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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um Fluidströme für ein Fahrzeug (beispielsweise für eine Klimaanlage des Fahrzeugs) zu steuern.
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Die
DE 10 2007 011 109 A1 beschreibt eine Selbstschlussarmatur für sanitäre Anlagen, wobei ein Verschlusselement durch ein Vorspannmittel in Schließstellung vorgespannt ist.
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Die
EP 0 419 994 B1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in einem Überwachungsvolumen kerntechnischer Anlagen. Dabei weist ein Kolbenschieber ein zylindrisches Gehäuse auf, in welchem ein Kolben längsverschieblich und federbelastet zwischen zwei Betriebsstellungen hin und her bewegbar ist. Dabei kommt je nach Betriebsstellung entweder ein erster Durchgang oder ein zweiter Durchgang des Kolbens mit einer Leitung in Verbindung.
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Nach dem Stand der Technik werden rotationssymmetrische Aktoren (z. B. Kugeln) zur Regelung von Kühlmittelströmen eingesetzt. Diese Aktoren weisen allerdings nachteiligerweise einen großen Raumbedarf auf. Darüber hinaus ist eine Abdichtungsfunktion mit Hilfe dieser Aktoren nachteiligerweise nur konstruktiv aufwändig zu realisieren.
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Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Steuerung oder Regelung von Fluidströmen gegenüber dem Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass die vorab beschriebenen Nachteile zumindest abgemildert werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines Fluidstroms für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines oder mehrerer Fluidströme für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse mit mehreren Öffnungen und mehrere Schieber. Jeder dieser Schieber ist zur Steuerung des oder der Fluidströme entlang dem Gehäuse verschiebbar, um dadurch zumindest eine der Öffnungen zu öffnen und/oder zu verschließen. Die Vorrichtung ist derart ausgestaltet, dass ein erster der Schieber, welcher in eine vorbestimmte Richtung verschoben wird, in Eingriff mit einem zweiten der Schieber kommt, um diesen zweiten Schieber entgegen einer auf den zweiten Schieber einwirkenden Kraft ebenfalls in die vorbestimmte Richtung zu verschieben.
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Mit anderen Worten ist die Vorrichtung in der Lage, den ersten Schieber in die vorbestimmte Richtung zu verschieben. Dabei kommt der erste Schieber mit dem zweiten Schieber in Eingriff, indem er beispielsweise gegen den zweiten Schieber stößt, wodurch der erste Schieber den zweiten Schieber, welcher von einer Kraft in eine der vorbestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung gedrängt wird, ebenfalls in die vorbestimmte Richtung verschiebt. Durch diese Verschiebung kann der jeweilige Schieber entweder eine Öffnung freigeben oder eine Öffnung verschließen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise sehr platzsparend aufgebaut werden und weist sehr gute Dichteigenschaften auf. Die Erfindung kann bei pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Kreisläufen oder zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufes eingesetzt werden.
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Darüber hinaus kann die Vorrichtung ausgestaltet sein, um einen weiteren der Schieber entlang dem Gehäuse in die vorbestimmte Richtung zu verschieben. Dazu kommt der zweite Schieber, welcher von dem ersten Schieber in die vorbestimmte Richtung gedrückt bzw. verschoben wird, in Eingriff mit diesem weiteren Schieber, welcher auch von einer Kraft in eine der vorbestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung gedrängt wird, und verschiebt diesen weiteren Schieber in die vorbestimmte Richtung. Dies ist erfindungsgemäß auch mit anderen weiteren Schiebern möglich, so dass der weitere Schieber in Eingriff mit einem anderen weiteren Schieber kommt, um auch diesen entlang dem Gehäuse in die erste Richtung zu verschieben usw.
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Mit anderen Worten umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei bzw. mehrere Schieber. Bis auf den ersten Schieber werden die anderen Schieber von einer Kraft in eine Richtung gedrängt, welche der vorbestimmten Richtung entgegengerichtet ist. Der erste Schieber verschiebt demnach den zweiten Schieber (und gegebenenfalls weitere Schieber) gegen die auf den zweiten Schieber (und gegebenenfalls auf die weiteren Schieber) wirkende Kraft in die erste Richtung entlang dem Gehäuse. Durch die Bewegung bzw. Verschiebung der Schieber werden Öffnungen oder über die Öffnungen angeschlossene Kanäle geöffnet oder gesperrt.
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Die auf den oder die Schieber (bis auf den ersten Schieber) einwirkende Kraft kann beispielsweise durch die Schwerkraft oder durch eine elektrische oder magnetische Kraft verursacht oder durch einen bestimmten Fluidstrom (zum Beispiel Luftstrom) aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass diese Kraft dadurch aufgebracht wird, dass jeder Schieber bis auf den ersten Schieber ein elastisches Element (beispielsweise eine Druckfeder) aufweist, welche den jeweiligen Schieber in die der vorbestimmten Richtung entgegengerichteten Richtung drängt. Durch diese auf den Schieber einwirkende Kraft wird der jeweilige Schieber insbesondere in seine Ausgangsposition oder dichtende Position verschoben.
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Vorteilhafterweise muss die Vorrichtung nur den ersten Schieber entgegen der vorbestimmten Richtung verschieben, wodurch auch die anderen Schieber aufgrund der auf sie einwirkenden Kraft entgegen der vorbestimmten Richtung verschoben werden, um dadurch die den jeweiligen Schieber zugeordnete Öffnung zu verschließen oder zu öffnen. Dazu muss die auf den ersten Schieber einwirkende Kraft die auf die anderen Schieber einwirkenden Kräfte überwinden.
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Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Schieber derart ausgestaltet, dass sie teleskopartig zusammengeschoben werden können, wenn die Schieber durch den ersten Schieber in die vorbestimmte Richtung verschoben werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der erste Schieber einen geringeren Umfang als der zweite Schieber und der zweite Schieber einen geringeren Umfang als der dritte Schieber usw. aufweist. Dabei wird der Umfang jeweils in einer Ebene bestimmt, zu welcher die vorbestimmte Richtung senkrecht steht.
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Die Außenfläche jedes Schiebers ist insbesondere derart an eine Innenfläche des Gehäuses angepasst, dass die Außenfläche jedes Schiebers auf der Innenfläche des Gehäuses abdichtend anliegt, wenn der jeweilige Schieber eine oder mehrere ihm zugeordnete Öffnung(en) verschließt.
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Dadurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass der jeweilige Schieber die ihm zugeordnete Öffnung (oder die ihm zugeordneten Öffnungen) derart verschließt, dass kein Fluidstrom durch diese Öffnung strömen kann, wodurch der entsprechende Fluidstrom gesteuert oder geregelt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Schieber jeweils die Form eines Pyramidenstumpfes auf.
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Dabei umfasst eine Pyramide eine Pyramidenspitze, eine Grundfläche und dreieckige Seitenflächen, welche jeweils durch eine Seite der Grundfläche und die Pyramidenspitze gebildet werden. Ein Pyramidenstumpf entsteht aus einer Pyramide, indem mit einer Schnittfläche parallel zur Grundfläche eine kleinere Pyramide abgeschnitten wird.
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Vorteilhafterweise werden gemäß dieser Ausführungsform die Pyramidenstümpfe jeweils von einer Pyramide gebildet, bei welcher eine Gerade, welche durch die Pyramidenspitze und den Mittelpunkt der Grundfläche gebildet wird, senkrecht auf der Grundfläche steht. Darüber hinaus sollten die Pyramidenstümpfe der Schieber zueinander kongruent sein.
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Durch diese Ausführungsform kann sichergestellt werden, dass die Schieber teleskopartig ineinander geschoben werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Pyramidenstümpfe der Schieber zueinander kongruent sind.
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Wenn das Gehäuse eine der Form der Schieber (in diesem Fall eine einem Pyramidenstumpf) angepasste Form aufweist, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass sich der jeweilige Schieber auch ohne zusätzliche Maßnahme nicht innerhalb des Gehäuses verdrehen kann.
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Anstelle eines Pyramidenstumpfes kann jeder Schieber auch die Form eines Kegelstumpfes aufweisen, wenn eine Verdrehsicherung (beispielsweise in Form einer Schiene) vorhanden ist, um ein Verdrehen des jeweiligen Schiebers innerhalb des Gehäuses zu vermeiden.
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Prinzipiell können die Schieber (und damit das Gehäuse) auch andere Formen (z. B. zylinderförmige oder quaderförmige Formen) annehmen.
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Zum Antrieb des ersten Schiebers kann die Vorrichtung einen entsprechenden Antriebsmechanismus umfassen, mit welchem der erste Schieber entlang dem Gehäuse verschoben wird.
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Bei diesem Antriebsmechanismus kann es sich beispielsweise um eine Spindel der Vorrichtung handeln, wobei in diesem Fall der erste Schieber so innerhalb des Gehäuses gelagert ist, dass er gegen eine Verdrehung um eine Achse der Spindel gesichert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung eines Kühlkreislaufs des Fahrzeugs vorgesehen. Bei diesem Kühlkreislauf kann es sich insbesondere um einen Motorkühlkreislauf des Fahrzeugs handeln, mit welchem Wärmeströme (z. B. Fluidströme) im Motor (insbesondere Verbrennungsmotor) geregelt werden. In gewissen Betriebszuständen wird mit Hilfe des Motorkühlkreislaufs Wärme vom Motor an den Innenraum (Fahrgastraum) des Fahrzeugs und/oder an die Umgebung abgeführt.
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Darüber hinaus kann auch eine Klimaanlage des Fahrzeugs die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzen.
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Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung bietet insbesondere bei Anwendungen, bei welchen der Bauraum in zwei Richtungen beschränkt ist, Vorteile gegenüber nach dem Stand der Technik eingesetzten rotationssymmetrischen (kugelförmigen) Aktoren. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit einer ähnlichen Steuerfunktion vergleichsweise einfach aufgebaut werden. Darüber hinaus benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine eigenen Dichtelemente, was vorteilhafterweise den Montage- und Beschaffungsaufwand reduziert.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Steuerung von Kühlkreisläufen von Kraftfahrzeugen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch in anderen Vorrichtungen zur Steuerung von Fluidströmen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung auch in Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen denkbar.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit drei Schiebern dargestellt.
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In 2 ist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung eingebettet in eine Klimaanlage dargestellt.
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In 3 ist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Betriebsphase im Querschnitt dargestellt.
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In 4 ist die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Betriebsphase im Querschnitt dargestellt.
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5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Klimaanlage, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20, welche einen ersten Schieber 1, einen zweiten Schieber 2 und einen dritten Schieber 3 umfasst. Die drei Schieber 1–3 weisen jeweils die Form eines Pyramidenstumpfes auf. Der vorderste bzw. erste Schieber 1 befindet sich mit einer Spindel 5 der Vorrichtung 20 im Eingriff, und kann durch diese Spindel 5 in eine erste Richtung 6 und/oder in eine zweite Richtung 7 (siehe 3) bewegt werden. Der zweite Schieber 2 wird von einer Druckfeder 12, welche an einem Federdeckel 11 der Vorrichtung 20 und am zweiten Schieber 2 befestigt ist in die zweite Richtung 7 gedrängt. In ähnlicher Weise wird der dritte Schieber 3 von einer Druckfeder 13, welche an dem Federdeckel 11 und an dem dritten Schieber 3 befestigt ist, ebenfalls in die zweite Richtung 7 gedrängt bzw. gedrückt. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung 20 eine Schiene 14, auf welcher die drei Schieber gleiten, wodurch ein Verdrehen der Schieber innerhalb des Gehäuses 14 verhindert wird.
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In 1 ist eine erste Betriebsphase oder Betriebsposition dargestellt, in welcher im Gehäuse vorhandene Öffnungen 21–24 (siehe 3) und damit entsprechende über diese Öffnungen 21–24 mit dem Gehäuse verbundene Kanäle von den Schiebern 1–3 verschlossen werden. Wenn der erste Schieber 1 mittels der Spindel 5 in die erste Richtung 6 verschoben wird, schiebt er sich teleskopartig in den zweiten Schieber 2. Erst wenn ein vorbestimmter Verfahrweg überschritten und der erste Schieber 1 nahezu vollständig in den zweiten Schieber 2 geschoben worden ist, kontaktiert der erste Schieber 1 den zweiten Schieber 2 und drückt diesen zweiten Schieber 2 gegen die von seiner Druckfehler 12 ausgeübten Kraft in die erste Richtung 6. Wenn der erste Schieber 1 mittels der Spindel 5 weiter in die erste Richtung 6 verschoben wird, schiebt sich die Kombination aus dem ersten Schieber 1 und dem zweiten Schieber 2 teleskopartig in den dritten Schieber 3. Erst wenn ein weiterer vorbestimmter Verfahrweg überschritten und die Kombination aus dem ersten Schieber 1 und dem zweiten Schieber 2 nahezu vollständig in den dritten Schieber 3 geschoben worden ist, kontaktiert der zweite Schieber 2 den dritten Schieber 3. Wenn der erste Schieber 1 dann weiter in die erste Richtung 6 verschoben wird, wird dadurch die Kombination aus dem ersten Schieber 1, dem zweiten Schieber 2 und dem dritten Schieber 3 gegen die Kraft, welche von den beiden Druckfedern 12, 13 in die zweite Richtung 7 ausgeübt wird, in die erste Richtung 6 verschoben.
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Sobald der erste Schieber 1, welcher sich in Kontakt mit dem zweiten Schieber 2 und über den zweiten Schieber 2 in Kontakt mit dem dritten Schieber 3 befindet, mittels der Spindel 5 in die zweite Richtung 7 verschoben wird, werden auch der zweite Schieber 2 durch die Druckfeder 12 und der dritte Schieber 3 durch die Druckfeder 13 in die zweite Richtung 7 verschoben, bis der zweite Schieber 2 bzw. der dritte Schieber 3 die in 1 dargestellte Position (Ausgangsposition) einnehmen.
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In 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 in eine erfindungsgemäße Klimaanlage eingebaut. Man erkennt, dass mit dem ersten Schieber 1 zum einen der Kanal bzw. Fluidstrom ZKRL (Zylinderkopf-Rücklauf) und zum anderen der Kanal bzw. Fluidstrom HZVL (Heizungs-Vorlauf) gesteuert wird. Mit dem zweiten Schieber 2 wird der Kanal bzw. Fluidstrom ZKGRL (Zylinderkopfgehäuse-Rücklauf) und mit dem dritten Schieber 3 der Kanal bzw. Fluidstrom HWKVL (Hauptwasserkühler-Vorlauf) gesteuert. Die weiteren in 2 eingezeichneten Kanäle bzw. Fluidströme bezeichnen den Zylinderkopf-Vorlauf (ZKVL), den Hauptwasserkühler-Rücklauf (HWKRL) und den Heizungs-Rücklauf (HZRL).
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In 3 ist die in 1 dargestellte Vorrichtung 20 im Querschnitt abgebildet. Man erkennt, dass die Öffnungen 21–24 bei dieser Betriebsposition der Vorrichtung 20 von den jeweiligen Schiebern 1–3 verschlossen werden. In dieser Betriebsposition befindet sich der erste Schieber 1 in der ersten Position P1. Wenn der erste Schieber 1 in die erste Richtung 6 bis zu der zweiten Position P2 verschoben worden ist, sind die beiden Öffnungen 21 und 22 geöffnet, während die beiden Öffnungen 23 und 24 noch von dem zweiten Schieber 2 und dem dritten Schieber 3 verschlossen werden. Wird der erste Schieber 1 weiter bis zu der dritten Position P3 verschoben, wird dadurch auch der zweite Schieber 2 entsprechend verschoben, so dass dann die Öffnungen 21–23 geöffnet sind, und nur noch die Öffnung 24 von dem dritten Schieber 3 verschlossen wird. Wenn der erste Schieber 1 weiter in die vierte Position P4 (Endposition) verschoben wird, werden dadurch auch der zweite Schieber 2 und der dritte Schieber 3 entsprechend in die erste Richtung 6 verschoben, so dass alle vier Öffnungen 21–24 geöffnet sind.
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Wenn der erste Schieber 1 mittels der Spindel 5 von der vierten Position P4 wieder in die dritte Position P3 verschoben wird, werden der zweite Schieber 2 und der dritte Schieber 3 jeweils durch die entsprechende Druckfeder 12 bzw. 13 ebenfalls in die zweite Richtung 7 verschoben, so dass der dritte Schieber 3 die Öffnung 24 und damit den Kanal HWKVL verschließt. In gleicher Weise wird der zweite Schieber 2 in die zweite Richtung 7 verschoben und verschließt die Öffnung 23 und damit den Kanal ZKGRL, wenn der erste Schieber 1 von der dritten Position P3 in die zweite Position P2 verschoben wird. Wenn der erste Schieber 1 von der zweiten Position P2 wieder in die erste Position P1 verschoben wird, nehmen die Schieber 1–3 wieder die in 3 dargestellte Betriebsposition an, so dass alle vier Öffnungen 21–24 und die vier Kanäle HWKVL, ZKGRL, HZVL und ZKRL verschlossen sind.
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Man erkennt in 3, dass das Gehäuse 14 im Bereich der Öffnungen 21–24 ebenfalls jeweils die Form eines Pyramidenstumpfes annimmt, welche jeweils an die Pyramidenstumpfform desjenigen Schiebers 1–3 angepasst ist, welcher die in der jeweiligen Pyramidenstumpfform des Gehäuses 14 vorhandene(n) Öffnung(en) 21–24 verschließt.
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Die 4 ist der 3 ähnlich. Auch in der 4 wird die in 1 dargestellte Vorrichtung im Querschnitt, diesmal in einer zweiten Betriebsposition, dargestellt. In dieser zweiten Betriebsposition wurde der erste Schieber 1 und mit ihm der zweite Schieber 2 und der dritte Schieber 3 in die vierte Position P4 (siehe 4) verschoben, so dass alle vier Öffnungen 21–24 und damit die vier Kanäle HWKVL, ZKGRL, HZVL und ZKRL geöffnet sind. Man erkennt dass die drei Schieber 1–3 bei dieser zweiten Betriebsposition teleskopartig ineinandergeschoben sind und auf diese Weise vorteilhafterweise quasi nur so viel Platz einnehmen, wie der dritte Schieber 3 allein einnimmt.
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In 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Klimaanlage 30 umfasst. Die erfindungsgemäße Klimaanlage 30 ist wiederum mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1–3
- Schieber
- 4
- Gehäuse
- 5
- Spindel
- 6, 7
- Richtung
- 10
- Fahrzeug
- 11
- Federdeckel
- 12, 13
- Feder
- 14
- Schiene
- 20
- Vorrichtung
- 21–24
- Öffnung
- 30
- Klimaanlage
- HWKRL
- Fluidstrom
- HWKVL
- Fluidstrom
- HZRL
- Fluidstrom
- HZVL
- Fluidstrom
- P1–P4
- Position
- ZKGRL
- Fluidstrom
- ZKRL
- Fluidstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011109 A1 [0002]
- EP 0419994 B1 [0003]
