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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, welches mehrere Kanäle zur Luftzufuhr und Luftabfuhr aufweist.
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Hintergrund
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Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodule, wie etwa sogenannte Heating-, Ventilating- und Air-Conditioning(HVAC)-Module weisen typischerweise ein Gehäuse mit mehreren Luftzufuhr- und Luftabfuhrkanälen auf, um von außen zugeführte Frischluft aufzuheizen oder zu kühlen und in kontrollierter Art und Weise, etwa über Lüftungsdüsen, in eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zu leiten.
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Gängige Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodule weisen mehrere Stell- oder Umlenkklappen zur Steuerung der Luftströmung als auch eine Heiz- und Gebläseeinrichtung sowie im Fall einer Klimaanlage, auch einen Verdampfer auf, um die Temperatur, den Durchsatz und die Strömungscharakteristik der in die Fahrgastzelle zu leitenden Luft möglichst umfassend kontrollieren und regeln zu können.
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Bekannte Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodule können zudem in einem Umluftmodus betrieben werden, in welchem die Zufuhr von außerhalb des Kraftfahrzeugs einströmender Frischluft unterbrochen und ausschließlich die in der Fahrgastzelle vorhandene Luft umgewälzt wird bzw. in das Gehäuse des Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls strömt.
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Wird ein Kraftfahrzeug beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit bewegt, so liegt am Frischluftzufuhrkanal des Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls ein mitunter stark erhöhter Staudruck an, der dazu führen kann, dass zugeführte Frischluft etwa unter Umgehung des Verdampfers und/oder einer Heizeinrichtung des Moduls unmittelbar über den Umluftzufuhrkanal in die Fahrgastzelle strömt.
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Bei extremen Außentemperaturen kann dieses ungewollte Umgehen von Verdampfer und/oder Heizeinrichtung die Wirksamkeit bzw. die Funktionstauglichkeit des gesamten Moduls zu Lasten des Insassenkomforts beeinträchtigen.
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So ist aus der
DE 10 2004 005 093 A1 zum Beispiel eine Luftmischvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine erste Luftzufuhr bzw. Frischluftzufuhr sowie eine zweite Luftzufuhr bzw. eine Umluftzufuhr aufweist.
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Hierbei ist ein mit der ersten und mit der zweiten Luftzufuhr verbundener Mischbereich und zumindest eine Rückschlagklappe in der zweiten Luftzufuhr zur Verhinderung eines Rückströmens von Luft aus der Frischluftzufuhr in die Umluftzufuhr vorgesehen. Die Rückschlagklappe ist dabei geeignet, den gesamten Querschnitt der Umluftzufuhr zu verschließen. Zwar kann eine solche Umluftklappe ein Rückströmen durch die Umluftklappe in die Fahrgastzelle grundsätzlich verhindern. Damit die Rückschlagklappe jedoch den gesamten Querschnitt der Umluftzufuhr verschließen kann, muss diese eine der Querschnittsgeometrie der Umluftzufuhr entsprechende Außenkontur aufweisen.
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Eine schwenkbar angeordnete und sich über den gesamten Strömungsquerschnitt der Umluftzufuhr erstreckende Rückschlagklappe benötigt somit verhältnismäßig viel Bauraum, um zwischen ihrer Öffnungs- und Schließstellung zu verschwenken. Solche geometrischen Vorgaben schränken jedoch die Gestaltungsmöglichkeiten eines die Rückschlagklappe aufnehmenden Gehäuses ein.
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Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul bereitzustellen, welches flexibler und universeller an unterschiedliche Einbau- und Bauraumanforderungen eines Kraftfahrzeugs anpassbar ist. Das Modul soll hierbei zudem einen verbesserten Mechanismus bereitstellen, um ein Rückströmen von Luft über eine Umluftzufuhr in die Fahrgastzelle weitgehend zu unterbinden.
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Diese Aufgabe wird mit einem Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einem Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 9 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jeweils Gegenstand abhängiger Ansprüche sind.
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Das Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul ist für ein Kraftfahrzeug ausgebildet und weist ein Gehäuse auf, welches zumindest einen Luftzufuhrkanal, wenigstens einen zur Kopplung mit einer Fahrgastzelle vorgesehenen Luftabfuhrkanal sowie zumindest einen mit der Fahrgastzelle koppelbaren Umluftzufuhrkanal aufweist. Neben den Luftzufuhr- und Luftabfuhrkanälen sind im Gehäuse des Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls diverse Klappen und Luftführungseinrichtungen zur variablen Verteilung zugeführter Luft auf die Luftabfuhrkanäle vorgesehen. Des Weiteren sind im Gehäuse zum Beispiel ein Gebläse sowie die Temperatur zugeführter Luft verändernde Komponenten, wie zum Beispiel ein Verdampfer einer Klimaanlage als auch ein Heizmodul angeordnet.
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Über den Umluftzufuhrkanal kann bei entsprechender Konfiguration des Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls die in der Fahrgastzelle vorhandene Raumluft in das Modul eingesogen und nach einer thermischen Aufbereitung wieder über zumindest einen Luftabfuhrkanal der Fahrgastzelle zugeführt werden. Im Umluftzufuhrkanal ist ferner eine Rückschlagklappeneinrichtung angeordnet, die zumindest zwei Rückschlagklappen aufweist. Durch diese im Vergleich zum Stand der Technik erfolgte Erhöhung der Anzahl von im Umluftzufuhrkanal vorzusehender Rückschlagklappen kann deren Größe entsprechend reduziert werden.
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Dementsprechend klein oder kleiner ausgebildete Klappen gehen zudem mit einem geringeren Platzbedarf für ihre Öffnungs- oder Schließbewegung einher. Die baulich verkleinerten Rückschlagklappen ermöglichen es, den für die Verschwenkbarkeit der Klappen bereitzustellenden Bauraum im Vergleich zu einer einzigen im Umluftzufuhrkanal angeordneten Rückschlagklappe zu verringern. Diese Minimierung des für die Verschwenkbarkeit der Rückschlagklappen einzuhaltenden Mindest-Bauraums kann sich in vorteilhafter Weise auf die Gesamtformgebung und den Gesamtbauraumbedarf des Gehäuses des Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls auswirken.
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Bei zum Beispiel zwei in einer gemeinsamen Querschnittsebene des Umluftzufuhrkanals schwenkbar angeordneten Rückschlagklappen kann der Bauraumbedarf für die Verschwenkbarkeit der Klappen in ihrer Öffnungsstellung, in welcher die Klappen im Wesentlichen in Strömungsrichtung ausgerichtet sind, im Vergleich zu einer Lösung mit nur einer Rückschlagklappe halbiert werden. Sind drei oder vier im Wesentlichen identisch ausgebildete Rückschlagklappen vorgesehen, kann der Platzbedarf in Strömungsrichtung dementsprechend sogar auf ein Drittel oder ein Viertel reduziert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist hierbei vorgesehen, dass die Rückschlagklappen dazu ausgebildet sind, in eine Verschlussstellung überzugehen, wenn ein im Gehäuseinneren an den Rückschlagklappen anliegender Staudruck um ein vorgegebenes Maß größer ist als ein aufseiten der Fahrgastzellen an den Rückschlagklappen anliegender Staudruck. Das vorgegebene Maß an Druckunterschied zwischen Fahrgastzelle und Gehäuseinnerem kann hierbei beliebige positive als auch negative Druckwerte annehmen.
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Es ist insbesondere denkbar, dass das vorgegebene Maß gleich 0 ist, sodass die Rückschlagklappen in eine Verschlussstellung übergehen, sobald der aufseiten einer Frischluftzufuhr oder von der Gehäuseinnenseite auf die Rückschlagklappe einwirkende Staudruck dem vonseiten der Fahrgastzelle anliegenden Staudruck entspricht oder größer als dieser ist.
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Die einzelnen Rückschlagklappen können ferner zum Beispiel mit einer Kraftspeichereinrichtung, wie zum Beispiel mit einem Federelement gekoppelt werden, unter dessen Einwirkung die Gleichgewichtslage der Rückschlagklappen derart verändert werden kann, dass die Rückschlagklappen erst dann öffnen, wenn der vonseiten der Fahrgastzelle auf die Klappen einwirkende Druck um ein eingestelltes und vorgegebenes Maß größer ist als ein im Gehäuseinneren herrschender und an der gegenüberliegenden Seite der Rückschlagklappe anliegender Gegen-Staudruck.
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Unabhängig von der Art und Weise ihrer Betätigung sind nach einer weiteren Ausführungsform die Rückschlagklappen in einem gemeinsamen Rahmen angeordnet, der sich im Wesentlichen über den gesamten Strömungsquerschnitt des Umluftzufuhrkanals erstreckt. Die Rückschlagklappen sind insoweit bevorzugt übereinander und/oder nebeneinander schwenkbar am Rahmen angeordnet, wobei die Gesamtfläche sämtlicher am Rahmen angeordneter Rückschlagklappen im Wesentlichen dem Strömungsquerschnitt des Umluftzufuhrkanals an dieser Stelle entspricht.
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Durch die Verwendung mehrerer in einer gemeinsamen Querschnittsebene angeordneter Rückschlagklappen kann zudem das Gewicht jeder einzelnen Klappe und somit auch ihr durch die Gewichtskraft und Massenträgheit bedingter mechanischer Betätigungswiderstand verringert werden. Eine einzelne Rückschlagklappe lässt sich somit weitaus einfacher und leichtgängiger betätigen, als dies bei einer den gesamten Strömungsquerschnitt überspannenden Rückschlagklappe der Fall wäre.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die zumindest zwei Rückschlagklappen der Rückschlagklappeneinrichtung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Klappen als auch ihre Schwenkachsen oder -Lager sind hierbei parallel zueinander ausgerichtet. Je nach vorliegenden Bauraumanforderungen können die einzelnen Rückschlagklappen auch im Wesentlichen identisch ausgebildet sein und dementsprechend mit ihren Schwenklagern oder Schwenkachsen zueinander äquidistant am Rahmen der Rückschlagklappeneinrichtung angeordnet sein.
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Die Ausrichtung der Rückschlagklappen sowie ihrer Schwenkachsen kann dabei nahezu beliebig gewählt werden. Strömungstechnisch erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich die Schwenkachsen der Rückschlagklappen im Wesentlichen senkrecht zur Ausrichtung des Umluftzufuhrkanals bzw. senkrecht zur im Kanal strömenden Luftströmung erstrecken.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass sich die Schwenkachsen der Rückschlagklappen bezogen auf eine Einbauposition im Kraftfahrzeug im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung oder in Fahrzeughochrichtung erstrecken. Es ist dabei ferner denkbar, dass sich die Schwenkachsen der Rückschlagklappen auch unter einem Winkel zur Fahrzeugquerrichtung und/oder zur Fahrzeughochrichtung, d. h. entsprechend in der von Fahrzeugquerrichtung und Fahrzeughochrichtung gebildeten Ebene erstrecken.
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Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich der Umluftzufuhrkanal zumindest im Bereich der Rückschlagklappeneinrichtung im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt. Eine hiervon abweichende Ausrichtung des Umluftzufuhrkanals bedingt eine sich dementsprechend transversal hierzu ändernde Ausrichtung der Ebene, in welcher die Schwenkachsen oder Schwenklager der Rückschlagklappen anzuordnen sind.
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Unabhängig hiervon ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass zumindest eine der Rückschlagklappen mit ihrem freien, der jeweiligen Schwenkachse abgewandten Endabschnitt in vorgesehener Einbauposition am Kraftfahrzeug nach unten ragt und ausschließlich durch unmittelbare Staudruck- und/oder Schwerkrafteinwirkung in ihre Verschlussstellung überführbar ist. Dementsprechend kann vorgesehen werden, die zumindest eine Rückschlagklappe auch ausschließlich durch Staudruckeinwirkung aus ihrer Verschlussstellung heraus in eine Öffnungsstellung oder Teilöffnungsstellung zu überführen.
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Alternativ zu diesem rein mechanisch und ausschließlich durch Druck- und Schwerkrafteinwirkung implementierten Öffnungs- oder Schließmechanismus kann auch eine aktive Betätigung der zumindest zwei Rückschlagklappen der Rückschlagklappeneinrichtung vorgesehen werden. So kann zumindest eine der Rückschlagklappen mit einem Stellantrieb gekoppelt werden, welcher über eine Steuereinheit betätigbar ist. Die Steuereinheit wertet hierbei bevorzugt die Signale von zumindest einem stromaufwärts und/oder stromabwärts der Rückschlagklappeneinrichtung angeordneten Drucksensors oder mehreren Drucksensoren aus.
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Bevorzugt sind beidseits der Rückschlagklappeneinrichtung Drucksensoren vorzusehen, deren Signale von der Steuereinheit zur Ansteuerung der Stelleinrichtung ausgewertet werden. Von Vorteil kann hierbei zum Beispiel das Maß eines zur Betätigung der Rückschlagklappen vorzusehenden Druckunterschieds variabel verändert werden. Auch können zum Beispiel weitere Fahrzeugparameter, wie etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit, dazu verwendet werden, die Betätigung der Rückschlagklappen variabel, insbesondere in Abhängigkeit variierender Druckunterschiede an den gegenüberliegenden Seiten der Rückschlagklappen zu betätigen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine der Rückschlagklappen aus einem natürlichen oder synthetischen Gummi gefertigt. Aufgrund seiner Elastizität und Flexibilität kann das Material, aus welchem die Rückschlagklappe gefertigt ist, unmittelbar zur Abdichtung der Rückschlagklappeneinrichtung dienen. Es ist insoweit nicht erforderlich, die Rückschlagklappe mit gesonderten Dichtungen zu versehen. Des Weiteren kann zumindest eine der Rückschlagklappen in sich deformierbar ausgebildet sein, sodass anstelle einer schwenkbaren Lagerung der Klappe eine elastische Verformung der Klappe bei Auftreten eines vorgegebenen Druckunterschieds zur Freigabe des Umluftzufuhrkanals erfolgen kann.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines in einem Fahrzeug angeordneten Heiz-, Lüftungs- oder Klimamoduls und
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2 eine perspektivische Darstellung der Rückschlagklappeneinrichtung mit zwei Rückschlagklappen.
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Detaillierte Beschreibung
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Das in 1 schematisch dargestellte Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches mehrere Luftzufuhrkanäle 12, 18 sowie Luftabfuhrkanäle 14, 15, 16 aufweist. Das Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul 10 ist angrenzend an eine Stirnwand 13 angeordnet, die den Motorraum 30 des hier lediglich schematisch dargestellten Fahrzeugs von einer Fahrgastzelle 32 trennt. Das Gehäuse 11 durchsetzt mit einem Frischluftzufuhrkanal 12 die Stirnwand 13, um die in einem Stauluftbereich 28 angesammelte Frischluft dem Gehäuse 11 zuzuführen.
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Entsprechend der Stellung von Regel- oder Drosselklappen 40, 42 wird die zugeführte Frischluft über eine Gebläseeinrichtung 38 zunächst zu einem Verdampfer 36 einer Klimaanlage und nachfolgend entsprechend der Stellung der Klappe 44 zumindest teilweise durch eine Heizeinrichtung 34 hindurch oder hieran vorbeigeführt, bevor die Luft über wenigstens einen der Luftabfuhrkanäle 14, 15, 16 in die Fahrgastzelle 32 strömen kann.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel führt der Luftabfuhrkanal 16 in den Fußraum, der Kanal 14 in die Instrumententafel und der Auslass oder Luftabfuhrkanal 15 ist zum Anströmen der Innenseite der Kraftfahrzeugscheiben vorgesehen. Neben dem Frischluftzufuhrkanal 12 und den diversen in die Fahrgastzelle 32 führenden Luftabfuhrkanälen 14, 15, 16 ist ein Umluftzufuhrkanal 18 vorgesehen, über welchen die in der Fahrgastzelle 32 vorhandene Raumluft wieder in das Gehäuse 11 zurückströmen kann.
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Im Umluftbetrieb und bei Abriegelung einer externen Frischluftzufuhr ist die Klappe 44 geschlossen, während die Klappe 42 geöffnet ist. Unter energetischen Gesichtspunkten erweist es sich aber auch in einem Frischluftmodus als vorteilhaft, wenn auch die Umluftklappe 42 zumindest partiell geöffnet ist. Soll zum Beispiel bei besonders kalten Außentemperaturen der Fahrzeuginnenraum möglichst schnell aufgeheizt werden, so wird bevorzugt ein Gemisch aus zugeführter Frischluft und über den Umluftzufuhrkanal 18 zugeführter Raumluft thermisch aufbereitet.
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Wird das Fahrzeug dabei mit hoher Geschwindigkeit bewegt, so kann die von außen zugeführte Frischluft am Gebläse 38 vorbei unmittelbar durch den Umluftzufuhrkanal 18 in den Fahrzeuginnenraum 32 strömen. Um dies zu verhindern, ist im Umluftzufuhrkanal 18 eine Rückschlagklappeneinrichtung 20 angeordnet, die gemäß der Darstellung nach 2 zwei, ggf. auch drei oder mehrere Rückschlagklappen 22, 24 aufweist. Die Rückschlagklappen 22, 24 sind an einem Rahmen 46 schwenkbar gelagert, welcher dem gesamten Strömungsquerschnitt des in 2 nicht explizit gezeigten Umluftzufuhrkanals 18 ausfüllt.
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Die Schwenkachsen 48 der beiden Klappen 22, 24 erstrecken sich im Wesentlichen parallel und die beiden Klappen 22, 24 sind weitgehend identisch ausgebildet. Der Rahmen 46 weist eine gitterartige Struktur auf, wobei die entlang der Schwenkachse 48 voneinander beabstandeten, sich im Wesentlichen senkrecht zu den Achsen 48 erstreckenden Querstege 58 zur mechanischen Stabilisierung der einzelnen Rückschlagklappen 22, 24 beitragen können. Diese Art der Flächenverstärkung erlaubt es, die Materialstärke oder -dicke der einzelnen Klappen 22, 24 zum Zwecke der Gewichtsminimierung zu reduzieren, ohne eine etwaige Dichtfunktion der Rückschlagklappen 22, 24 zu beeinträchtigen.
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Von Vorteil ist eine rein staudruck- und/oder schwerkraftbedingte Betätigung der Rückschlagklappen 22, 24 vorgesehen. Ist beispielsweise der vom Fahrzeuginnenraum auf die Klappen 22, 24 einwirkende Staudruck 26 höher als der entgegengesetzte im Gehäuseinneren herrschende Staudruck 25, so werden die Rückschlagklappen 22, 24 in ihre in 2 gezeigte Öffnungsstellung überführt. Bei sich ändernden Druckverhältnissen, wenn zum Beispiel der Staudruck 25 im Inneren des Gehäuses 11 größer oder gleich dem vonseiten des Fahrzeuginnenraums auf die Rückschlagklappen 22, 24 einwirkenden Staudruck 26 ist, können diese in eine hier nicht explizit gezeigte Verschlussstellung übergehen, in der die Klappen 22, 24 im Wesentlichen in der vom Rahmen 46 vorgegebenen Ebene ausgerichtet sind und den Umluftzufuhrkanal 18 im Wesentlichen verschließen.
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Eine ergänzende oder alternative Ansteuerung der Rückschlagklappen 22, 24 sieht eine in 2 schematisch dargestellte Stelleinrichtung 52 vor, die über eine Steuereinheit 50 ansteuerbar ist. Die Steuereinheit 50 empfängt wiederum Signale von zwei Drucksensoren 54, 56, die bezogen auf die Strömungsrichtung auf unterschiedlichen Seiten der Rückschlagklappen 22, 24 angeordnet sind. Mittels der Drucksensoren 54, 56 können Unterschiede der an der Rückschlagklappeneinrichtung 20 einwirkenden zueinander entgegen gerichteten Staudrücke 25, 26 sensorisch erfasst und ggf. kombiniert mit weiteren fahrzeugspezifischen Parametern zur Ansteuerung des Stellantriebs 52 ausgewertet werden.
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Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heiz-, Lüftungs- oder Klimamodul
- 11
- Gehäuse
- 12
- Frischluftzufuhr
- 13
- Stirnwand
- 14
- Luftabfuhrkanal
- 15
- Luftabfuhrkanal
- 16
- Luftabfuhrkanal
- 18
- Umluftzufuhrkanal
- 20
- Rückschlagklappeneinrichtung
- 22
- Rückschlagklappe
- 24
- Rückschlagklappe
- 25
- Staudruck
- 26
- Staudruck
- 28
- Stauluftbereich
- 30
- Motorraum
- 32
- Fahrgastzelle
- 34
- Heizeinheit
- 36
- Verdampfer
- 38
- Gebläse
- 40
- Klappe
- 42
- Klappe
- 44
- Klappe
- 46
- Rahmen
- 48
- Schwenkachse
- 50
- Steuereinrichtung
- 52
- Stellantrieb
- 54
- Drucksensor
- 56
- Drucksensor
- 58
- Quersteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004005093 A1 [0007]
