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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Steuerung von wenigstens zwei Luftverteilerklappen einer Heiz- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
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In einer Einheit zur Steuerung der Heizung, Lüftung und/oder Klimatisierung in einem Kraftfahrzeug (im englischen Sprachraum als HVAC-Einheit bekannt; nachfolgend kurz als Heiz- und/oder Klimaanlage bezeichnet) sind zumeist mehrere elektromotorisch angetriebene Luftverteilerklappen vorgesehen, die Luftströme steuern, insbesondere den Luftstrome zu Luftkühlungs- und Heizungselementen oder den Luftstrom durch Luftausströmöffnungen einer Luftmischungs- und Verteilungskammer, welche zu verschiedenen Belüftungskanälen im Fahrzeug führen. Im Falle einer nicht-manuellen Ansteuerung der Luftverteilerklappen umfasst eine typische Steuervorrichtung – je nach Anzahl der zu steuernden Klappen – einen oder mehrere Schrittmotoren und spezielle, an den Schrittmotor gekoppelte Nocken- und Hebelmechanismen zum Verstellen der Luftverteilerklappen.
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Aus der
US 2010/0087133 A1 ist eine gattungsgemäße Steuervorrichtung bekannt, bei der zwei Luftverteilerklappen von nur einem Nocken-/Hebelmechanismus gesteuert werden. Eine Kurbel an der Rotationsachse der ersten Klappe hat einen Pin, der in einer Nut eines motorgetriebenen Nockens geführt ist, sodass eine Drehung des Nockens ein Verstellen der ersten Klappe bewirkt. Zum gleichzeitigen Verstellen der zweiten Klappe dient eine Kopplungsstange, die die Kurbel der ersten Klappe mit einer Kurbel der zweiten Klappe verbindet. Um ein Spiel in der Drehrichtung zu vermeiden, sind ein konischer Pin und eine Nut mit einem V-förmigen Querschnitt vorgesehen. Wenn der Pin ausreichend tief in die Nut eingeführt ist, ist immer ein Kontakt gewährleistet.
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Die
EP 0 267 101 A1 zeigt ebenfalls einen Nocken-/Hebelmechanismus zur gleichzeitigen Steuerung von zwei Luftverteilerklappen, der mit nur einem Nocken, einer als Verstellhebel wirkenden Kurbel zur direkten Steuerung der ersten Klappe und einer mit einer Kurbel der zweiten Klappe verbundenen Verbindungsstange zur Steuerung der zweiten Klappe auskommt.
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Diese aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind aber nur dann in der Praxis realisierbar, wenn der Abstand zwischen den beiden zu steuernden Klappen nicht zu groß ist und dazwischen keine anderen störenden Komponenten der Heiz- und/oder Klimaanlage angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute, zuverlässige Steuervorrichtung zur Steuerung von Luftverteilerklappen zu schaffen, mit der wenigstens zwei Luftverteilerklappen gleichförmig verstellt werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung dient zur synchronen Steuerung von wenigstens zwei Luftverteilerklappen einer Heiz- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs und hat wenigstens einen ersten Verstellmechanismus für ein erstes Luftverteilerklappenpaar. Der erste Verstellmechanismus umfasst einen um eine Drehachse drehbaren ersten Verstellhebel mit einem ersten und einem zweiten Arm, die sich von der Drehachse erstrecken und jeweils eine Verbindungsstelle aufweisen. Der erste Verstellmechanismus umfasst ferner zwei an den Verbindungsstellen an die Arme gekoppelte Kopplungsstangen, zwei an die Kopplungsstangen gekoppelte Klappenhebel und zwei an die Klappenhebel gekoppelte Drehachsen der Luftverteilerklappen.
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Die Erfindung ermöglicht eine gleichzeitige und synchrone Verstellung von wenigstens zwei Luftverteilerklappen. Unter einer synchronen Verstellung soll hier in erster Linie verstanden werden, dass beide Luftverteilerklappen gleichzeitig in eine (vollständig) geöffnete oder geschlossene Position gebracht werden. Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept der „gleichberechtigten“ Steuerung der Luftverteilerklappen sorgt dafür, dass die Kraftverteilung auf beide Klappen gleichförmig ist. Besonders vorteilhaft am erfindungsgemäßen Aufbau ist, dass er mit nur einem Verstellhebel pro Luftverteilerklappenpaar auskommt. Ein weiterer Vorteil der hier vorgeschlagenen Steuervorrichtung ist die Möglichkeit, weitere Verstellmechanismen mit gleichem Aufbau so anzukoppeln, dass trotzdem nur ein einziger Schrittmotor benötigt wird. Die Einsparung von Komponenten (kein zweiter Verstellhebel und kein zweiter Schrittmotor) resultiert zum einen in einer Kostenersparnis; zum anderen wird auch wertvoller Bauraum eingespart.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben beim ersten Verstellhebel die Verbindungsstellen des ersten und des zweiten Arms im Hinblick auf die gleichzeitige synchrone Verstellung der beiden Luftverteilerklappen den gleichen radialen Abstand von der Drehachse des ersten Verstellhebels, und eine virtuelle Verbindungslinie zwischen den Verbindungsstellen schneidet die Drehachse des Verstellhebels. Das bedeutet, dass die Verbindungsstellen und Drehachse des ersten Verstellhebels in einer Ebene liegen. Die bezüglich der Drehachse symmetrische Anordnung der Verbindungsstellen des ersten Verstellhebels ist die Grundlage für eine einheitliche Auslenkung der daran gekoppelten Kopplungsstangen. Bei geeigneter Anordnung der weiteren Komponenten des Verstellmechanismus lässt sich dann auf einfache Weise eine gleichförmige Auslenkung der Luftverteilerklappen erreichen.
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Am einfachsten lässt sich das erfindungsgemäße Steuerungskonzept umsetzen, indem der erste Verstellhebel direkt an eine Antriebswelle eines Schrittmotors gekoppelt wird. Auf diese Weise lassen sich zumindest zwei Luftverteilerklappen steuern, ohne dass dafür weitere Kopplungselemente wie eine Steuerscheibe etc. benötigt werden. Ein solcher Aufbau ist dementsprechend besonders platzsparend.
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Wenn gemäß der Erfindung mit einem Schrittmotor mehrere Luftverteilerklappenpaare gleichzeitig verstellt werden sollen, wird ein Aufbau benötigt, bei dem ein motorgetriebenes Element mehrere Verstellmechanismen gleichzeitig steuern kann, wie etwa eine Steuerscheibe mit mehreren Steuernuten. Bezüglich des ersten Verstellmechanismus ist in diesem Fall vorgesehen, dass der erste Verstellhebel – neben den beiden Armen, die an die Kopplungsstangen gekoppelt sind – einen dritten Arm mit einem Pin aufweist, der in eine erste Steuernut einer drehbaren Steuerscheibe eingreift. Die Steuernut und der darin geführte Pin bilden eine Art Kulissensteuerung für die Auslenkung des ersten Verstellhebels. Auf die gleiche Weise können mehrere Verstellmechanismen mit der Steuerscheibe gesteuert werden, wenn diese mehrere Steuernuten aufweist.
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Im Hinblick auf eine zuverlässige und reproduzierbare Auslenkung des ersten Verstellhebels empfiehlt sich eine Lagerung des ersten Verstellhebels an einem (relativ zur Steuerscheibe unbeweglichen) Gehäuse der Steuervorrichtung, wobei sich der Pin parallel zur Drehachse des Verstellhebels erstreckt.
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Für die Synchronizität der Steuervorrichtung und die gleichförmige Kraftverteilung auf die Luftverteilerklappen ist ein Aufbau von Vorteil, bei dem die Luftverteilerklappen spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind, wie nachfolgend genauer erläutert wird.
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Insbesondere sollte die Drehachse der Steuerscheibe in dieser Symmetrieebene verlaufen, sodass die Drehung der Steuerscheibe sich auf beide Luftverteilerklappen gleich auswirkt.
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Des Weiteren sollten die Kopplungsstangen gleich lang sein, und vorzugsweise sollten die Klappenhebel gleich lang und bezüglich der Symmetrieebene spiegelsymmetrisch zueinander positioniert sein. So kann eine vollständig synchrone Verstellung sichergestellt werden, auch in Bezug auf alle Zwischenpositionen zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung der Luftverteilerklappen.
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Eine bevorzugte Anbindung der Kopplungsstangen an den ersten und den zweiten Arm des ersten Verstellhebels und/oder an die Klappenhebel ist eine Kopplung mit Kugelgelenken. Im Vergleich zu reinen Drehgelenken erlauben Kugelgelenke beispielsweise mehr Flexibilität bei der räumlichen Anordnung der beteiligten Komponenten.
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Wie bereits erwähnt eignet sich die Erfindung in besonderem Maße zur gleichzeitigen Steuerung wenigstens eines weiteren Luftverteilerklappenpaares. Für eine solche Anwendung ist wenigstens ein zweiter Verstellmechanismus für ein zweites Luftverteilerklappenpaar vorgesehen. Analog zum ersten Verstellmechanismus umfasst der zweite Verstellmechanismus einen um eine Drehachse drehbaren zweiten Verstellhebel mit einem ersten und einem zweiten Arm, die sich von der Drehachse erstrecken und jeweils eine Verbindungsstelle aufweisen, zwei an den Verbindungsstellen an die Arme gekoppelte Kopplungsstangen, zwei an die Kopplungsstangen gekoppelte Klappenhebel und zwei an die Klappenhebel gekoppelte Drehachsen der Luftverteilerklappen. Mit einem solchen erweiterten Aufbau lassen sich insbesondere eine linke und eine rechte Luftverteilerklappe für den Fondraum sowie gleichzeitig eine linke und eine rechte Luftverteilerklappe für den Fond-Fußraum steuern.
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Ein solcher zweiter Verstellmechanismus kann vorteilhaft mittels derselben Steuerscheibe wie der erste Verstellmechanismus gesteuert werden. Dazu weist der zweite Verstellhebel einen dritten Arm mit einem Pin auf, der in eine zweite Steuernut der drehbaren Steuerscheibe eingreift. Die zweite Steuernut kann entweder im Wesentlichen den gleichen Verlauf wie die erste Steuernut haben, um eine Synchronizität mit dem ersten Verstellmechanismus zu erreichen; oder die zweite Steuernut weist einen abweichenden Verlauf auf, falls ein anderes Verstellprofil gewünscht ist.
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Die Steuernuten des ersten und des zweiten Verstellmechanismus können auf entgegengesetzten Seiten der Steuerscheibe gebildet sein. Hierfür reicht eine Steuerscheibe mit relativ kleinem Durchmesser aus.
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Ebenso ist es möglich, bei einer Steuerscheibe mit geeignet großem Durchmesser beide (oder auch mehr) Steuernuten auf derselben Seite vorzusehen. Selbstverständlich können in diesem Fall zusätzlich auch noch eine oder mehrere Steuernuten auf der anderen Seite der Steuerscheibe vorgesehen sein.
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In jedem Fall erlaubt die Steuerscheibe die gleichzeitige Steuerung einer Vielzahl von Luftverteilerklappen mit nur einem Schrittmotor.
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Um auch beim zweiten Verstellmechanismus ein synchrones Verstellen der beiden zugehörigen Luftverteilerklappen untereinander und eine gleichförmige Kraftverteilung zu erreichen, sollten diese ebenso spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sein, wobei die Drehachse der Steuerscheibe in der Symmetrieebene verläuft und vorzugsweise die Kopplungsstangen des zweiten Verstellmechanismus gleich lang sind, und/oder die Klappenhebel des zweiten Verstellmechanismus gleich lang sind und bezüglich der Symmetrieebene spiegelsymmetrisch zueinander positioniert sind, und/oder die Verbindungsstellen des ersten und des zweiten Arms des zweiten Verstellhebels den gleichen radialen Abstand von der Drehachse des zweiten Verstellhebels haben und eine virtuelle Verbindungslinie zwischen diesen Verbindungsstellen die Drehachse des zweiten Verstellhebels schneidet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Unteransicht einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
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2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Steuervorrichtung aus 1;
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3 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung aus 1 im eingebauten Zustand in einer Luftverteilereinheit;
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4 eine perspektivische Ansicht eines ersten Verstellhebels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; und
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5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Verstellhebels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
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In den 1 bis 3 ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung von mehreren Luftverteilerklappen einer Heiz- und/oder Klimaanlage (HVAC-Einheit) eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Genauer gesagt dient die nachfolgend im Detail beschriebene Steuervorrichtung zum gleichzeitigen Verstellen einer linken und einer rechten Luftverteilerklappe 10, 12 für den Fondraum sowie einer linken und einer rechten Luftverteilerklappe 14, 16 speziell für den Fond-Fußraum eines Kraftfahrzeugs.
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Die Steuervorrichtung umfasst eine in einem Gehäuse 18 aufgenommene Steuerscheibe 20, die von einem Schrittmotor 22 um ihre Mittelachse gedreht werden kann. Die Steuerscheibe 20 weist auf ihrer Unterseite 24 eine erste Steuernut 26 auf. In die erste Steuernut 26 greift ein Pin 28 eines ersten Verstellhebels 30. Der erste Verstellhebel 30 ist Teil eines ersten Verstellmechanismus, dessen Aufbau im Folgenden beschrieben wird.
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Der erste Verstellhebel 30, der in 4 einzeln dargestellt ist, weist ein zentrales Drehlager 32, mit dem der Verstellhebel 30 drehbar am Gehäuse 18 gelagert ist, und drei starre Arme 34, 36, 38 auf, die sich vom Drehlager 32 erstrecken. Am freien Ende des dritten Arms 38 ist der Pin 28 angeformt, der sich parallel zur Drehachse des Verstellhebels 30 erstreckt. Der erste und der zweite Arm 34, 36, die an ihrem freien Ende jeweils eine Verbindungsstelle in Form einer Gelenkschale 40 aufweisen, sind bezüglich einer durch die Drehachse verlaufenden Ebene symmetrisch. Insbesondere haben die Mittelpunkte der beiden Gelenkschalen 40 den gleichen radialen Abstand von der Drehachse, und eine virtuelle Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der beiden Gelenkschalen 40 schneidet die Drehachse.
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Die beiden Gelenkschalen 40 sind Teile von zwei Kugelgelenken, deren zugehörige Gelenkköpfe 42 an zwei Kopplungsstangen 44, 46 gebildet sind. Wie in 1 zu erkennen ist, erstreckt sich die erste Kopplungsstange 44 vom ersten Arm 34 des Verstellhebels 30 zu einem Klappenhebel 48 der linken Luftverteilerklappe 14, während sich die zweite Kopplungsstange 46 vom zweiten Arm 36 des Verstellhebels 30 zu einem Klappenhebel 48 der rechten Luftverteilerklappe 16 erstreckt. Jede Kopplungsstange 44, 46 weist an ihrem anderen Ende eine Verbindungsstelle in Form einer Gelenkschale 50 auf, die mit einem Gelenkkopf 52 an einem freien Ende des zugehörigen Klappenhebels 44, 46 ein Kugelgelenk bildet. Das andere Ende jedes Klappenhebels 48 ist drehfest an eine Drehachse der zugehörigen Luftverteilerklappe 14, 16 gekoppelt. Die Klappenhebel 48 bilden mit den Kopplungsstangen 44, 46 jeweils eine Kurbel, mit der die zugehörige Luftverteilerklappe 14, 16 um ihre Drehachse gedreht und damit verstellt werden kann.
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Wie in 3 zu sehen ist, sind die Luftverteilerklappen 14, 16 jeweils in einem Luftströmungskanal 54, 56 angeordnet. Die Luftströmungskanäle 54, 56 gehören zu einem Verteilergehäuse 58 einer Luftverteilereinheit der Heiz- und/oder Klimaanlage des Kraftfahrzeugs.
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Die Gestaltung und Anordnung der Bauteile des ersten Verstellmechanismus sind durch eine Spiegelsymmetrieebene S zwischen den Luftverteilerklappen 14 und 16 (erstes Luftverteilerklappenpaar) bestimmt, wobei diese Ebene der Mittelebene des Verteilergehäuses 58 entspricht. Gemäß einer Ausgangsstellung verläuft die Drehachse der Steuerscheibe 20 in der Ebene S, der erste und der zweite Arm 34, 36 des ersten Verstellhebels 30 sind spiegelsymmetrisch positioniert, die Kopplungsstangen 44, 46 sind exakt gleich lang, und auch die Klappenhebel 48 sind exakt gleich lang und spiegelsymmetrisch zueinander positioniert.
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Wie sich aus den 2 und 3 ergibt, hat die Steuervorrichtung einen zweiten Verstellmechanismus für die Luftverteilerklappen 10, 12 für den Fondraum. Auf der (in den 2 und 3 vom Gehäuse 18 verdeckten) Oberseite der Steuerscheibe 20 ist hierzu eine (in den 2 und 3 ebenfalls verdeckte) zweite Steuernut 26‘ gebildet, in die ein Pin 28‘ eines zweiten Verstellhebels 30‘ eingreift. Der zweite Verstellmechanismus mit dem zweiten Verstellhebel 30‘ ist grundsätzlich genauso aufgebaut wie der zuvor beschriebene erste Verstellmechanismus, sodass insoweit auf die obige Beschreibung verwiesen werden kann. Gleichartige Bauteile haben in den Figuren die gleichen Bezugszeichen, beim zweiten Verstellmechanismus ergänzt um ein ‘.
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Obwohl die Abmessungen und die relative Anordnung der Bauteile des zweiten Verstellmechanismus an die Lage und Geometrie der Luftverteilerklappen 10, 12 für den Fondraum (zweites Luftverteilerklappenpaar) angepasst sind und deshalb zumindest teilweise von den entsprechenden Abmessungen und der entsprechenden relativen Anordnung der Bauteile des ersten Verstellmechanismus abweichen, so gilt dennoch das gleichen Symmetrieprinzip. Das bedeutet, dass sich die Spiegelsymmetrieebene S auch auf das zweite Luftverteilerklappenpaar 10, 12 bezieht und die Gestaltung und Anordnung der Bauteile des zweiten Verstellmechanismus gleichermaßen durch die Spiegelsymmetrieebene S bestimmt ist.
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Die Funktionsweise der beiden Verstellmechanismen, die durch die gemeinsame Steuerscheibe 20 aneinander gekoppelt sind, ist ebenfalls gleich. Durch eine Drehung der vom Schrittmotor 22 angetriebenen Steuerscheibe 20 wird jeweils der Verstellhebel 30, 30‘ durch die als Kulissenführung für den Pin 28, 28‘ dienende Steuernut 26, 26‘ um die Drehachse des Verstellhebels 30, 30‘ verschwenkt. Dadurch bewegen sich die beiden Gelenkschalen 40, 40‘ der ersten und zweiten Arme 34, 34‘, 36, 36‘ des jeweiligen Verstellmechanismus entlang einer gemeinsamen virtuellen Kreisbahn. Die dadurch verursachte Auslenkung der Kopplungsstangen 44, 44‘, 46, 46‘ führt zu einer Drehung der Drehachsen der Luftverteilerklappen 10, 12, 14, 16, bis eine gewünschte Stellung der Luftverteilerklappen 10, 12, 14, 16 erreicht ist.
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Mit der Steuervorrichtung lassen sich somit mit nur einem Schrittmotor 22 gleichzeitig sowohl die linke und die rechte Luftverteilerklappe 10, 12 für den Fondraum als auch die linke und die rechte Luftverteilerklappe 14, 16 für den Fond-Fußraum absolut synchron verstellen, wobei der Verlauf der Steuernuten 26, 26‘ auf der Steuerscheibe 20 die Kinematik und damit den Verlauf der Verstellung für die zugeordneten Luftverteilerklappenpaare 10, 12 und 14, 16 in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Steuerscheibe 20 maßgeblich bestimmt.
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Abweichend von dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind verschiedene Abwandlungen der Steuervorrichtung möglich. So können z. B. mehr als eine Steuernut auf einer Seite der Steuerscheibe 20 und entsprechend mehr synchrone Verstellmechanismen vorgesehen sein, wenn noch mehr Luftverteilerklappenpaare gleichzeitig durch eine Drehung der Steuerscheibe 20 gesteuert werden sollen. Selbstverständlich kann die Steuerscheibe 20 auch auf einer Seite gar keine Steuernut aufweisen, sodass nur die andere Seite zur Ankopplung genutzt wird. Des Weiteren können anstelle der Kugelgelenke zwischen den Kopplungsstangen 44, 44‘, 46, 46‘ und den Armen 34, 34‘, 36, 36‘, 38, 38‘ der Verstellhebel 30, 30‘ und/oder den Klappenhebeln 48, 48‘ andere Gelenkverbindungen gewählt werden, beispielsweise Gelenke mit in Langlöcher eingreifenden Pins; in diesem Fall müssen die Drehachse des Verstellhebels 30, 30‘ und dessen Verbindungsstellen zu den Kopplungsstangen 44, 44‘, 46, 46‘ nicht unbedingt in derselben Ebene liegen.
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Falls mit dem Schrittmotor 22 nur ein Luftverteilerklappenpaar gesteuert werden muss, ist nur ein Verstellhebel 30 oder 30‘ notwendig, der dann direkt an die Antriebswelle des Schrittmotors 22 gekoppelt werden kann. Auf die Steuerscheibe 20 mit der Steuernut 26 bzw. 26‘ und den dritten Arm 38 bzw. 38‘ des Verstellhebels 30 bzw. 30‘ kann in diesem Fall verzichtet werden. Auch das Gehäuse 18 kann dann vereinfacht ausgeführt oder ganz weggelassen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- linke Luftverteilerklappe
- 12
- rechte Luftverteilerklappe
- 14
- linke Luftverteilerklappe (Fond-Fußraum)
- 16
- rechte Luftverteilerklappe (Fond-Fußraum)
- 18
- Gehäuse
- 20
- Steuerscheibe
- 22
- Schrittmotor
- 24
- Unterseite
- 26, 26‘
- erste/zweite Steuernut
- 28, 28‘
- Pin
- 30, 30‘
- erster/zweiter Verstellhebel
- 32, 32‘
- Drehlager
- 34, 34‘
- erster Arm
- 36, 36‘
- zweiter Arm
- 38, 38‘
- dritter Arm
- 40, 40‘
- Gelenkschale
- 42, 42‘
- Gelenkkopf
- 44, 44‘
- erste Kopplungsstange
- 46, 46‘
- zweite Kopplungsstange
- 48, 48‘
- Klappenhebel
- 50, 50‘
- Gelenkschale
- 52, 52‘
- Gelenkkopf
- 54, 54‘
- erster Luftströmungskanal
- 56, 56‘
- zweiter Luftströmungskanal
- 58
- Verteilergehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0087133 A1 [0003]
- EP 0267101 A1 [0004]
