnetischem
Material angebracht und auf der Außenseite des Luftkanals 1 ist
in Höhe
dieses zweiten Elements 6' bei
geschlossener Absperrvorrichtung 2 ein weiterer Elektromagnet 7' angeordnet. Durch
das Vorsehen von zwei Elementen 6 und 6' und Elektromagneten 7 und 7' wird die Schließkraft der
Absperrvorrichtung 2 unterstützt, so dass – verglichen
mit dem einen Element 6 und dem einen Elektromagneten 7 – geringere
Feldstärken
bzw. kleinere Elemente/Elektromagneten für die gleiche Schließkraft erforderlich
sind.
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2 und 3 zeigen
das zweite Ausführungsbeispiel
einer Absperrvorrichtung 2, wobei gleiche oder gleichwirkende
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet
sind.
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Die
Absperrvorrichtung 2 ist wiederum Teil einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage
und weist eine in einem Luftkanal 1 um eine Schwenkachse 3 verschwenkbare
Klappe 4, welche im Wesentlichen aus einem starren Kunststoffkörper gebildet
ist, auf. Die normale Strömungsrichtung
der Luft bei ganz oder teilweise geöffneter Klappe 4 ist
in 2 durch einen Pfeil verdeutlicht. Der Luftkanal 1 hat
einen rechteckförmigen
Strömungsquerschnitt.
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Vorliegend
ist die Klappe 4 der Absperrvorrichtung 2 als
einflügelige
Klappe ausgebildet, wobei die Schwenkachse 3 auf einer
Seite der Kanalwand verläuft.
Der einzige Klappenflügel 5 ist
derart bemessen, dass er in einem schrägen Zustand, vorliegend etwa
in einem 45°-Winkel
zur Mittellängsachse des
Luftkanals 1, den freien Strömungsquerschnitt des Luftkanals 1 vollständig verschließt. Die Schwenkachse 3 ist
luftanströmseitig
angeordnet. Am luftabströmseitigen
Ende des Klappenflügels 5 ist,
vorliegend auf der im vollständig
geöffneten
Zustand der Absperrvorrichtung 2 von der benachbarten Wand
abgewandten Seite ein Element 6 aus ferromagnetischem Material
angebracht, vorliegend wiederum angeklebt.
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Auf
der Außenseite
des Luftkanals 1 ist in Höhe des Elements 6 bei
geschlossener Absperrvorrichtung 2 ein Elektromagnet 7 angeordnet,
welcher als Aktuator für
die Klappe 4 in Schließrichtung
dient und die Klappe 4 in geschlossenem Zustand hält. Die Schließwirkung
wird vorliegend durch die Schwerkraft unterstützt. Dahingegen wirkt der Luftstrom
als öffnende
Kraft, wenn der Elektromagnet 7 abgeschaltet wird oder
das von ihm erzeugte magnetische Feld an Kraft verliert.
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Gemäß dem dritten,
in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Rasterklappe als Absperrvorrichtung 2 in einem
Luftkanal 1 einer Klimaanlage vorgesehen. Die Rasterklappe
ist durch eine Mehrzahl von um Schwenkachsen 3 verschwenkbare
einzelne, einflügelige
Klappen 4 gebildet, welche in einem Rahmen 10 angeordnet
sind. Die Schwenkachsen 3 der einzelnen Klappen 4 verlaufen
parallel zueinander zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 10.
Die Klappen 4 sind durch Stege 11 voneinander
getrennt, welche durch Elektromagnete 7 gebildet sind,
oder zumindest solche aufweisen. An den freien Enden der Klappen 4 sind
Elemente 6 aus ferromagnetischem Material angeordnet, mit
welchen die Elektromagnete 7 zusammenwirken. Auch in diesem
Fall wirkt der Elektromagnet 7 als Aktuator für die Klappe 4 in Schließrichtung
und hält
die Klappe 4 in geschlossenem Zustand. Dahingegen wirkt
der Luftstrom als öffnende
Kraft, wenn der Elektromagnet 7 abgeschaltet wird oder
das von ihm erzeugte magnetische Feld an Kraft verliert. Durch das Öffnen einzelner
derartiger Klappen 4 kann der freie Strömungsquerschnitt durch die
Rasterklappe schrittweise vergrößert oder verkleinert
werden.
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Für eine einfache
Herstellung der Rasterklappe können
die Schwenkachsen durch elastisch ausgebildete Filmscharniere gebildet
sein, jedoch ist auch eine andere Ausgestaltung der Anbringung der Klappen
am Rahmen möglich.
Die Klappen selbst sind jedoch durch starre Körper gebildet, vorliegend aus
einem Kunststoff, wie PP oder PA.
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7 und 8 zeigen
als viertes Ausführungsbeispiel
eine Absperrvorrichtung 2, wie sie beispielsweise als Frischluft-Umluft-Klappe
in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage verwendet wird. Hierbei ist eine
Trommelklappe als Klappe 4 vorgesehen, welche um eine Schwenkachse 3 verschwenkbar
ist und an einer T-förmigen
Luftkanalkreuzung angeordnet ist, wobei ein Luftkanal die Frischluftzufuhr,
ein zweiter Luftkanal die Umluftzufuhr und ein dritter Luftkanal 1 den
Luftkanal zum ansaugenden Gebläse
der Klimaanlage bildet.
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An
der Trommelklappe sind zwei Elemente 6 aus ferromagnetischem
Material jeweils mittig auf der Innenmantelfläche an den Endbereichen angeordnet und
an der Fläche,
in welcher die Austrittsöffnung des
dritten Luftkanals 1 liegt, sind einander gegenüberliegend,
knapp außerhalb
der Anlagefläche
der Klappe 4 Elektromagnete 7 angeordnet. Je nach
Aktivierung der Elektromagnete 7 wird das entsprechende
Element 6 an der Klappe 4 angezogen und der entsprechende
Frischluft- oder der Umluftkanal geschlossen.
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In
den 9 und 10 ist als fünftes Ausführungsbeispiel wiederum eine
zweiflügelige
Klappe 4 mit zwei gleich großen Klappenflügeln und
einer Schwenkachse 3 als Absperrvorrichtung 2 in
einem Luftkanal 1 angeordnet. In diesem Fall ist jedoch – im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel – die Schwenkachse 3 bis
auf die Außenseite
des Luftkanals 1 verlängert
und, vorliegend formschlüssig,
mit einem Betätigungshebel,
welcher fahnenartig überstehend
ausgebildet ist, und an welchem ein Element 6 aus ferromagnetischem
Material angeordnet ist. Ferner sind auf der Außenseite des Luftkanals 1 zwei Elektromagnete 7 angeordnet,
welche mit dem Element 6 zusammenwirken und – je nach
Aktivierung der Elektromagneten 7 – das Element 6 mehr
oder weniger anziehen, so dass sich die Schwenkachse 3 samt
der starr hieran angeordneten Klappe 4 entsprechend dreht,
wie durch den Pfeil in 9 angedeutet.
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11 zeigt
eine erste Variante des fünften Ausführungsbeispiels,
wobei an Stelle der zwei Elektromagnete 7 zwei in einem
Gehäuse 20 angeordnete
Elektromagnete vorgesehen sind, und das Gehäuse 20 zwei als Endanschläge 21 dienende
Flächen aufweist.
Die Ausgestaltung von Klappe 4 und starr hieran ausgebildeter
Schwenkachse 3 sowie des Betätigungshebels entspricht der
des fünften
Ausführungsbeispiels.
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Gemäß einer
zweiten Variante des Ausführungsbeispiels
entspricht wieder die Ausgestaltung von Klappe 4 und starr
hieran ausgebildeter Schwenkachse 3 sowie des Betätigungshebels
entspricht der des fünften
Ausführungsbeispiels.
Im Unterschied zum fünften
Ausführungsbeispiel
und der ersten Variante hiervon sind jedoch eine Mehrzahl von definierten
Zwischenstellun gen dadurch möglich, dass
entsprechend viele Elektromagnete 7 mit dem Element 6 zusammenwirken
können.
Vorliegend sind sechs Elektromagnete 7 vorgesehen. Die
Elektromagnete 7 sind vorliegend in äquidistanten Abständen über einen
90°-Winkel
verteilt, radial außerhalb
des Schwenkbereichs des Hebelarms mit dem hieran angebrachten Element 6 aus
ferromagnetischem Material angeordnet. Ist nur einer der Elektromagnete 7 aktiviert,
so richtet sich automatisch das Element 6 und somit der
Hebelarm in entsprechender Richtung aus. Eine derartige Absperrvorrichtung 2 mit
einer Vielzahl unterschiedlicher Zwischenstellungen wird vorliegend
als Mischklappe zum Mischen eines Kalt- und Warmluftstroms in einer
Fahrzeug-Klimaanlage verwendet,
jedoch kann sie auch an anderer Stelle eingesetzt werden.
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Natürlich kann
auch der gesamte Hebelarm aus ferromagnetischem Material bestehen,
so dass die Anzahl an Teilen verringert werden kann.
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Gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel, das
in den 13 und 14 dargestellt
ist, ist eine Absperrvorrichtung 2 vorgesehen, bei der
die Klappe 4 schiebetürenartig
ausgebildet und in einem Rahmen 10 angeordnet ist, wobei
im Rahmen 10 auf einander gegenüberliegenden Seiten Nuten ausgebildet sind,
in welchen die Klappe 4 aufgenommen und geführt ist.
Elemente 6 (nicht näher
dargestellt) aus ferromagnetischem Material sind vorliegend auf
einer Seite der Klappe 4 im in der Nut aufgenommenen Bereich
angeordnet. Für
die Betätigung
sind mehrere Elektromagnete 7 über die Rahmenseite verteilt
angeordnet, zu welcher die Elemente 6 direkt benachbart
angeordnet sind. Je nach Aktivierung der Elektromagnete 7 wird
die Klappe 4 in den Nuten verschoben. Gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
wird eine derartige Klappe 4 zum Mischen zweier unterschiedlich
temperierter Luftströme
in einer Klimaanlage verwendet, wobei die zuführenden Luftkanäle zumindest
im Endbereich nebeneinander verlaufend angeordnet sind und jeweils
einen Strömungsquerschnitt
haben, welcher etwa nur halb so groß wie der theore tische freie
Strömungsquerschnitt
durch den Rahmen 10 ohne Klappe 4 ist. Der weiterführende Luftkanal
hat im Eintritt einen Strömungsquerschnitt, welcher
dem theoretischen freien Strömungsquerschnitt
durch den Rahmen 10 ohne Klappe 4 entspricht.
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Gemäß einer
Variante des sechsten Ausführungsbeispiels,
wird durch die Klappe 4 der Luftstrom in einem einzigen
Luftkanal geregelt, welcher einen Querschnitt hat, der nur halb
so groß wie
der theoretische freie Strömungsquerschnitt
durch den Rahmen 10 ohne Klappe 4 ist, d. h. der
Rahmen 10, wie er in den 13 und 14 dargestellt
ist, ragt zur Hälfte
seitlich über
den Luftkanal 1 hinaus, weshalb bei der Darstellung von 14 der
linke Pfeil, welcher den Luftstrom andeuten soll, entfällt.
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Obwohl
vorstehend nicht explizit erwähnt,
ist auch eine Umkehrung der Anordnung von Elektromagneten und Elementen
aus ferromagnetischem Material im Prinzip möglich, jedoch ist eine Anordnung
der Elektromagnete, die mit Stromkabeln verbunden sind, in der Regel
zu bevorzugen.
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Sind
jedoch Stromkabel im Inneren des Luftkanals vorgesehen, so kann
auch die Anordnung von Elektromagneten innerhalb des Luftkanals
zu bevorzugen sein. Beispielsweise wäre dies in Verbindung mit einem
PTC-Zuheizer im
Luftkanal denkbar. Beispielsweise in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel
wäre in
diesem Fall der Elektromagnet in die Klappe integriert und auf der
Außenseite
des Luftkanals wäre
das Element aus ferromagnetischem Material angeordnet. Die Stromversorgung
des Elektromagneten kann beispielsweise über in die Klappe und die Schwenkachse
eingegossene Leitungen erfolgen. Die anderen Ausführungsbeispiele
lassen sich auf entsprechende Weise abändern, so dass hierauf nicht
näher eingegangen
wird.
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- 1
- Luftkanal
- 2
- Absperrvorrichtung
- 3
- Schwenkachse
- 4
- Klappe
- 5
- Klappenflügel
- 6,
6'
- Element
- 7,
7'
- Elektromagnet
- 10
- Rahmen
- 11
- Steg
- 20
- Gehäuse
- 21
- Endanschlag