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Die Erfindung betrifft ein Modul zur Beheizung, Belüftung und/oder Klimatisierung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem Modulgehäuse, in dem wenigstens zwei Kanäle ausgebildet sind, und einer Verstellmechanik, insbesondere zur Steuerung von Luftströmen in den Kanälen, wobei die Verstellmechanik mindestens zwei auf einer gemeinsamen Welle angeordnete Klappen sowie einen Antrieb aufweist, mittels dem die Welle zwischen einer Schließstellung, in der jede Klappe einen Kanal verschließt, und wenigstens einer Öffnungsstellung, in der jede Klappe einen Kanal zumindest teilweise freigibt, verstellbar ist.
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In derartigen Modulen zur Beheizung, Belüftung und/oder Klimatisierung der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs (englisch: heating, ventilation and air conditioning device, HVAC) ist es oftmals wünschenswert, die Luftströme in zwei oder mehr separat ausgebildeten und beabstandet voneinander angeordneten Lüftungskanälen in gleicher Weise durch Luftventile, meist in Form von Klappen, zu steuern. Im Fall von im Fußbereich der Fahrgastzelle angeordneten Luftauslässen ist auf beiden Seiten eines Modulgehäuses je ein Kanal vorgesehen, wobei die Strömungssteuerung für beide Kanäle aus Kostengründen dahingehend vereinfacht ist, dass die beiden zur Steuerung bzw. Regelung der Luftströmung dienenden Klappen auf einer gemeinsamen, von einem einzigen Antrieb verstellbaren Welle angeordnet werden.
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Ein gattungsgemäßes Modul ist beispielsweise aus der
EP 0 525 341 A1 bekannt.
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Nachteilig bei dieser bekannten Klappenanordnung ist die verbesserungswürdige Dichtheit beider Klappen in der Schließstellung aufgrund sich addierender Fertigungstoleranzen des Gehäuses, der Klappen, der Welle und des Antriebs. Insbesondere können die Klappen einen Winkelversatz aufweisen, so dass nur eine Klappe dicht schließt. Ein weiteres Problem stellen Luftströmungsgeräusche sowie Klappern und Vibrieren der Klappen dar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, bei einem Modul zur Beheizung, Belüftung und/oder Klimatisierung der Fahrgastzelle mit zwei oder mehr Klappen die Schließfunktion der Klappen sowie deren Dichtheit in der Schließstellung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einem Modul der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass ein Federelement vorgesehen ist, das die Welle in die Schließstellung beaufschlagt. Durch ein solches Federelement, insbesondere wenn es auch in der Schließstellung vorgespannt ist, lassen sich selbst größere Toleranzen ausgleichen, die sich als Summe der Fertigungs- bzw. Einbautoleranzen aller beteiligten Bauteile ergeben können. Auf diese Weise wird eine bessere Dichtheit beider Klappen in der Schließstellung erreicht. Weiterhin können bei der Wahl der Verstellmechanik bzw. des Antriebs Kosten und Gewicht eingespart werden, da das durch die Feder ausgeübte zusätzliche Drehmoment gerade beim Schließen der Klappen unterstützend wirkt. Dies ist von besonderem Vorteil, da das zum Schließen der Klappen nötige Drehmoment aufgrund des statischen und dynamischen Drucks der Luftströmung in den Kanälen größer als das zum Öffnen der Klappen erforderliche Drehmoment ist.
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Das erfindungsgemäße Modul zur Beheizung, Belüftung und/oder Klimatisierung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs beinhaltet also ein Federelement, das die Klappen beim Schließen unterstützt, wodurch die Dichtheit der Klappen bei Luftbeaufschlagung erhöht und die Leckage verringert wird. Zudem werden durch das Federelement sämtliche Teile der Verstellmechanik, etwa Hebel, Umlenkungen, Stellmotoren, Bowdenzüge etc. unterstützt. Eine Verformung der Klappen und die damit verbundene Leckage unter Temperatureinfluss wird reduziert.
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Vorzugsweise ist ein Angriffspunkt des Federelements an der Welle von einem Angriffspunkt des Antriebs an der Welle axial beabstandet. Gerade in Schließrichtung der Klappen muss ein hohes Drehmoment auf die Welle ausgeübt werden, um einen ausreichenden Klappenanpressdruck zu erzielen. Aufgrund der Länge der Welle muss diese folglich eine genügend hohe Torsionsfestigkeit aufweisen. Wenn das Federelement, das den Antrieb in der Schließrichtung unterstützt, einen vom Angriffspunkt des Antriebs axial beabstandeten Angriffspunkt an der Welle aufweist, kann die Welle mit geringerer Torsionsfestigkeit ausgebildet werden, wodurch sich Kosten und Gewicht einsparen lassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antrieb direkt oder indirekt mit einem ersten Ende der Welle gekoppelt. Dies lässt sich fertigungstechnisch besonders einfach realisieren. Dabei ist unter indirekter Kopplung zu verstehen, dass der Antrieb beispielsweise über einen Hebel oder Ähnliches auf die Welle einwirkt.
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Das Federelement greift dann bevorzugt an einem zweiten Ende der Welle an, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist. Dadurch wird beim Schließen der Klappen an beiden Enden ein Drehmoment auf die Welle ausgeübt.
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Alternativ kann das Federelement zwischen zwei Klappen an der Welle angreifen. Da insbesondere genau zwei Klappen vorhanden sind, greift das Federelement zwischen den beiden Klappen, also etwa in der Mitte der Welle, an dieser an.
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Das Federelement kann eine Spiralfeder oder eine Flachfeder sein; beide zeichnen sich durch geringe Herstellungskosten aus.
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Vorzugsweise stützt ein erstes Ende des Federelements sich an der Welle ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform greift das erste Ende des Federelements in eine Ausnehmung der Welle ein. Dabei kann das Federelement bereits an der Welle vormontiert werden, wodurch die vergleichsweise komplizierte Montage beider Enden des Federelements unter gleichzeitigem Spannen des Federelements bei der Endmontage des Moduls vermieden bzw. vereinfacht wird.
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Bevorzugt stützt sich ein zweites Ende des Federelements am Modulgehäuse ab, insbesondere an einem Vorsprung des Modulgehäuses. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer Vormontage des Federelements an der Welle.
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Ebenso kann ein zweites Ende des Federelements formschlüssig mit dem Modulgehäuse verbunden sein. Bevorzugt ist dann das erste Ende des Federelements nur an der Welle abgestützt, wodurch die Montage des Moduls ebenfalls erleichtert wird, da das Federelement am Modulgehäuse vormontiert werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist an einem Ende der Welle ein separat ausgebildetes Angriffselement für das Federelement vorgesehen, das insbesondere mit der Welle verrastet ist. Auch hierdurch wird eine vereinfachte Montage erreicht, da das Federelement entweder am separaten Angriffselement oder am Modulgehäuse vormontiert werden kann,
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Insbesondere ist das Angriffselement an einem zweiten Ende der Welle angeordnet, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist. Bei dieser Anordnung kann die Torsionsfestigkeit der Welle reduziert werden, wobei die Andrückkraft der Klappen in der Schließstellung erhalten bleibt.
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Alternativ kann natürlich das Angriffselement am ersten Ende der Welle, also an dem mit dem Antrieb gekoppelten Ende angeordnet sein.
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In einer Ausführungsvariante stützt ein erstes Ende des Federelements sich am Angriffselement ab, insbesondere stützt es sich an einem Vorsprung des Angriffselements ab oder greift in eine Ausnehmung des Angriffselements ein. Das zweite Ende des Federelements ist dann entweder formschlüssig mit dem Modulgehäuse verbunden, vorzugsweise wenn sich das erste Ende lediglich am Angriffselement abstützt, oder das Federelement stützt sich, wenn das erste Ende in eine Ausnehmung des Angriffselements eingreift, mit dem zweiten Ende am Modulgehäuse nur ab.
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Eine einfache Vormontagemöglichkeit des Federelements an der Welle wird erreicht, wenn das Federelement die Welle oder ein mit der Welle verbundenes Angriffselement in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt. Das zweite Ende, das mit dem Modulgehäuse zusammenwirkt, stützt sich dann vorzugsweise nur am Modulgehäuse ab.
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Das Federelement kann an zumindest einem seiner Enden abgewinkelt sein und mit dem abgewinkelten Ende formschlüssig gelagert sein, was eine konstruktiv einfache Lösung darstellt.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Moduls;
- - 2 eine perspektivische Ansicht einer Verstellmechanik, wie sie beim erfindungsgemäßen Modul eingesetzt wird;
- - 3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Moduls, die die Wirkungsweise des verwendeten Federelements veranschaulicht;
- - 4a eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- - 4b eine perspektivische Teilansicht des Moduls mit dem Federelement aus 4a in einer Schließstellung der Klappen;
- - 5a eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- - 5b eine perspektivische Teilansicht des Moduls mit dem Federelement aus 5a in einer Schließstellung der Klappen;
- - 5c eine perspektivische Teilansicht ähnlich 5b, jedoch in einer Öffnungsstellung der Klappen;
- - 6a eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- - 6b eine perspektivische Ansicht des Federelements aus 6a im Eingriff mit einer Verstellmechanik;
- - 6c eine perspektivische Teilansicht des Moduls mit dem Federelement aus 6a;
- - 7a eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- - 7b eine perspektivische Teilansicht des Moduls mit dem Federelement aus 7a;
- - 7c eine perspektivische Ansicht eines Angriffselements, das mit dem Federelement aus 7a zusammenwirkt;
- - 7d eine weitere perspektivische Ansicht des Angriffselements aus 7c;
- - 8a eine perspektivische Ansicht eines Federelements gemäß einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls;
- - 8b eine perspektivische Teilansicht des Moduls mit dem Federelement aus 8a; und
- - 8c eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe bestehend aus dem Federelement aus 8a sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Angriffselement.
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1 zeigt ausschnittsweise ein Modul 10 zur Beheizung, Belüftung und/oder Klimatisierung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs. Dieses weist ein Modulgehäuse 12 auf, in dem zwei Kanäle 14 ausgebildet sind. Die Kanäle 14 sind ungefähr in der Mitte des Modulgehäuses 12 durch eine Trennwand 16 voneinander getrennt und dienen dazu, in einen Fußraum der Fahrgastzelle klimatisierte Luft einströmen zu lassen.
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Zur Steuerung bzw. Regelung der Luftströmung in den Kanälen 14 ist eine Verstellmechanik 18 vorgesehen, die in 2 separat dargestellt ist. Die Verstellmechanik 18 weist eine Welle 20 auf, auf der zwei Klappen 22 angeordnet sind, wobei jede der Klappen 22 einen Kanal 14 wahlweise verschließen oder öffnen kann, um so die Luftströmung in den Fahrgastraum hinein zu beeinflussen.
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Ferner ist ein in 2 lediglich angedeuteter Antrieb 24 vorgesehen, der die Welle 20 zwischen einer Schließstellung, in der jede der Klappen 22 einen Kanal 14 verschließt, und mehreren Öffnungsstellungen, in der die Klappen 22 die Kanäle 14 ganz oder teilweise freigeben, verstellt. Die Welle 20 ist an insgesamt vier Lagerstellen 26, die sich jeweils in Axialrichtung A gesehen seitlich neben den Klappen 22 befinden, im Modulgehäuse 12 gelagert. Der Antrieb 24 ist bei der gezeigten Ausführungsform mit einem ersten Ende 28 der Welle 20 gekoppelt, und zwar direkt oder indirekt über Hebel bzw. eine entsprechende Kinematik.
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Um beim Modul 10 die Dichtheit beider Klappen 22 in der Schließstellung zu verbessern und insbesondere fertigungsbedingte Toleranzen der einzelnen Bauteile auszugleichen, die z.B. zu einem Winkelversatz der beiden Klappen 22 führen können, ist ein Federelement 30 vorgesehen, das die Welle 20 in die Schließstellung beaufschlagt. Dies ist schematisch in 3 gezeigt.
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Das Federelement 30 weist ein erstes Ende 32 auf, das sich an einem an der Welle 20 vorgesehenen Vorsprung 34 abstützt. Das entgegengesetzte zweite Ende 36 des Federelements 30 ist über Halteelemente 38 formschlüssig am Modulgehäuse 12 festgelegt. Durch die Vorspannung des Federelements 30 werden die Klappen 22 in der Schließstellung (in 3 mit durchgezogenen Linien veranschaulicht) gegen eine am jeweiligen Kanal 14 vorgesehene Dichtung 40 gedrückt, wodurch die Luftdichtheit der Klappen 22 auch gegen die statische bzw. dynamische Kraft des Luftstroms L sicher gewährleistet ist.
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In der geöffneten Stellung, die mit gestrichelten Linien angedeutet ist, erhöht sich die vom Federelement 30 auf die Welle ausgeübte Kraft, wodurch die Klappen 22 in Schließrichtung beaufschlagt werden. Das Federelement 30 wirkt also der Kraft des Luftstroms L entgegen und unterstützt den Antrieb 24 in Schließrichtung.
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Dabei weist das Federelement 30 vorzugsweise einen Angriffspunkt an der Welle 20 auf, der vom Angriffspunkt des Antriebs 24 an der Welle 20, nämlich dem ersten Ende 28 der Welle 20, in Axialrichtung A beabstandet ist. Auf diese Weise wird eine Torsion der Welle 20 verringert, weshalb es möglich ist, die Welle 20 im Vergleich zu bekannten Modulen mit geringerer Torsionsfestigkeit auszubilden.
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Die 4a und 4b zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 10, bei der das Federelement 30 als Spiralfeder mit zwei abgewinkelten Enden 32, 36 ausgebildet ist. Das Federelement 30 gemäß 4a ist im Bereich der Trennwand 16 angeordnet, greift also zwischen den beiden Klappen 22 an der Welle 20 an, indem das erste Ende 32 in eine Ausnehmung 42 der Welle 20 eingreift. Das zweite Ende 36 stützt sich an einem Vorsprung 44 des Modulgehäuses 12 ab, genauer greift das Ende 36 in eine Ausnehmung 46 im Vorsprung 44 ein. Beide Enden 32, 36 sind also bei dieser Ausführungsform formschlüssig gelagert. Dabei umgibt das Federelement 30 die Welle 20 in Umfangsrichtung vollständig.
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Die 5a bis 5c zeigen eine zweite Ausführungsform des Moduls mit einem Federelement 30, das als gebogene Flachfeder ausgebildet ist. Auch hier sind beide Enden 32 und 36 abgewinkelt, wobei das zweite Ende 36 sich lediglich am Modulgehäuse 12, genauer am Vorsprung 44, abstützt, jedoch nicht in eine Ausnehmung eingreift. Dies erleichtert die Montage des Federelements 30. Auch das Federelement 30 gemäß 5a umgibt die Welle 20 in Umfangsrichtung zu einem großen Teil und ist zwischen den Klappen 22 im Bereich der Trennwand 16 angeordnet.
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5b zeigt die Schließstellung der Klappen 22, in 5c befinden sich die Klappen 22 in der geöffneten Stellung.
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In den 6a bis 6c ist eine dritte Ausführungsform des Moduls mit einem Federelement 30 dargestellt, bei dem es sich um eine abgewinkelte Flachfeder handelt, wobei hier nur das erste Ende 32 des Federelements 30 umgebogen ist, das in eine Ausnehmung 42 der Welle 20 eingreift. Das zweite Ende 36 des Federelements 30 ist gerade ausgebildet und stützt sich lediglich am Modulgehäuse 12 ab.
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6b zeigt das Federelement 30 in Eingriff mit der Welle 20, 6c zeigt das Federelement 30 im Einbauzustand in der Schließstellung der Klappen 22.
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Die 7a bis 7d zeigen eine vierte Ausführungsform des Moduls mit einem Federelement 30, das als längliche Flachfeder mit zwei abgewinkelten Enden 32, 36 ausgebildet ist.
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Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen greift das Federelement 30 gemäß 7a an einem zweiten Ende 48 der Welle 20 an, das dem ersten Ende 28 entgegengesetzt ist. Genauer ist am zweiten Ende 48 der Welle 20 ein separat ausgebildetes Angriffselement 50 für das Federelement 30 vorgesehen, das zum größten Teil in die Welle 20 eingeschoben und mit dieser verrastet ist. Alternativ könnte das Angriffselement 50 natürlich am ersten Ende 28 der Welle 20, auf das der Antrieb 24 einwirkt, vorgesehen sein.
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Das Angriffselement 50 ist in den 7c und 7d separat dargestellt und weist einen Vorsprung 52 in Form eines angeformten Bolzens auf, an dem sich das erste Ende 32 des Federelements 30 abstützt (siehe 7b). Der Vorsprung 52 ist mit Bezug auf die Mittelachse A des Angriffselements 50 radial außen am Angriffselement 50 angebracht und vollführt bei Drehung der Welle 20 eine Bewegung entlang eines Kreisbogens. Das zweite Ende 36 des Federelements 30 ist über Halteelemente 38 formschlüssig mit dem Modulgehäuse 12 verbunden.
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7b zeigt das Modul 10 in der Schließstellung der Klappen 22; zum Öffnen der Klappen 22 dreht sich die Welle 20 entgegen dem Uhrzeigersinn, wodurch das Federelement 30 weiter gebogen und vorgespannt wird, da der Vorsprung 52 das erste Ende 32 des Federelements 30 in 7b nach rechts drückt.
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Die 8a bis 8c schließlich zeigen eine fünfte Ausführungsform des Moduls mit einem Federelement 30, das wiederum als Spiralfeder mit zwei abgewinkelten Enden 32, 36 ausgebildet ist. Auch hier ist am zweiten Ende 48 der Welle 20 ein Angriffselement 50 vorgesehen, wobei bei dieser Ausführungsform das Federelement 30 das Angriffselement 50 in Umfangsrichtung vollständig umgibt bzw. zur einfacheren Montage direkt auf dieses aufgesetzt ist. Das erste Ende 32 des Federelements 30 ist in einer Ausnehmung 54 des Angriffselements 50 gehalten. Das zweite Ende 36 des Federelements stützt sich an einem stiftförmigen Vorsprung 44 am Modulgehäuse 12 ab.
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Bei beiden Ausführungsformen der 7a bis 7d bzw. der 8a bis 8c ist eine einfache Montage gegeben, da das Federelement 30 entweder zunächst formschlüssig am Modulgehäuse 12 (7a bis 7d) bzw. am Angriffselement 50 (8a bis 8c) angebracht wird und sich das jeweils andere Ende 32 bzw. 36 des Federelements 30 nur abstützt, was die Endmontage erleichtert.
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Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die verwendeten Federelemente 30 sehr einfach und damit kostengünstig ausgebildet sind und sich zudem leicht montieren lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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