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TECHNISCHER BEREICH
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist generell eine Klimaanlage und insbesondere eine Klimaanlage für Fahrzeuge wie beispielsweise Nutzfahrzeuge/schwere Fahrzeuge. Gegenstand der Erfindung ist genauer gesagt eine Klimaanlage, die dem Innenraum beispielsweise eines Fahrerhauses warme oder kalte Luft zuführt und die in mehrere Bereiche oder Kanäle zur individuellen Regelung des Luftstroms und zur Verteilung auf unterschiedliche Bereiche des Fahrerhauses eingeteilt ist.
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HINTERGRUND DER TECHNIK
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In einem Fahrzeug, in dem sich beispielsweise mehrere Fahrgäste befinden, ist es oft wünschenswert, die zugeführte Ventilationsluft auf unterschiedliche Weise und für verschiedene Bereiche oder Zonen des Fahrzeuginnenraums zu erwärmen und zu kühlen und die Luftmenge zu steuern. Heute wird die zugeführte Luft normalerweise in verschiedene Gruppen eingeteilt, beispielsweise Entfrosterzuführung, Armaturenbrettzuführung und Fußbodenzuführung. Der Fahrgastraum kann auch in eine, zwei oder mehr Zonen eingeteilt werden, in denen die Klimaanlage den Komfortbedarf der Fahrgäste decken kann. Gleichzeitig ist es wichtig, die Abmessungen der Klimaanlage gering zu halten, so dass sie im Fahrzeug und im Fahrerhaus Platz findet und außerdem leicht zu installieren und kosteneffizient herzustellen und zu warten ist.
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Um das Verhältnis zwischen warmer und kalter Luft in einer Klimaanlage regeln zu können, wird oft eine Luftklappe verwendet, beispielsweise eine Luftmischklappe, die normalerweise in der Klimaanlage zwischen dem Verdampfer und dem Wärmeaustauscher platziert ist. Die Luftmischklappe ist eine Klappe, die den Anteil der warmen und der kalten Luft steuert, die gemischt wird. Durch Änderung der Menge der Luft, die durch den Wärmeaustauscher geleitet wird, kann man die Temperatur der Luft aus der Klimaanlage regeln. In ist ein Beispiel für den Stand der Technik gezeigt, wobei diese Klimaanlage aus einem beispielsweise teilbaren Gehäuse mit einem Ventilator, einem Verdampfer, einem Wärmeaustauscher, einigen Klappen sowie verschiedenen Kanälen und gemeinsamen Räumen besteht. Diese Klimaanlage besitzt jedoch keine Mischluftklappe, die das Verhältnis zwischen warmer und kalter Luft regelt. Eine Möglichkeit, stattdessen die Temperatur der ausströmenden Luft bei bekannten Klimaanlagen zu regeln, besteht darin, die Menge der warmen Kühlflüssigkeit vom Motor des Fahrzeugs zu regeln, die durch den Wärmeaustauscher der Klimaanlage geleitet wird. Dies lässt sich beispielsweise mithilfe eines mechanisch oder elektrisch gesteuerten Wasserventils (nicht gezeigt) bewerkstelligen. Die Klimaanlage gemäß stellt Luft mit einheitlicher Temperatur für alle Zonen im Fahrerhaus bereit, sie kann jedoch die Luftmenge durch Anpassung der Drehzahl des Ventilators und durch weitere nicht gezeigte Klappen, die in einem Klappengehäuse angeordnet sind, das die Luft auf verschiedene Auslässe im Fahrerhaus verteilt, individuell steuern.
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Mehrere unterschiedliche Klimaanlagen, die verschiedene Zonen aufweisen, sind bereits bekannt. Beispielsweise beschreibt
WO2004/098925 eine Klimaanlage für Fahrzeuge, die Luft, die durch die Klimaanlage strömt, sowohl erwärmen als auch kühlen kann. Die Einheit kann die Luft für mindestens zwei Zonen regeln und besitzt mehrere Klappen, die die Luft zuerst in einen gemeinsamen Bereich für mehrere Auslässe in der Klimaanlage lenken. In diesem Bereich wird warme und kalte Luft vermischt, und das Gemisch wird dann in die verschiedenen Zonen im Fahrerhaus weitergeleitet. Die gesamte Luft wird gezwungen, den Wärmeaustauscher in diesem System zu passieren. Das System weist keinen Verdampfer auf und kann folglich keine Ventilationsluft erzeugen, die kälter ist als die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs. Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, mithilfe von zwei oder mehr Klappen pro Zone zwei oder mehr verschiedene Temperaturzonen zu schaffen. Diese Lösung erfordert mehrere Klappengehäuse, was mehr Mechanik und mehr Platzbedarf bedeutet. In mechanischer Hinsicht sind Klappengehäuse außerdem komplizierte Einheiten, die bei der Produktion schwer einzustellen sind. Es kann in den Klappengehäusen leicht zu Leckage kommen und die Klappengehäuse können schwer zu warten sein, so dass sich ihre Lebensdauer verkürzt.
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Da die Klimaanlage aus praktischen Gründen normalerweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet wird, kann eine Klimaanlage mit großem Volumen bedeuten, dass das Armaturenbrett angepasst werden muss, so dass eine ungünstig erhöhte Sichtlinie im Fahrzeug entstehen kann. Außerdem kann dies zu Problemen führen, wenn Service- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen.
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Aus den oben genannten Gründen ist es wünschenswert, die Verwendung von herkömmlichen Klappengehäusen gemäß bekannter Technik zu vermeiden.
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Es war bislang keine Klimaanlage bekannt, die die oben genannten Probleme löst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Zweck der Erfindung besteht darin, die oben angegebenen Probleme zu lösen und eine Klimaanlage bereitzustellen, die kompakt und leicht zu installieren ist, mehrere separate Zonen aufweist und in einfacher Weise sowohl die Luftströmung als auch die Temperatur für jede Zone individuell steuern kann.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, dass die Klimaanlage sowohl einen Wärmeaustauscher als auch einen Verdampfer aufweist, so dass es möglich ist, in einem Kanal oder Bereich der Klimaanlage Luft zu erzeugen, die kälter ist als die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs, während in einem anderen Kanal oder Bereich Luft erzeugt werden kann, die warmer ist als die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, es zu ermöglichen, die Ventilationsluft am Wärmeaustauscher vorbei zu leiten, d. h. ohne dass die Ventilationsluft durch den Wärmeaustauscher geleitet wird.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, ein gesondertes Klappengehäuse überflüssig zu machen und das Klappengehäuse mit dem Verdampfer und dem Wärmeaustauscher zu kombinieren, so dass die Klimaanlage klein und kompakt wird und leichter in das Fahrzeug einzubauen und auch leichter zu warten ist.
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Diese und weitere Zwecke und Vorteile werden gemäß der Erfindung durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen erzielt, die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegeben sind.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine spezielle Klimaanlage für Fahrzeuge, die keine herkömmlichen separaten Klappengehäuse aufweist und bei der die gesamte Luftströmung mittels Kanälen oder Bereichen, durch die die Temperatur und die Luftströmung durch die Klimaanlage mithilfe von einigen Lüftklappen individuell geregelt werden kann, in mehrere Teilströmungen eingeteilt wird. Dadurch kann sowohl die Luftverteilung im Fahrerhaus als auch die Temperatur in jedem Auslass, d. h. für jede Zone oder jeden Bereich im Fahrzeug, individuell gesteuert werden. Die Klimaanlage ist also in eine Reihe von Kanälen oder Bereichen eingeteilt, die eine Luftteilströmung von einem Ventilator durch einen Verdampfer und einen Wärmeaustauscher mithilfe von zwei Klappen zu Abluftkanälen leiten, die im oberen Teil des Gehäuses der Klimaanlage angeordnet sind. Die Luft wird mithilfe von Auslässen, die in verschiedenen Bereichen im Fahrerhaus angeordnet sind und beispielsweise mit „Entfroster”, „Armaturenbrett” oder „Fußboden” benannt sind, im Fahrerhaus verteilt. Dadurch kann die Luftströmung und die Wärme für jeden Kanal oder Bereich individuell geregelt werden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Luft, die den Verdampfer passiert hat, in gesonderten Teilströmungen durch die gesamte Klimaanlage geleitet, d. h. vom Bereich vor dem Verdampfer zum Bereich hinter dem Wärmeaustauscher. Dies wird bewerkstelligt, indem die Zwischenwände im unteren Teil des Gehäuses der Klimaanlage, im sog. Heizungs-, Lüftungs- und Klimagehäuse, verlängert oder ausgedehnt werden, so dass sich beispielsweise vier Kanäle bilden.
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Beide Lösungen sind generell kompakt und platzsparend und enthalten weniger mechanische Teile als bekannte Technik, so dass sie leichter im Fahrzeug einzubauen, bei der Herstellung leichter zu montieren und billiger herzustellen und zu warten sind.
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Die Vorteile werden unter anderem durch die Verwendung von Mischluftklappen zur Regelung der Wärme und der Luftverteilung im Fahrerhaus erzielt. Die Erfindung ist somit auch eine Lösung für die Funktion mit Mehrzonenklima mit einer begrenzten Anzahl von mechanischen Komponenten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierteren Beschreibung der Erfindung und aus den beigefügten Zeichnungen und den Patentansprüchen hervor.
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ZEICHNUNGSKURZVERZEICHNIS
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen und mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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zeigt einen Schnitt durch eine bekannte Klimaanlage.
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zeigt eine Ansicht einer Klimaanlage gemäß der Erfindung schräg von oben.
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zeigt eine Klimaanlage gemäß , jedoch zur besseren Veranschaulichung ohne eine vordere Kanalabdeckung.
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zeigt einen Schnitt A-A durch die Klimaanlage gemäß der Erfindung.
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zeigt eine Ansicht der Klimaanlage schräg von unten ohne eine zweite untere Kanalabdeckung.
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zeigt eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Klimaanlage schräg von unten ohne untere Kanalabdeckung.
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zeigt schematisch, wie die Luft durch eine Klimaanlage gemäß bekannter Technik strömt.
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zeigt schematisch, wie die Luft durch eine Klimaanlage gemäß der vorliegenden Erfindung strömt.
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zeigt schematisch, wie die Luft durch eine alternative Klimaanlage gemäß der vorliegenden Erfindung strömt.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also eine Klimaanlage zur Klimasteuerung in erster Linie bei Fahrzeugen, die in mehrere Bereiche oder Kanäle eingeteilt ist, durch die die Luftströmung und deren Temperatur individuell unter anderem mithilfe von dazu vorgesehenen Klappen geregelt werden kann.
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zeigt ein Beispiel für den Stand der Technik, d. h. für die bekannte Technik für Klimaanlagen. Die Klimaanlage 1 gemäß dieser Abbildung besteht unter anderem aus einem Gehäuse 2 mit einem Ventilator 3, einem Luftfilter 4, einem Verdampfer 5, einem Wärmeaustauscher 6, mindestens einem Luftsteuerorgan, von dem eine Klappe 7 gezeigt ist, sowie mit mehreren Luftkanälen 8. Der Ventilator erzeugt eine Luftströmung von der Umgebung nach innen durch Filter 4, durch Verdampfer 5, durch Wärmeaustauscher 6 und nach außen durch einen Auslass 9, der hierbei eine Entfrosterdüse 9 ist, die die Luftströmung zur Windschutzscheibe des Fahrzeugs richtet. Die Klappe 7 dient dazu, die Menge der Luft zu steuern, die durch die Entfrosterdüse 9 ausströmt, und kann auch ganz geschlossen werden. Wie warm die Luft wird, die die Klimaanlage 1 passiert, richtet sich in diesem Fall danach, wie viel warmes Kühlwasser vom Motor dem Wärmeaustauscher 6 zugeführt wird. Die Menge der Luft, die durch die Klimaanlage 1 strömt, wird mithilfe der Drehzahl des Ventilators 3 geregelt.
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zeigt in einer Seitenansicht schräg von oben eine Klimaanlage 10 gemäß der Erfindung. Ein Ventilator 11, beispielsweise ein Radialventilator, der in einem Ventilatorgehäuse angeordnet ist, saugt Luft durch einen Einlass von unten ein und bläst die Luft in einen Zuluftkanal, dessen äußere Begrenzungswand aus einer ersten Kanalabdeckung 12 besteht. Die Luft gelangt danach in ein Gehäuse 13, in dem auch Einheiten zur Strömungssteuerung, zur Erwärmung und zur Kühlung der Luft platziert sind. Die Abluftanschlüsse 14a–d sind im oberen Teil des Gehäuses 13 angeordnet, wobei beispielsweise die Abluftanschlüsse 14a und 14d die Luft in den Beinraum des Fahrerhauses (als „Fußboden” benannter Bereich), die Abluftanschlüsse 14b die Luft zu den Düsen im Armaturenbrett (als „Armaturenbrett” benannter Bereich) und die Abluftanschlüsse 14c die Luft zur Windschutzscheibe (als „Entfroster” benannter Bereich) leiten.
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zeigt ebenfalls in einer Seitenansicht schräg von oben die Klimaanlage 10 gemäß der Erfindung und gemäß , jedoch ohne die Kanalabdeckung 12, so dass der Zuluftkanal 15 vom Ventilator 11 und mehrere Einlasskanäle 16a–d, die in Gehäuse 13 angeordnet sind, zu sehen sind. In der Abbildung sind auch die Rohranschlüsse 17a, b, die Motorkühlwasser zu einem Wärmeaustauscher und von diesem weg leiten, und die Rohranschlüsse 18a, b, die Kühlmittel zu einem Verdampfer und von diesem weg leiten, zu sehen. Der Wärmeaustauscher und der Verdampfer sind beispielsweise in detaillierter zu sehen.
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Die Einlasskanäle 16a–d werden mithilfe von Zwischenwänden 19 zueinander abgegrenzt, die Kanäle/Bereiche bilden, deren Aufgabe darin besteht, die Luftströmung vom Ventilator 11 nach innen zu steuern, so dass sie so gleichmäßig wie möglich im Gehäuse 13 und durch den Verdampfer verteilt wird.
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zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A in durch die Klimaanlage 10. In der Abbildung sind der Zuluftkanal 15, der Einlasskanal 16b, der Verdampfer 20, eine Mischkammer 21, ein Zwischenkanal 29b, der Wärmeaustauscher 22, ein erstes Luftsteuerorgan in Form einer Klappe 23b, ein zweites Luftsteuerorgan in Form einer zweiten Klappe 24b, ein Zustromkanal 25b für den Wärmeaustauscher 22, eine Vorbeileitung 26b am Wärmeaustauscher 22 vorbei und ein Abluftanschluss 14b zu sehen. Das Luftsteuerorgan 23, 24 kann außer aus axialen Klappen auch aus anderen Luftsteuervorrichtungen bestehen, wie beispielsweise Gleit- oder Schieberventilen, Kugelventilen usw. Die äußere Begrenzungswand 28 für die Mischkammer 21 und den Zwischenkanal 29b besteht aus einer Abdeckung 28 und bildet einen Teil des Gehäuses 13. Die Luft wird also in den Zuluftkanal 15 gepresst und wird mithilfe von Zwischenwänden 19 verteilt, so dass sie in den Einlasskanal 16b strömt. Die Luft strömt danach durch den Verdampfer 20, wo sie durch das im Verdampfer befindliche Kühlmittel gekühlt wird, und dann in die gemeinsame Mischkammer 21 für alle Einlasskanäle 16a–d. In der Mischkammer 21 wird die Luft aus sämtlichen Einlasskanälen 16a–d gemischt, so dass das Luftvolumen eine einheitliche Temperatur erhält, nachdem es den Verdampfer 20 durchströmt hat. Danach wird die Luft im Kanalsystem zur ersten und zur zweiten Klappe 23, 24 geleitet, wobei die erste Klappe 23 das Luftvolumen steuern kann, das durch den Wärmeaustauscher 22 geleitet werden soll, und die zweite Klappe 24 das Luftvolumen steuert, das am Wärmeaustauscher 22 vorbei geleitet werden soll.
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Auf diese Weise kann die Luft aus der Klimaanlage 10 folglich gekühlt werden, wenn die erste Klappe 23 geschlossen ist und die zweite Klappe 24 geöffnet ist. Wie kalt die ausströmende Luft wird, ist davon abhängig, wie stark die Luftströmung durch die Klimaanlage 10 ist, was unter anderem davon abhängig ist, wie weit die Klappe geöffnet ist und wie kalt das Kühlmittel im Verdampfer 20 ist.
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Die ausströmende Luft aus der Klimaanlage 10 kann auch erwärmt werden, wenn die Kühlmittelströmung durch den Verdampfer 20 abgestellt oder reduziert ist und die erste Klappe 23 offen und die zweite Klappe 24 geschlossen ist. Dadurch wird Luft durch den Wärmeaustauscher 22 geleitet und erwärmt, je nachdem, wie warm die Kühlflüssigkeit ist, die vom Motor kommt. Wie warm die Luft letzendlich wird, ist auch davon abhängig, wie stark die Luftströmung durch den Wärmeaustauscher 22 ist, was vom Öffnungswinkel der Klappe 23 abhängig ist.
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Wenn beide Klappen 23, 24 geschlossen sind, erfolgt keine Luftverteilung, und wenn beide Klappen 23, 24 völlig geöffnet sind, erfolgt eine Mischung von warmer und kalter Luft und ein maximaler Zustrom von Luft, wenn der Ventilatormotor mit voller Leistung läuft.
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Da in jedem der vier Kanäle/Bereiche eine erste und eine zweite Klappe 23, 24 angeordnet ist und jede Klappe 23, 24 individuell gesteuert wird, kann die Temperatur und die Luftströmung aus jedem Abluftanschluss 14a–d individuell geregelt werden. Jedem Bereich des Fahrerhauses kann folglich Ventilationsluft mit unterschiedlicher Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden, was ein großer Vorteil ist, wenn in verschiedenen Teilen des Fahrerhauses ein unterschiedlicher Nutzerbedarf hinsichtlich der Luftströmung und der Temperatur vorliegt.
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zeigt die Klimaanlage schräg von hinten und schräg von unten. Die Abdeckung 28, die die äußere Begrenzungswand für die Mischkammer 21 (siehe ) und die Zwischenkanäle 29a–d bildet, wurde hier weggelassen, so dass die Zwischenwände 19 zwischen den Kanälen/Bereichen zu sehen sind. Ebenfalls zu sehen sind der Lufteinlass 27 des Ventilators 11, der Verdampfer 20 und die Klappen 24a–d. Durch diese Anordnung wird eine homogen gemischte Luftmenge in die vier Kanäle/Bereiche mit je zwei angeordneten Klappen 23, 24 geleitet. Jeder Kanal/Bereich leitet in diesem Fall Luft zu einem von vier Abluftanschlüssen 14a–d, die jeweils über eine Auslassdüse (nicht gezeigt) an einen Bereich (oder eine Zone) des Fahrerhauses gekoppelt sind.
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zeigt eine alternative Ausführungsform der in gezeigten Erfindung. Die Zwischenwände 19 wurden mit einer Verbreiterung oder Verlängerung 30 ausgestattet, so dass die Zwischenkanäle 29a–d sich vom Bereich der Klappen 23, 24 bis zum Verdampfer 20 erstrecken, wenn die zweite Kanalabdeckung 28 an ihrem Platz montiert ist. Bei dieser alternativen Ausführungsform existiert also keine gemeinsame Mischkammer 21, was beispielsweise bedeutet, dass der Kühleffekt der Luft in einem Zwischenkanal 29a–d nicht in gleicher Weise beeinflusst wird, wenn der Kühleffekt der Luft gleichzeitig in anderen Zwischenkanälen 29a–d verändert wird.
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zeigt rein schematisch, wie die Luft durch eine Klimaanlage gemäß bekannter Technik, beispielsweise gemäß , strömt. Der Ventilator erzeugt einen Luftstrom, der durch einen gemeinsamen Raum strömt, bevor er zum Verdampfer des Systems gelangt und durch diesen hindurch strömt. Die Luft wird, nachdem sie durch den Verdampfer gelangt ist, in einem gemeinsamen Raum erneut gemischt. Danach passiert die Luft eine Klappe, die den Luftstrom entweder durch einen Wärmeaustauscher oder an einem Wärmeaustauscher vorbei lenkt oder sowohl durch einen Wärmeaustauscher als auch an einem Wärmeaustauscher vorbei lenkt, wobei die Luft in einem dahinter platzierten weiteren gemeinsamen Raum erneut gemischt wird. Die Luft wird von diesem gemeinsamen Raum zu einem Klappengehäuse geleitet und wird mithilfe von Auslässen verschiedenen Bereichen des Fahrerhauses zugeführt (beispielsweise Bereichen wie „Entfroster”, „Armaturenbrett” oder „Fußboden”).
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zeigt schematisch, wie die Luft durch eine Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung strömt. Die vom Ventilator ausgehende Luftströmung wird mithilfe von Einlasskanälen und Zwischenwänden in mehrere separate Teilströmungen aufgeteilt und wird dann durch den Verdampfer geleitet. Hinter dem Verdampfer wird die Luft in einem gemeinsamen Raum gemischt, bevor sie in verschiedene Kanäle/Bereiche der Klimaanlage geleitet wird.
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In jedem Kanal/Bereich kann die Luft mithilfe von zwei individuell gesteuerten Klappen entweder durch einen Wärmeaustauscher oder an einem Wärmeaustauscher vorbei geleitet werden. Die Luft wird dann über Abluftkanäle und in verschiedene Bereiche oder Zonen des Fahrerhauses weitergeleitet. Beispielsweise leiten zwei der Kanäle/Bereiche die Luft in den Bereich „Fußboden”, aber die Luft strömt durch mehrere Auslässe in das Fahrerhaus.
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zeigt schematisch, wie die Luft durch eine alternative Klimaanlage gemäß der vorliegenden Erfindung strömt. Die Luft wird über separate Kanäle zum Verdampfer geleitet. Hinter dem Verdampfer wird die Luft auch weiterhin getrennt in separaten Kanälen/Bereichen zu Klappen geleitet, wobei zwei Klappen jede separate Luftströmung regeln, und zwar entweder durch den Wärmeaustauscher oder am Wärmeaustauscher vorbei. Die Luft wird danach über Abluftkanäle und in die verschiedenen Teile/Zonen des Fahrerhauses geleitet. Zwei der Abluftkanäle leiten Luft in der gleichen Weise wie im Schema gemäß gezeigt zum „Fußboden”, aber Luft strömt also auch durch verschiedene Auslassdüsen in das Fahrerhaus.
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Die obige Beschreibung soll in erster Linie das Verstehen der Erfindung erleichtern. Die Erfindung ist deshalb natürlich nicht nur auf die angegebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern es sind auch andere Varianten der Erfindung im Rahmen der Erfindungsidee und des Schutzumfangs der nachstehenden Patentansprüche möglich und denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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