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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei Klimaanlagen für ein Kraftfahrzeug sind in einem Gehäuse ein Kaltluftweg und ein Warmluftweg vorgesehen, wobei durch den Kaltluftweg im Vergleich kalte Luft und durch den Warmluftweg im Vergleich warme Luft strömt. Durch einen Lufteinlass strömt Luft in das Gehäuse ein, wobei diese Luft eine Frischluft und/oder Umluft sein kann. Diese Luft strömt stromabwärts des Lufteinlasses durch einen Verdampfer und optional weiterhin auch durch einen Heizkörper. Die den Verdampfer durchströmende Luft wird abgekühlt und ist entsprechend kalte Luft. Die kalte Luft strömt entsprechend beginnend von dem Verdampfer in dem Kaltluftweg. Die den Heizkörper durchströmende Luft wird erwärmt und ist entsprechend warme Luft. Die warme Luft strömt beginnend von einem Heizkörper in dem Warmluftweg.
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Um einen Luftstrom mit einer definierten Temperatur, die zwischen der Temperatur der kalten Luft und der Temperatur der warmen Luft liegt, zu erzeugen, wird ein erster Anteil kalter Luft und ein zweiter Anteil warmer Luft in eine Mischkammer eingeleitet und dort gemischt, wobei die gemischte Luft in zumindest einen nachgelagerten Luftkanal geleitet wird, um die temperierte Luft beispielsweise in den Innenraum des Kraftfahrzeugs einzuleiten.
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Es sind Klimaanlagen bekannt, bei welchen eine Mischklappe vorgesehen ist, welche das Mischungsverhältnis von warmer Luft zu kalter Luft in der Mischkammer steuert. Auch sind Klimaanlagen bekannt, bei welchen eine Klappe im Warmluftweg und eine Klappe im Kaltluftweg angeordnet sind, um das Mischungsverhältnis von warmer Luft und kalter Luft in der Mischkammer zu steuern. Dabei werden solche Klappen von Elektromotoren angetrieben, welche die Klappen um eine Drehachse gleichmäßig verdrehen. Zur geeigneten Steuerbarkeit der Temperatur der gemischten Luft ist es wünschenswert, wenn die Lufttemperatur der gemischten Luft möglichst linear zwischen der Temperatur der kalten Luft und der Temperatur der warmen Luft steuerbar ist. Um eine optimale Steuerbarkeit der Mischtemperatur zu erreichen sollte der Anstieg der Mischtemperatur von kalt nach warm möglichst linear ansteigen.
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Dabei entsteht allerdings das Problem, dass die Drosselwirkung der einen Mischklappe oder der verwendeten beiden Klappen im Warmluftweg und im Kaltluftweg sich nicht linear mit der Verdrehung der jeweiligen Klappe verändert. Eine der Ursachen ist, dass der luftseitige Strömungswiderstand im Kaltluftweg deutlich niedriger ist als im Warmluftweg, da die Luft im Warmluftweg nach dem Verdampfer zusätzlich noch durch zumindest einen Heizkörper bzw. Heizwärmetauscher strömt, bevor sie die Mischkammer erreicht, während die Luft im Kaltluftweg nach dem Verdampfer direkt in die Mischkammer strömt. Folglich stellt die kalte Luft bei der Durchmischung in der Mischkammer den dominanteren Anteil, was zu einem so genannten Durchhängen des Temperaturverlaufs von kalt nach warm führt.
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Eine Verbesserung kann dadurch erreicht werden, dass zwei Klappen verwendet werden, die jeweils einen eigenen Antriebsmotor aufweisen und so unabhängig voneinander gesteuert werden können. So kann die Linearität des Temperaturverlaufs von kalt nach warm verbessert werden, was jedoch den entscheidenden Nachteil hat, dass die Kosten für eine solche Klappenanordnung erheblich ansteigen, was nicht erwünscht ist.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher eine verbesserte Steuerbarkeit der Mischtemperatur mit nur einer Mischklappe erfolgt, so dass der Anstieg der Mischtemperatur von kalt nach warm linearer ansteigt als es im Stand der Technik bekannt ist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Lufteinlass zum Einlassen von Luft aufweist und in dem Gehäuse ein Kaltluftweg vorgesehen ist, in welchem kalte Luft strömt und in dem Gehäuse ein Warmluftweg vorgesehen ist, in welchem warme Luft strömt, wobei der Warmluftweg und der Kaltluftweg in eine Mischkammer münden, wobei eine Mischklappe vorgesehen ist zur Steuerung des in die Mischkammer strömenden Anteils kalter Luft und des in die Mischkammer strömenden Anteils warmer Luft, wobei die Mischklappe um eine Achse verdrehbar angeordnet ist und von einem Klappenantrieb angetrieben wird, welcher eine Antriebswelle aufweist, wobei zwischen der Mischklappe und der Antriebswelle ein Getriebe mit einer nicht-linearen Übersetzungscharakteristik vorgesehen ist. Dadurch wird es möglich, die Verstellung der Mischklappe in verschiedenen Betriebsstellungen den Erfordernissen besser anzupassen, so dass die Regelkurve für die Mischung von kalter und warmer Luft ausgehend von kalt nach warm einen deutlich lineareren Verlauf aufweist, als es im Stand der Technik bekannt ist.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Getriebe eine über den Drehwinkel der Antriebswelle des Klappenantriebs veränderliche Übersetzung aufweist. So wird es möglich, dass ausgehend von der Betriebsstellung 100% kalt eine steilere Kennlinie resultiert als im Stand der Technik und es ist weiterhin optional auch möglich, dass hin zu einer Betriebsstellung nach 100% warm eine Abflachung der im Stand der Technik sehr steilen Kennlinie resultiert, so dass insgesamt eine stärker lineare Kennlinie resultiert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn das Getriebe ein Zahnradgetriebe ist, welches eine über den Drehwinkel der Antriebswelle des Klappenantriebs veränderliche Zahnradübersetzung aufweist. Alternativ kann das Getriebe auch ein Umschlingungsgetriebe oder ein Reibradgetriebe sein, welches eine über den Drehwinkel veränderliche Übersetzung aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass über die Lebensdauer des Antriebs der Mischklappe die gewünschte Verstellcharakteristik der Mischklappe vorliegt.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt ist, dass die Drehung der Mischklappe aus der Betriebsstellung 100% kalt schneller erfolgt als aus der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm und aus der Betriebsstellung 100% warm, bei gleichem Drehwinkel der Antriebswelle. Damit wird erreicht, dass bei einer Verstellung die Drehgeschwindigkeit der Mischklappe bei einer Betriebsstellung 100% kalt schneller in Richtung warm erfolgt als aus einer eher warmen Betriebsstellung, so dass die Dominanz der Kaltluft in der Mischkammer durch eine schnellere Verstellung der Mischklappe reduziert wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt ist, dass die Drehung der Mischklappe aus der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm schneller erfolgt als aus der Betriebsstellung 100% warm, bei gleichem Drehwinkel der Antriebswelle.
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Auch damit wird erreicht, dass bei einer Verstellung die Drehgeschwindigkeit der Mischklappe bei einer Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm schneller in Richtung warm erfolgt als aus einer 100% warmen Betriebsstellung, so dass die Dominanz der Kaltluft in der Mischkammer auch dann noch durch eine schnellere Verstellung der Mischklappe reduziert wird als bei vollständig warmer Betriebsstellung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt ist, dass die Übersetzung in der Betriebsstellung 100% kalt etwa größer als 1 ist, in der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm etwa 1:1 ist und in der Betriebsstellung 100% warm etwa kleiner als 1 ist. Damit wird eine Verstellcharakteristik geschaffen, bei der die Verstellgeschwindigkeit der Mischklappe bei überwiegend kalter Luft schneller ist als bei etwa ausgeglichener Luft und die Verstellgeschwindigkeit der Mischklappe bei ausgeglichener Luft schneller ist als bei überwiegend warmer Luft.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt ist, dass die Übersetzung in der Betriebsstellung 100% kalt etwa X:1 ist, in der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm etwa 1:1 ist und in der Betriebsstellung 100% warm etwa 1:X ist, mit X > 1. Damit wird eine Verstellcharakteristik geschaffen, bei der die Verstellgeschwindigkeit der Mischklappe bei überwiegend kalter Luft X-fach schneller ist als bei etwa ausgeglichener Luft und die Verstellgeschwindigkeit der Mischklappe bei ausgeglichener Luft X-fach schneller ist als bei überwiegend warmer Luft.
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Vorteilhaft gilt für X: X liegt im Bereich von 1,5 bis 5, vorzugsweise 1,5; 2; 2,5; 3; 4 oder 5 oder Zwischenwerte davon. Damit lassen sich sinnvolle Linearisierungen der Verstellkennlinie erreichen.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn der Kaltluftweg von einem Verdampfer bis zu der Mischkammer führt und der Warmluftweg von einem Heizkörper oder Heizwärmeübertrager zu der Mischkammer führt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn in dem Gehäuse ein Gebläse vorgesehen ist, zum Ansaugen von Luft durch den Lufteinlass und/oder dass zumindest ein Luftauslass vorgesehen ist, zum Auslassen kalter Luft, warmer Luft oder gemischter Luft.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Figurenliste
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage in einem Betriebspunkt, in welchem im Wesentlichen nur kalte Luft in die Mischkammer strömt,
- 2 eine Ansicht der Mischlappe gemäß 1 mit Antriebszahnrädern,
- 3 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage in einem Betriebspunkt, in welchem im Wesentlichen kalte Luft und warme Luft jeweils etwa hälftig in die Mischkammer strömen,
- 4 eine Ansicht der Mischlappe gemäß 3 mit Antriebszahnrädern,
- 5 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage in einem Betriebspunkt, in welchem im Wesentlichen nur warme Luft in die Mischkammer strömt,
- 6 eine Ansicht der Mischlappe gemäß 5 mit Antriebszahnrädern, und
- 7 ein Diagramm zur Darstellung von Regelkurven.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Klimaanlage 1 für ein Kraftfahrzeug, wobei die Klimaanlage ein Gehäuse 2 aufweist. In dem Gehäuse 2 ist ein Gebläse 3 vorgesehen, zum Ansaugen von Luft durch einen Lufteinlass 4. Der Lufteinlass 4 kann zum Einlassen von Frischluft und/oder von Umluft vorgesehen sein. Dazu kann je nach Ausbildung eine Frischluft-/Umluft-Klappe vorgesehen sein, welche zwischen Frischluft bzw. Umluft oder eine Mischung daraus umschalten lässt.
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Weiterhin weist das Gehäuse 2 zumindest einen Luftauslass bzw. Luftaustritt 25 auf, zum Auslassen kalter Luft, warmer Luft oder gemischter Luft. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei Luftauslässe bzw. Luftaustritte 25, 26 vorgesehen, durch welche temperierte Luft beispielsweise in einen Fahrzeuginnenraum ausgelassen werden kann. Auch können mehr als zwei Luftauslässe 25, 26 vorgesehen sein, die optional auch mit zumindest einer Klappe auch steuerbar sein können. So kann beispielsweise zumindest ein Fussraumluftaustritt, zumindest ein Belüftungsaustritt und/oder zumindest ein Defrostaustritt vorgesehen sein.
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In dem Gehäuse 2 ist ein erster Luftweg 5 vorgesehen, welcher von dem Gebläse 3 bzw. von dem Lufteinlass 4 zu einem Verdampfer 7 führt. Dieser Verdampfer 7 ist optional und kann auch entfallen. Der Verdampfer 7 kühlt die ihn durchströmende Luft ab, so dass stromabwärts des Verdampfers 7 kalte Luft vorliegt. Der Luftstrom nach dem Verdampfer 7 teilt sich auf einen Kaltluftweg 8, welcher vom Verdampfer 7 zu einer Mischkammer 9 führt und auf einen weiteren Luftweg 10 auf, der zu einem Heizkörper 11 bzw. Heizungswärmetauscher führt, welcher durchströmt wird. Stromabwärts des Heizkörpers 11 ist ein Warmluftweg 12 vorgesehen, durch welchen im Heizkörper 11 erwärmte Luft strömt, die in die Mischkammer 9 mündet. In dem Gehäuse 2 ist somit zumindest ein Kaltluftweg 8 vorgesehen, in welchem kalte Luft strömt und in dem Gehäuse 2 ist weiterhin ein Warmluftweg 12 vorgesehen, in welchem warme Luft strömt. Dabei ist warme Luft wärmer als die kalte Luft, die beispielsweise von dem Verdampfer abgekühlt ist. Falls kein Verdampfer vorgesehen sein sollte, wäre die kalte Luft dennoch als Frischluft und/oder Umluft kälter als die warme Luft.
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Gemäß 1 münden der Warmluftweg 12 und der Kaltluftweg 8 in eine Mischkammer 9, in welche die Luft aus dem Kaltluftweg 8 und dem Warmluftweg 12 jeweils mündet.
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Weiterhin ist eine Mischklappe 14 vorgesehen zur Steuerung des in die Mischkammer 9 strömenden Anteils kalter Luft und des in die Mischkammer 9 strömenden Anteils warmer Luft. Dabei ist die Mischklappe 14 um eine Achse 15 verdrehbar angeordnet und von einem Klappenantrieb 16 angetrieben, siehe 2. Die Mischklappe 14 ist als Trommelklappe ausgebildet mit einer von der Achse 15 entfernt angeordneten Wandung, die beispielsweise bogenförmig ausgebildet ist.
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Der Klappenantrieb 16 weist eine Antriebswelle 17 auf, welche beim Antreiben verdreht wird.
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Gemäß dem Erfindungsgedanken ist zwischen der Mischklappe 14 und der Antriebswelle 17 ein Getriebe 18 mit einer nicht-linearen Übersetzungscharakteristik vorgesehen.
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Das Getriebe 18 weist eine über den Drehwinkel der Antriebswelle 17 des Klappenantriebs 16 veränderliche Übersetzung auf.
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Die 2 zeigt, dass das Getriebe 18 ein Zahnradgetriebe ist, welches eine über den Drehwinkel der Antriebswelle 17 des Klappenantriebs 16 veränderliche Zahnradübersetzung aufweist. Alternativ kann das Getriebe 18 auch ein Umschlingungsgetriebe oder ein Reibradgetriebe sein, welches eine über den Drehwinkel veränderliche Übersetzung aufweist, was jedoch nicht gezeigt ist.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt, dass die Drehung der Mischklappe 14 aus der Betriebsstellung 100% kalt schneller erfolgt als aus der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm und aus der Betriebsstellung 100% warm, bei gleichem Drehwinkel der Antriebswelle 17.
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Die 1 zeigt eine Darstellung der Klimaanlage 1 in einer Betriebsstellung 100% kalt, so dass nur kalte Luft in die Mischkammer 9 strömt und der Warmluftweg 12 durch die Mischklappe 14 verschlossen ist. In 2 ist zu erkennen, dass das Zahnrad 19 auf der Antriebswelle 17 einen großen Radius r1 aufweist und das Zahnrad 20 an der Mischklappe 14 einen kleinen Radius r2 hat. Es liegt also eine Übersetzung ins Schnelle vor.
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Die 3 zeigt eine Darstellung der Klimaanlage 1 in einer Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm, so dass kalte Luft und warme Luft etwa gleichanteilig in die Mischkammer 9 strömt, wobei der Kaltluftweg 8 und der Warmluftweg 12 anteilig durch die Mischklappe 14 geöffnet sind. In 4 ist zu erkennen, dass das Zahnrad 19 auf der Antriebswelle 17 einen etwa gleich großen Radius r1 aufweist wie das Zahnrad 20 an der Mischklappe 14 mit seinem Radius r2. Es liegt also weder eine Übersetzung ins Schnelle noch ins Langsame vor.
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Die 5 zeigt eine Darstellung der Klimaanlage 1 in einer Betriebsstellung 100% warm, so dass nur warme Luft in die Mischkammer 9 strömt und der Kaltluftweg 8 durch die Mischklappe 14 verschlossen ist. In 6 ist zu erkennen, dass das Zahnrad 19 auf der Antriebswelle 17 einen kleinen Radius r1 aufweist und das Zahnrad 20 an der Mischklappe 14 einen großen Radius r2 hat. Es liegt also eine Untersetzung ins Langsame vor.
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Die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung ist also derart gewählt, dass die Drehung der Mischklappe 14 aus der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm schneller erfolgt als aus der Betriebsstellung 100% warm, bei gleichem Drehwinkel der Antriebswelle.
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Auch ist die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt, dass die Übersetzung in der Betriebsstellung 100% kalt etwa größer als 1 ist, in der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm etwa 1:1 ist und in der Betriebsstellung 100% warm etwa kleiner als 1 ist. Man kann auch ausdrücken, dass die nicht-lineare Übersetzung bzw. Zahnradübersetzung derart gewählt ist, dass die Übersetzung in der Betriebsstellung 100% kalt etwa X:1 ist, in der Betriebsstellung 50% kalt und 50% warm etwa 1:1 ist und in der Betriebsstellung 100% warm etwa 1:X ist, mit X > 1, wobei insbesondere für X gilt: X liegt im Bereich von 1,5 bis 5, vorzugsweise 1,5; 2; 2,5; 3; 4 oder 5 oder Zwischenwerte davon.
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Die 7 zeigt ein Diagramm, in welchem Regelkurven gezeigt sind, die eine Temperatur als Funktion des Drehwinkels des Antriebs darstellen. Dabei ist der Drehwinkel von 0%, also der Kaltstellung, bis 100%, also der Warmstellung, aufgetragen. Dabei zeigen die Kurven 50 und 51 Kurven der Temperatur am Luftaustritt 25 und am Luftaustritt 26 mit einer direkten 1:1 Übersetzung zwischen der Antriebswelle 17 und der Mischklappe 14. Man erkennt, dass die Kurven 50 und 51 sehr zu kälteren Temperaturen durchhängen.
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Es zeigen weiterhin die Kurven 52 und 53 Kurven der Temperatur am Luftaustritt 25 und am Luftaustritt 26 mit einer nichtlinearen Übersetzung zwischen der Antriebswelle 17 und der Mischklappe 14. Man erkennt, dass die Kurven 52 und 53 eher linear sind und weniger stark durchhängen.
