DE102010062413A1 - Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (1) und ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft. Das Klimatisierungssystem (1) umfasst drei in eine Mischkammer (8) mündende Strömungspfade (5, 6, 7), wobei durch zwei äußere Strömungspfade (5, 6) geführte Teilluftmasseströme eine gemeinsame erste Temperatur und ein durch einen inneren Strömungspfad (7) geführter Teilluftmassestrom eine zweite Temperatur aufweisen. Als Mittel zur Steuerung des Luftmassestromes durch die Strömungspfade (5, 6, 7) ist eine Temperaturklappe (9) mit zwei Segmenten (9a, 9b) vorgesehen. Die Segmente (9a, 9b) sind starr miteinander gekoppelt angeordnet und um eine Drehachse (10) drehbar ausgebildet. Durch die Stellung der Temperaturklappe (9) sind die Teilluftmasseströme durch die Strömungspfade (5, 6, 7) steuerbar. Zur Steuerung wird die Temperaturklappe (9) stufenlos gedreht, sodass die Strömungspfade (5, 6, 7) zwischen 0% und 100% verschlossen und/oder geöffnet und durch Vermischen der Teilluftmasseströme eine Mischtemperatur des Luftmassestromes eingestellt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug. Das Klimatisierungssystem, das dem Bereitstellen einer behaglichen Atmosphäre im Fahrgastinnenraum dient, umfasst Mittel zur Kühlung und Erwärmung von Luft sowie drei unterschiedliche Strömungspfade, von denen zwei äußere Strömungspfade eine gemeinsame erste Temperatur und ein innerer Strömungspfad eine zweite Temperatur aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.
• Bei Kraftfahrzeugen ist aufgrund der zunehmenden Anzahl an technischen Komponenten eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens erforderlich, um die gewünschte Funktionsvielfalt durch Unterbringung der Komponenten überhaupt gewährleisten zu können. Aus diesem Grund sind auch großvolumige Komponenten zur Klimatisierung, wie sie aus stationären Klimaanlagen in Form von Mischkammern, Strömungsleit- und Verwirbelungseinrichtungen bekannt sind, in Kraftfahrzeugen wegen der geringen Platzverhältnisse nicht einsetzbar.
• Eine zusätzliche Anforderung an eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, welche einen zugeführten Luftmassestrom konditioniert, gegebenenfalls aufteilt und die einzelnen Luftmasseströme in unterschiedliche Bereiche des Fahrzeuges leitet, besteht darin, verschiedene Luftauslässe der Klimaanlage je nach Lage und Funktion mit verschieden temperierten Luftmasseströmen zu beaufschlagen. Der zugeführte Luftmassestrom wird dabei über unterschiedliche Wärmeübertrager geführt, sodass die Luft abgekühlt und entfeuchtet und, wenn notwendig, wieder aufgeheizt wird, bevor sie in den Fahrgastraum geleitet wird. Dabei wird die Luft beispielsweise in den Fußraum sowie über Öffnungen im Armaturenbrett in den Fahrgastraum eingeblasen und zudem über Auslässe unmittelbar an die Frontscheibe geführt, um diese beschlagfrei zu halten oder abzutauen.
• Bei gattungsgemäßen luftseitig geregelten Klimatisierungssystemen wird der dem Fahrgastraum zuzuführende Luftmassestrom mittels einer Klappe in zwei Teilluftmasseströme aufgeteilt. Neben Temperaturklappen werden die erforderlichen Temperaturen der Luftströmungen mit unterschiedlichen Regelmechanismen eingestellt. Dabei wird der eine Teilluftmassestrom durch einen im unteren Bereich des Systems angeordneten Heizwärmeübertrager geleitet und erwärmt. Gleichzeitig strömt der zweite Teilluftmassestrom als Kaltluft am Heizwärmeübertrager vorbei. Beide unterschiedlich temperierten Teilluftmasseströme werden anschließend zum Erreichen der geforderten Zieltemperatur vermischt. Die Mischung der Teilluftmasseströme ist nicht optimal. An den verschiedenen Auslässen der Luft in den Fahrgastraum treten bei Zwischenstellungen der Temperaturklappe unterschiedliche Temperaturen auf. Die voneinander abweichenden Temperaturen der Luftmasseströme an den unterschiedlichen Auslässen werden als Temperaturschichtung bezeichnet. Zur Verringerung der Schichtung werden beispielsweise Warmluftkanäle vorgesehen, welche als zusätzliche Elemente zum einen den Luftdurchsatz und die Akustik beeinträchtigen und zum anderen höhere Kosten verursachen.
• Die Temperaturschichtung kann auch erwünscht sein, wenn im Fahrgastraum beispielsweise eine geschichtete Temperatur mit warmer Fußraum sowie kühlerem Kopfraum erzielt werden soll.
• Die Schichtung ist im Allgemeinen von der Stellung der Temperaturklappe abhängig. In den Stellungen „voll warm” und „voll kalt” weisen alle die Auslässe der Luft in den Fahrgastraum passierenden Ströme gleiche Temperaturwerte auf, sodass keine Temperaturschichtung zu verzeichnen ist.
• Im Stand der Technik sind Systeme mit mehreren Strömungspfaden der Luft bekannt, bei denen die Luft innerhalb der Strömungspfade unterschiedliche Temperaturen aufweist.
• Aus der EP 1 336 517 A1 geht eine Klimaanlage mit einem in einem Luftkanal angeordneten Verdampfer und einem in Strömungsrichtung der Luft anschließend angeordneten Heizwärmeübertrager hervor. Der im Verdampfer konditionierte Luftmassestrom ist anschließend in drei unterschiedliche Strömungspfade aufteilbar, wobei ein Strömungspfad als Warmluftkanal die Luft durch den Heizwärmeübertrager hindurchleitet und die beiden anderen Strömungspfade als Kaltluftkanäle beziehungsweise Bypässe die Luft jeweils am Heizwärmeübertrager vorbeiführen. Die unterschiedlichen Strömungspfade dienen der Vermeidung einer starken Schichtung und damit einer verbesserten Temperaturverteilung im Luftmassestrom.
• Allerdings weist die Klimaanlage mit mindestens zwei Schiebeklappen und der dazugehörigen Antriebstechnik oder vier drehbaren Klappen eine konstruktiv sehr aufwendige Steuerung der Luftmasseströme durch beziehungsweise um den Heizwärmeübertrager auf. Zudem weist die Klimaanlage eine Vielzahl von Mischkammern auf.
• Sowohl in der DE 10 2007 014 835 A1 als auch in der DE 10 2008 040 338 B3 wird eine Fahrzeugklimaanlage mit Mitteln zur Kühlung und Heizung von Luft und drei Luftpfaden beschrieben. Als Mittel zur Kühlung der Luft ist ein Verdampfer und als Mittel zur Heizung der Luft ist ein in Strömungsrichtung der Luft hinter dem Verdampfer angeordneter Heizwärmeübertrager vorgesehen. Der Heizwärmeübertrager weist in seiner vertikalen Erstreckung einen Kaltluftdurchlass auf, welcher zwischen zwei Heizpfaden angeordnet ist. Die nach dem Heizwärmeübertrager vorliegenden Schichten der Luft werden ganz oder teilweise unmittelbar den Luftauslässen zugeordnet. Zur Steuerung der Luftmasseströme wird in der DE 10 2007 014 835 A1 eine Vielzahl von Schiebeklappen vorgeschlagen, sodass ein erhöhter Platzbedarf besteht.
• Die in der DE 10 2008 040 338 B3 offenbarte Fahrzeugklimaanlage weist zwei äußere Luftpfade mit einer gemeinsamen ersten Temperatur und einen inneren Luftpfad mit einer zweiten Temperatur auf. Zur Steuerung des Luftvolumenstroms durch die drei Luftpfade und damit zur einfachen Temperatursteuerung sind als Schieberelemente ausgebildete und in verschiedenen Ebenen zueinander angeordnete Steuerelemente vorgesehen, welche in gegenläufiger Richtung gemeinsam bewegbar und in Luftströmungsrichtung hintereinander verfahrbar ausgebildet sind.
• Die in der DE 10 2007 014 835 A1 und der DE 10 2008 040 338 B3 beschriebenen Fahrzeugklimaanlagen weisen eine große Anzahl an Elementen zur Temperatursteuerung auf.
• Aus dem Stand der Technik sind Alternativen zur Ausbildung von Klimaanlagen mit einer Vielzahl von Schiebeklappen und/oder Drehklappen und der jeweils dazugehörigen Antriebstechnik bekannt.
• So geht aus der DE 196 03 126 A1 eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage zum selektiven Öffnen von mindestens drei Auslässen hervor. Die Klimaanlage umfasst neben einem Gehäuse, eine Drehwelle, welche im Gehäuse drehbar gelagert ist, und einen bogenförmigen Drehschieber, welcher mit der Drehwelle in Verbindung steht. Der Drehschieber weist mehrere Öffnungen und ein Antriebsmittel zum Drehen der Drehwelle auf. Das Gehäuse ist mit mehreren zu den Auslässen führenden Kanälen ausgebildet, deren Eintrittsöffnungen entlang der Umfangsfläche des Drehschiebers angeordnet sind. Mittels des Drehschiebers werden die Eintrittsöffnungen der Kanäle verschlossen und/oder geöffnet, sodass der Luftstrom mit einheitlicher Temperatur von einer Mischkammer ausgehend auf mehrere Kanäle aufgeteilt wird.
• In der DE 103 52 533 A1 wird ein Kraftfahrzeug-Belüftungssystem mit zwei Trommelklappen, zum einen als Luftverteilerklappe und zum anderen als Temperatur-Mischklappe, beschrieben.
• Sowohl in der DE 196 03 126 A1 als auch in der DE 103 52 533 A1 wird der zu konditionierende Luftmassestrom jedoch mit Hilfe einer Klappe lediglich in einen Teilluftmassestrom durch einen Heizkern und einen Teilluftmassestrom um den Heizkern herum aufgeteilt. Eine Steuerung der Temperatur beziehungsweise der Temperaturschichtung des Luftmassestromes ist nicht möglich.
• Den im Stand der Technik bekannten Systemen ist zu eigen, dass sie entweder apparativ sehr aufwendig zusätzliche Elemente aufweisen, welche zusätzlichen Platz beanspruchen, Kosten und auch einen zusätzlichen Montageaufwand sowie einen entsprechenden Wartungsaufwand nach sich ziehen. Zudem verursachen die zusätzlichen Einbauten einen erhöhten Druckabfall in der Luftströmung, was wiederum zu einem erhöhten Leistungsbedarf und damit Energieverbrauch sowie einer Verringerung der Effizienz des gesamten Kraftfahrzeuges führt.
• Zudem bedingen die aus dem Stand der Technik bekannten Klappengeometrien neben den deutlichen Strömungsverlusten auch starke Strömungsgeräusche. Durch ein Schwingen der Klappen können Vibrationen erzeugt werden. Oder aber es wird keine natürliche Schichtung der einzelnen Luftmasseströme erzielt, was zu hohen regelungstechnischen Anforderungen führt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimasystem zur Verfügung zu stellen, dass sowohl eine optimale Durchmischung mit möglichst geringer Schichtung bezüglich der Temperaturen des Luftmassestromes als auch einen minimalen Aufwand zur Temperatursteuerung aufweist. Dabei sollte die Luft gezielt geführt werden und sowohl die Anzahl der einzusetzenden Komponenten als auch deren Bauraumbedarf minimal sein. Damit sollten auch die anfallenden Kosten für Herstellung, Montage und Wartung minimal sein.
• Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Klimatisierungssystem umfasst Mittel zur Förderung und zur Konditionierung, insbesondere zur Kühlung, zur Erwärmung und zur Entfeuchtung, von Luft und weist drei Strömungspfade auf. Die drei Strömungspfade, welche aufgrund ihrer Anordnung zueinander als zwei äußere Strömungspfade und ein innerer Strömungspfad bezeichnet werden, münden in eine gemeinsame Mischkammer.
• Die durch die zwei äußeren Strömungspfade geführten Teilluftmasseströme als Anteile des gesamten im Klimatisierungssystem geförderten Luftmassestromes weisen eine gemeinsame erste Temperatur und ein durch den inneren Strömungspfad geführter Teilluftmassestrom eine zweite Temperatur auf.
• Nach der Konzeption der Erfindung ist eine Temperaturklappe mit zwei Segmenten als Mittel zur Steuerung des Luftmassestromes durch die Strömungspfade vorgesehen. Die Segmente der Temperaturklappe sind dabei starr miteinander gekoppelt angeordnet und um eine gemeinsame Drehachse, welche im Weiteren auch als Mittelachse bezeichnet wird, drehbar ausgebildet. Durch die Veränderung der Stellung der Temperaturklappe, das heißt deren Drehung um die Drehachse, sind die Teilluftmasseströme durch die einzelnen Strömungspfade steuerbar.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente der Temperaturklappe jeweils als Teilbereich einer Wandung eines Hohlkreiszylinders mit einer gemeinsamen Mittelachse ausgebildet und in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet. Die Segmente sind als ebene, eine rechteckige Ausgangsform aufweisende dünne Platten mit einer konstanten Länge, einer konstanten Breite und einer konstanten Dicke geformt, welche in einem über der gesamten Länge und der gesamten Breite konstanten Radius gebogen sind. Aufgrund der rechteckigen Ausgangsform sind die jeweils gegenüberliegenden, in Richtung der Mittelachse ausgerichteten Kanten der Segmente geradlinig und parallel zueinander ausgerichtet und weisen die gleiche Länge auf. Zudem sind die Segmente mit dem gleichen Radius derart gebogen und im gleichen Abstand zur Mittelachse sowie zueinander angeordnet, dass sie jeweils einen Teilbereich einer Wandung eines Hohlkreiszylinders darstellen.
• Aufgrund der gleichen äußeren Abmessungen der Segmente sowohl in Längsrichtung als auch in Breitenrichtung in Verbindung mit dem gleichen Biegeradius sind die von den Segmenten umfassten Winkelbereiche der hohlzylinderförmigen Wandung vorteilhaft gleich groß.
• Die in Richtung der Mittelachse ausgerichteten Enden der Segmente sind jeweils in einer gemeinsamen, senkrecht zur Mittelachse aufgespannten Ebene angeordnet. Die Segmente sind damit bezüglich der Richtung der Mittelachse nicht versetzt zueinander ausgerichtet.
• Infolge der in Umfangsrichtung des Hohlkreiszylinders beabstandeten Anordnung der Segmente ist zwischen den Segmenten vorteilhaft ein Freiraum ausgebildet.
• Der Freiraum erstreckt sich dabei über einen Winkelbereich, welcher dem von den Segmenten umfassten Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung entspricht. Damit erstreckt sich jedes Segment und der dazwischen ausgebildete Freiraum jeweils über ein Drittel des von der Temperaturklappe umfassten Teilbereiches der hohlzylinderförmigen Wandung.
• Die Temperaturklappe ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als kompakte Einheit mit geringem Platzbedarf innerhalb der Mischkammer des Klimatisierungssystems angeordnet. Die Segmente sind mit dem umspannten Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung und einer Länge in Tiefenrichtung derart ausgebildet, dass die Querschnitte der Strömungspfade im Bereich der Mündung in die Mischkammer vollständig verschließbar sind. Die Segmente weisen folglich äußere Abmessungen auf, die es ermöglichen, die in die Mischkammer offenen Bereiche der Strömungspfade abzudecken.
• Dabei sind zwischen der Gehäusewandung des Klimatisierungssystems um die Öffnungen der Strömungspfade im Bereich der Mischkammer und den Segmenten der Temperaturklappe bevorzugt zusätzlich Dichtelemente vorgesehen. Die Dichtelemente sind vorteilhaft derart an den Segmenten angeordnet, dass die Segmente jeweils in einer Endstellung der Temperaturklappe in Verbindung mit den Dichtelementen die jeweiligen Strömungspfade dichtend verschließen. Die Segmente sind dergestalt mit Dichtelementen versehen, dass in einer ersten Endstellung der Temperaturklappe die äußeren Strömungspfade und in einer zweiten Endstellung der Temperaturklappe der innere Strömungspfad dicht verschlossen sind.
• Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass jeweils an den in Richtung der Mittelachse ausgerichteten Enden der Segmente Halterungselemente angeordnet sind. Die Halterungselemente sind dabei senkrecht zur Mittelachse ausgerichtet und kreissegmentförmig ausgebildet. Die kreissegmentförmigen Halterungselemente weisen einen Mittelpunktswinkel auf, welcher dem Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung der Segmente entspricht. Die Halterungselemente weisen an ihrer zum Segment hin ausgerichteten kreisbogenförmigen Schmalseite eine Länge auf, welche der Länge der Schmalseite des gebogenen Segmentes entspricht. Der Radius des vom Segment aufgeschlagenen Kreisbogens entspricht der Höhe des kreissegmentförmigen Halterungselementes, wobei die Höhe des Halterungselementes wiederum dem Radius des kreissegmentförmigen Halterungselementes entspricht.
• Nach einer alternativen Ausgestaltung ist die zum Segment hin ausgerichtete Schmalseite des Halterungselementes kürzer als die Länge der Schmalseite des gebogenen Segmentes.
• Während die Segmente jeweils einen Teilbereich der Mantelfläche beziehungsweise der Zylinderfläche darstellen, bilden die Halterungselemente jeweils einen Teilbereich einer den geraden Hohlzylinder verschließenden Grundfläche beziehungsweise Deckfläche.
• Jedes Segment der Temperaturklappe weist somit zwei Kreissektoren auf, welche senkrecht zur Oberfläche des Segmentes nach innen, das heißt zur Mittelachse hin, ausgerichtet sind.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die jeweils am gleichen Ende der Segmente angeordneten Halterungselemente im Bereich der Mittelachse miteinander verbunden ausgebildet sind. Infolge der starren Verbindung der Halterungselemente mit den Segmenten der Temperaturklappe sind auch die Segmente starr miteinander gekoppelt.
• An den Verbindungsstellen der Halterungselemente der Temperaturklappe ist jeweils ein bevorzugt als zylinderförmiger Zapfen ausgebildetes Lagerelement vorgesehen. Die Achsen der zylinderförmigen Lagerelemente, welche in der Ebene der an den in Richtung der Mittelachse ausgerichteten Enden der Segmente angeordnet sind, sind dabei deckungsgleich zur Mittelachse der Temperaturklappe ausgebildet.
• Das Mittel zur Förderung der Luft ist bevorzugt als ein Lüfter, das Mittel zur Kühlung der Luft als ein Verdampfer eines Kältemittelkreislaufes und das Mittel zur Erwärmung der Luft als ein Heizwärmeübertrager ausgebildet. Der Lüfter, der Verdampfer und der Heizwärmeübertrager sind vorteilhaft innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei das Gehäuse auch die drei Strömungspfade und die Mischkammer umfasst.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizwärmeübertrager innerhalb des inneren Strömungspfades angeordnet und füllt den Querschnitt des Strömungspfades aus. Die Berührungsflächen zwischen dem Heizwärmeübertrager und der Wandung des Strömungspfades sind technisch dicht verschlossen, sodass der durch den inneren Strömungspfad geführte Teilluftmassestrom vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers geleitet wird. Die äußeren Strömungspfade sind bevorzugt als Bypässe um den Heizwärmeübertrager ausgebildet. Die durch die äußeren Strömungspfade geleiteten Teilluftmasseströme treten folglich nicht mit den Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers in Kontakt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems werden durch Drehen der Temperaturklappe in
• Drehrichtung um die Drehachse beziehungsweise die Mittelachse der Temperaturklappe die äußeren Strömungspfade in Summe zwischen 0% und 100% geöffnet, während gleichzeitig der innere Strömungspfad zwischen 100% und 0% geschlossen wird. Bei 0% ist der jeweilige Strömungspfad vollständig geschlossen. Bei 100% ist der jeweilige Strömungspfad vollständig geöffnet.
• Durch Drehen der Temperaturklappe werden die Teilluftmasseströme durch die einzelnen Strömungspfade, das heißt die Anteile der Teilluftmasseströme am gesamten durch das Klimatisierungssystem geführten Luftmassestrom, gesteuert.
• Die Temperaturklappe wird dabei vorteilhaft stufenlos gedreht, sodass die Strömungspfade stufenlos zwischen 0% und 100% verschlossen und/oder geöffnet werden. Durch das variable Vermischen der Teilluftmasseströme wird eine Mischtemperatur des Luftmassestromes eingestellt. Dabei ist über die jeweiligen Anteile der Teilluftmasseströme am gesamten Luftmassestrom in Verbindung mit der Abkühlung und Erwärmung der Luft jede Mischtemperatur einstellbar.
• Die erfindungsgemäße Lösung weist diverse Vorteile auf:
• – Einstellung einer Temperatur des Luftmassestromes in einem ursprünglichen Dreiklappensystem mittels einer einzelnen Temperaturklappe mit minimalem Aufwand zur Temperatursteuerung und Verzicht auf zusätzliche Komponenten und Einbauten,
• – Reduktion der Komponenten und damit neben geringeren Materialkosten sowie Fertigungskosten auch Minimierung des Wartungsaufwandes und des Reparaturaufwandes,
• – Reduktion des Bauraums durch Minimierung der Anzahl an Komponenten,
• – Steigerung der Effizienz des Klimatisierungssystems, da keine den Querschnitt der Strömungspfade verringernden Komponenten innerhalb der Strömungspfade angeordnet, sowie
• – Verringerung der Temperaturschichtung durch optimale Durchmischung des Luftmassestromes infolge Zuführung von kalter Luft beiderseits eines Warmluftstromes.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
• 1a: Klimatisierungssystem mit Temperaturklappe in Stellung „voll warm”,
• 1b: Klimatisierungssystem mit Temperaturklappe in Stellung „voll kalt”,
• 1c: Klimatisierungssystem mit Temperaturklappe in Misch-Stellung und
• 2: Temperaturklappe.
• Die 1a, 1b und 1c zeigen das Klimatisierungssystem 1 mit einer Temperaturklappe 9a, 9b in verschiedenen Betriebsstellungen.
• Das Klimatisierungssystem 1 weist einen Lüfter 2 zum Ansaugen und Fördern der Luft in Strömungsrichtung 14 durch das Klimatisierungssystem 1, einen Verdampfer 3 und einen Heizwärmeübertrager 4 auf, welche in einem Gehäuse 15 angeordnet sind. Das Gehäuse 15 umfasst drei Luftauslässe 12 und eine Mischkammer 8.
• Der in Strömungsrichtung 14 der Luft zum Verdampfer 3 hinführende einzelne Strömungspfad wird nach dem Verdampfer in drei Strömungspfade 5, 6, 7 unterteilt. Der vom Lüfter 2 angesaugte Luftmassestrom wird dabei vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Verdampfers 3 geleitet und anschließend anteilig auf drei Strömungspfade 5, 6, 7 aufgeteilt. Sowohl der erste Strömungspfad 5 als auch der zweite Strömungspfad 6 führen die im Verdampfer 3 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft als Teilluftmassestrom jeweils in einem Bypass um den Heizwärmeübertrager 4 herum. Dabei sind der erste Strömungspfad 5 in vertikaler Richtung y des Klimatisierungssystems 1 oberhalb und der zweite Strömungspfad 6 unterhalb des Heizwärmeübertragers 4 angeordnet. Die Strömungspfade 5, 6 werden folglich auch als äußere Strömungspfade 5, 6 bezeichnet. Innerhalb des dritten Strömungspfades 7, welcher als innerer Strömungspfad 7 zwischen den Strömungspfaden 5, 6 ausgebildet ist, ist der Heizwärmeübertrager 4 angeordnet. Der Heizwärmeübertrager 4 ist damit zentral zwischen den zwei Kaltluftpfaden 5, 6 positioniert. Der durch den inneren Strömungspfad 7 geführte Teilluftmassestrom wird vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers 4 geleitet und erwärmt. Der Strömungspfad 7 wird folglich auch als Warmluftpfad 7 bezeichnet.
• Die Strömungspfade 5, 6, 7 enden jeweils in der Mischkammer 8. Die auf die Strömungspfade 5, 6, 7 aufgeteilten Teilluftmasseströme werden in der Mischkammer 8 wieder zusammengeführt und vermischt bevor die nunmehr konditionierte Luft dem Fahrgastraum durch die einzelnen Luftauslässe 12 zugeführt wird.
• Der über den Verdampfer 3 geführte Luftmassestrom wird mittels der Temperaturklappe 9 in die Teilluftmasseströme auf die Strömungspfade 5, 6, 7 aufgeteilt. Die Segmente 9a, 9b der Temperaturklappe 9 sind starr miteinander gekoppelt und um die Drehachse 10 in Drehrichtung 11 drehbar ausgebildet. Durch die Stellung der Temperaturklappe 9 sind die Teilluftmasseströme durch die Strömungspfade 5, 6, 7, das heißt die Anteile am gesamten durch das Klimatisierungssystem 1 geführten Luftmassestromes, und damit die Temperatur an den Luftauslässen 12, steuerbar.
• Die im Querschnitt, welcher sich durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ergibt, kreisbogenförmigen Segmente 9a, 9b der Temperaturklappe 9 sind als Segmente eines Kreises mit gemeinsamem Mittelpunkt und gleichem Radius ausgebildet. Die Drehachse 10 der Temperaturklappe 9 verläuft durch den Mittelpunkt des durch die Segmente 9a, 9b definierten Kreises senkrecht zur durch die in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene. Die Segmente 9a, 9b sind beabstandet zueinander angeordnet, sodass zwischen den Segmenten 9a, 9b ein Freiraum 9c verbleibt.
• Die Anordnung der Segmente 9a, 9b zueinander sowie die Ausdehnungen der Segmente 9a, 9b sind dergestalt, dass das Segment 9a in einer Endstellung der Temperaturklappe 9 den ersten äußeren Strömungspfad 5 und das Segment 9b den zweiten äußeren Strömungspfad 6 verschließt, während der Freiraum 9c an der Mündung des Strömungspfades 7 in die Mischkammer 8 angeordnet ist und damit einen Luftmassestrom durch den Strömungspfad 7 gewährleistet. Diese Stellung der Temperaturklappe 9 ist in 1a gezeigt und wird als „voll warm” bezeichnet, da der gesamte über die Wärmeübertragungsflächen des Verdampfers 3 geführte Luftmassestrom in Strömungsrichtung 14 durch den inneren Strömungspfad 7 und damit vollständig über die Wärmeübertragungsflächen des Heizwärmeübertragers 4 geleitet wird. Beim Überströmen der Wärmeübertragungsflächen des Heizwärmeübertragers 4 wird der Luftmassestrom erwärmt. Es wird keine Kaltluft um den Heizwärmeübertrager 4 herumgeführt.
• Die Segmente 9a, 9b weisen eine Länge des Kreisbogens und eine Ausdehnung in Tiefenrichtung z auf, die ausreicht, um die Querschnitte der Strömungspfade 5, 6 im Bereich der Mündung in die Mischkammer 8 vollständig zu bedecken.
• Durch Drehung in Drehrichtung 11 um die Drehachse 10 im Uhrzeigersinn wird die Temperaturklappe 9, ausgehend von der Endstellung „voll warm” nach 1a, in die Endstellung „voll kalt” nach 1b verbracht. In der Endstellung „voll kalt” ist das erste Segment 9a im Bereich der Gehäusewandung 13 angeordnet. Die Gehäusewandung 13 ist in diesem Abschnitt derart ausgebildet, dass das Segment 9a an der Gehäusewandung 13 angeordnet ist. Die Gehäusewandung 13 weist dabei einen gleichen oder zumindest einen ähnlichen Radius wie das kreisbogenförmige Segment 9a auf, sodass das Segment 9a vollflächig an der Gehäusewandung 13 anliegt. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausgestaltung, weist die Gehäusewandung 13 eine Ausformung in Form einer Tasche auf, in welcher bei der Endstellung „voll kalt” der Temperaturklappe 9 das Segment 9a integriert angeordnet ist. Bei der Anordnung des Segmentes 9a an oder innerhalb der Gehäusewandung 13 befindet sich kein zusätzlicher Strömungswiderstand innerhalb der Luftströmung, sodass die Luft ohne von der Temperaturklappe 9 verursachte Druckverluste durch das Klimatisierungssystem 1 durchströmen kann.
• Die Temperaturklappe 9 ist in Endstellung „voll kalt” derart angeordnet, dass das Segment 9b den Strömungspfad 7 im Mündungsbereich zur Mischkammer 8 vollständig verschließt, während der Freiraum 9c an der Mündung des Strömungspfades 5 in die Mischkammer 8 angeordnet ist. Damit wird der gesamte durch den Verdampfer 3 geleitete Luftmassestrom lediglich auf die äußeren Strömungspfade 5, 6 aufgeteilt. Die Mündungen der Strömungspfade 5, 6 im Bereich der Mischkammer 8 sind vollständig geöffnet.
• Da kein Teilluftmassestrom durch den Warmluftpfad 7 und damit über die Wärmeübertragungsflächen des Heizwärmeübertragers 4 geleitet wird, wird dem Luftmassestrom auch keine Wärme zugeführt. Es wird somit lediglich die vom Verdampfer 3 konditionierte Kaltluft um den Heizwärmeübertrager 4 herumgeführt.
• Das Segment 9b weist dabei eine derartige Länge des Kreisbogens sowie eine Ausdehnung in Tiefenrichtung z auf, dass der Querschnitt des Strömungspfades 7 im Bereich der Mündung in die Mischkammer 8 vollständig bedeckt ist.
• Während in der Endstellung „voll kalt” der Temperaturklappe 9 nach 1b lediglich das Segment 9b und damit ein Segment der Temperaturklappe 9 eine steuernde Funktion ausübt, werden in der Endstellung „voll warm” nach 1a beide Segmente 9a, 9b zur Steuerung eingesetzt. In der Endstellung „voll warm” sind die Kaltluftpfade 5, 6 100% verschlossen. Der Luftmassestrom wird vollständig, das heißt zu 100%, abgesehen von Verlusten durch Undichtheiten, durch den Warmluftpfad 7 geleitet. in der Endstellung „voll kalt” ist der Warmluftpfad 7 100% verschlossen, sodass der Luftmassestrom vollständig, das heißt zu 100%, abgesehen von Verlusten durch Undichtheiten, durch die Kaltluftpfade 5, 6 geführt wird. In beiden Fällen hat der Luftmassestrom beim Eintritt in die Mischkammer 8 eine nahezu einheitliche Temperatur.
• Wie in 1c dargestellt, werden auch in jeder Misch-Stellung der Temperaturklappe 9 beide Segment 9a, 9b zum teilweisen Öffnen und/oder Verschließen der Strömungspfade 5, 6, 7 und damit zur Temperatursteuerung eingesetzt. Mittels der teilweisen Freigabe der Öffnungen der Strömungspfade 5, 6, 7 in die Mischkammer 8 durch Zwischenstellungen der Temperaturklappe 9 werden sowohl die beiden Teilluftmasseströme durch Kaltluftpfade 5, 6 als auch der Teilluftmassestrom durch den einen Warmluftpfad 7 gedrosselt, um eine Mischtemperatur des Luftmassestromes einzustellen. Je nach Verdrehung und Positionierung der Temperaturklappe 9 in Drehrichtung 11 werden die Kaltluftpfade 5, 6 in Summe zwischen 0% und 100% geöffnet, während gleichzeitig der Warmluftpfad 7 zwischen 0% und 100% geschlossen wird. Die Temperaturklappe 9 ist dabei stufenlos drehbar, sodass auch die Strömungspfade 5, 6, 7 stufenlos zwischen 0% und 100% verschließbar und öffenbar sind.
• Beim Betrieb der Temperaturklappe 9 in Zwischenstellungen weisen die durch die Kaltluftpfade 5, 6 strömenden Teilluftmasseströme einheitliche Temperaturen auf, die geringer sind als die Temperatur des Teilluftmassestromes durch den Warmluftpfad 7. Da die Teilluftmasseströme mit geringerer Temperatur beiderseits dem Teilluftmassestrom mit höherer Temperatur zugemischt wird, wird innerhalb der Mischkammer 8 eine ausreichende Durchmischung des Luftmassestromes erreicht, bevor dieser durch die Luftauslässe 12 dem Fahrgastraum zugeführt wird.
• In 2 wird die Temperaturklappe 9 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die Temperaturklappe 9 umfasst zwei Segmente 9a, 9b, welche jeweils als Teilbereich einer Wandung eines Hohlkreiszylinders ausgebildet sind. Dabei verlaufen die jeweils gegenüberliegenden Kanten der Segmente 9a, 9b geradlinig und parallel zueinander. Die Segmente 9a, 9b weisen eine gemeinsame Mittelachse 10, die auch als Drehachse 10 bezeichnet wird, auf und sind im gleichen Abstand zu dieser Mittelachse 10, das heißt mit gleichem Radius, von der Mittelachse 10 angeordnet.
• Die Segmente 9a, 9b sind in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet, sodass zwischen den Segmenten 9a, 9b ein Freiraum 9c ausgebildet ist, und weisen die gleiche Länge in Richtung der Drehachse 10 beziehungsweise in Tiefenrichtung z auf. Die von den Segmenten 9a, 9b und dem Freiraum 9c definierten Winkelbereiche der hohlzylinderförmigen Wandung sind gleich groß. Die Kreisbögen der Segmente 9a, 9b, die innerhalb der in horizontaler Richtung x und in vertikaler Richtung y aufgespannten Ebene ersichtlich sind, sind gleich lang und entsprechen dem Abstand der Segmente 9a, 9b auf dem gleichen Kreisbogenabschnitt.
• Die hohlkreiszylinderförmigen Segmente 9a, 9b sind jeweils an ihren in Richtung der Drehachse 10 ausgerichteten Enden mit kreissegmentförmigen Halterungselementen 16 ausgebildet, welche senkrecht zur Drehachse 10 angeordnet sind. Die Halterungselemente 16 weisen einen Mittelpunktswinkel α auf, der jeweils dem Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung des Segmentes 9a, 9b entspricht. Die Höhe h des kreissegmentförmigen Halterungselementes 16 ist gleich dem Radius des vom Segment 9a, 9b aufgeschlagenen Kreisbogens.
• Die jeweils am gleichen Ende der Segmente 9a, 9b angeordneten Halterungselemente 16 sind im Bereich der Drehachse 10 miteinander verbunden. An der Verbindungsstelle der Halterungselemente 16 ist an beiden Seiten bezüglich der Drehachse 10 der Temperaturklappe 9 jeweils ein Lagerelement 17 vorgesehen. Die Lagerelemente 17 sind als zylinderförmige Zapfen ausgebildet und mit ihrer Achse in Richtung der Drehachse 10 der Temperaturklappe 9, das heißt senkrecht zur Oberseite des Halterungselementes 16, ausgebildet. Die Drehachse 10 und die Achsen der Lagerelemente 17 sind deckungsgleich. Die Lagerelemente 17 sind dabei lediglich über die Halterungselemente 16 und die Segmente 9a, 9b miteinander verbunden. Dadurch wird dem Luftmassestrom beim Durchströmen der Temperaturklappe 9 durch den Freiraum 9c kein zusätzliches Bauteil entgegengestellt, was einen zusätzlichen Druckverlust der Luftströmung verursachen könnte. Im montierten Zustand ragt somit keine Komponente in die Mischkammer 8 des Klimatisierungssystems 1, das zu einem zusätzlichen Druckverlust führen könnte.
• Mittels der Temperaturklappe 9, aufweisend zwei Segmente 9a, 9b und einen zwischen den Segmenten 9a, 9b ausgebildeten Freiraum 9c, wird der Luftmassestrom durch die drei Strömungspfade 5, 6, 7 derart gesteuert, dass sich die gewünschte Temperatur an den Luftauslässen 12 des Klimatisierungsgerätes 1 einstellt. Dabei sind die Druckverluste minimiert.
• Bezugszeichenliste

1

Klimatisierungssystem

2

Lüfter

3

Verdampfer

4

Heizwärmeübertrager

5

Strömungspfad, erster äußerer Strömungspfad, Kaltluftpfad

6

Strömungspfad, zweiter äußerer Strömungspfad, Kaltluftpfad

7

Strömungspfad, innerer Strömungspfad, Warmluftpfad

8

Mischkammer

9

Temperaturklappe

9a

erstes Segment der Temperaturklappe

9b

zweites Segment der Temperaturklappe

9c

Freiraum

10

Drehachse, Mittelachse

11

Drehrichtung

12

Luftauslass

13

Gehäusewandung

14

Strömungsrichtung der Luft

15

Gehäuse

16

Halterungselement

17

Lagerelement

x

horizontale Richtung

y

vertikale Richtung

z

Tiefenrichtung

α

Mittelpunktswinkel

h

Höhe des kreissegmentförmigen Halterungselementes 16

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1336517 A1 [0008]
• DE 102007014835 A1 [0010, 0010, 0012]
• DE 102008040338 B3 [0010, 0011, 0012]
• DE 19603126 A1 [0014, 0016]
• DE 10352533 A1 [0015, 0016]

Claims (10)

1. Klimatisierungssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit Mitteln zur Förderung, zur Kühlung und zur Erwärmung von Luft, aufweisend drei Strömungspfade (5, 6, 7), welche in eine Mischkammer (8) mündend ausgebildet sind, wobei durch zwei äußere Strömungspfade (5, 6) geführte Teilluftmasseströme eine gemeinsame erste Temperatur und ein durch einen inneren Strömungspfad (7) geführter Teilluftmassestrom eine zweite Temperatur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Steuerung des Luftmassestromes durch die Strömungspfade (5, 6, 7) eine Temperaturklappe (9) mit zwei Segmenten (9a, 9b) vorgesehen ist, wobei die Segmente (9a, 9b) starr miteinander gekoppelt angeordnet und um eine Drehachse (10) drehbar ausgebildet sind, sodass durch die Stellung der Temperaturklappe (9) Teilluftmasseströme durch die Strömungspfade (5, 6, 7) steuerbar sind.
2. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (9a, 9b) der Temperaturklappe (9) jeweils als Teilbereich einer Wandung eines Hohlkreiszylinders mit einer gemeinsamen Mittelachse (10) ausgebildet und in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, sodass zwischen den Segmenten (9a, 9b) ein Freiraum (9c) ausgebildet ist, wobei – die jeweils gegenüberliegenden, in Richtung der Mittelachse (10) ausgerichteten Kanten der Segmente (9a, 9b) geradlinig und parallel zueinander verlaufen, – die Segmente (9a, 9b) die gleiche Länge aufweisen und im gleichen Abstand zur Mittelachse (10) angeordnet sind sowie – die Enden der Segmente (9a, 9b) in Richtung der Mittelachse (10) jeweils in einer gemeinsamen, senkrecht zur Mittelachse (10) aufgespannten Ebene angeordnet sind.
3. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Segmenten (9a, 9b) umfasste Winkelbereiche der hohlzylinderförmigen Wandung gleich groß sind.
4. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (9c) einen Winkelbereich aufweist, welcher dem von den Segmenten (9a, 9b) umfassten Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung entspricht.
5. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturklappe (9) innerhalb der Mischkammer (8) angeordnet ist und die Segmente (9a, 9b) mit einem Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung und einer Länge in Tiefenrichtung (z) derart ausgebildet sind, dass die Querschnitte der Strömungspfade (5, 6, 7) im Bereich der Mündung in die Mischkammer (8) vollständig verschließbar sind.
6. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an den in Richtung der Mittelachse (10) ausgerichteten Enden der Segmente (9a, 9b) Halterungselemente (16) angeordnet sind, wobei die Halterungselemente (16) – kreissegmentförmig ausgebildet sind, – senkrecht zur Mittelachse (10) angeordnet sind und – einen Mittelpunktswinkel (α) aufweisen, welcher jeweils dem Winkelbereich der hohlzylinderförmigen Wandung der Segmente (9a, 9b) entspricht.
7. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils am gleichen Ende der Segmente (9a, 9b) angeordneten Halterungselemente (16) im Bereich der Mittelachse (10) miteinander verbunden ausgebildet sind, wobei – an der Verbindungsstelle der Halterungselemente (16) jeweils ein als zylinderförmiger Zapfen ausgebildetes Lagerelement (17) angeordnet ist und – die Achsen der Lagerelemente (17) deckungsgleich zur Drehachse (10) der Temperaturklappe (9) ausgerichtet sind.
8. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Förderung der Luft ein Lüfter (2), zur Kühlung der Luft ein Verdampfer (3) eines Kältemittelkreislaufes und zur Erwärmung der Luft ein Heizwärmeübertrager (4) ausgebildet sind, welche innerhalb eines Gehäuses (15) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (15) die drei Strömungspfade (5, 6, 7) und die Mischkammer (8) ausbildet.
9. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwärmeübertrager (4) innerhalb des inneren Strömungspfades (7), den Querschnitt des Strömungspfades (7) ausfüllend, angeordnet ist, sodass der durch den inneren Strömungspfad (7) geführte Teilluftmassestrom vollständig über die Wärmeübertragerflächen des Heizwärmeübertragers (4) geleitet wird, und die äußeren Strömungspfade (5, 6) als Bypässe um den Heizwärmeübertrager (4) ausgebildet sind.
10. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – durch Drehen einer Temperaturklappe (9) in einer Drehrichtung (11) um eine Drehachse (10) äußere Strömungspfade (5, 6) in Summe zwischen 0% und 100% geöffnet werden und gleichzeitig ein innerer Strömungspfad (7) zwischen 100% und 0% geschlossen wird, sodass die Teilluftmasseströme durch die Strömungspfade (5, 6, 7) gesteuert werden, und dass – die Temperaturklappe (9) stufenlos gedreht wird, sodass die Strömungspfade (5, 6, 7) stufenlos zwischen 0% und 100% verschlossen und/oder geöffnet und durch Vermischen der Teilluftmasseströme eine Mischtemperatur des Luftmassestromes eingestellt wird.

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