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Die Erfindung betrifft ein Klappensystem für ein Heizungs-, Lüftungs-, Klima-Gerät (HLK-Gerät) zur Umluft-Frischluft-Steuerung in einem Kraftfahrzeug und ein HLK-Gerät mit einem Klappensystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Umluft-Frischluft-Steuerung in dem Kraftfahrzeug.
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Heizungs-, Lüftungs-, Klima-Geräte (HLK-Geräte) von Kraftfahrzeugen verfügen in der Regel über eine Umluft-Funktion. Die Umluft-Funktion dient zur Vermeidung eines Geruchs- und/oder Schadstoffeintrags aus der Umgebung in das Fahrzeuginnere und trägt darüber hinaus zur Reduzierung des Energieverbrauchs während der Klimatisierung bei. Die Energieeinsparung wird dadurch erreicht, dass bei der Klimatisierung durch die im Fahrzeug befindliche vorkonditionierte Luft im Umluft-Betrieb eine geringere Temperaturdifferenz im Vergleich zur Frischluftkonditionierung überwunden werden muss. Ein dauerhafter Umluft-Betrieb kann jedoch auch zu Problemen führen. So steigt im Umluft-Betrieb das Risiko für beschlagene Fensterscheiben durch einen Anstieg der Luftfeuchtigkeit. Weiterhin nimmt die Luftqualität durch den Sauerstoffverbrauch der Fahrzeuginsassen in der Fahrzeugkabine ab. Eine Kompromisslösung, welche eine Energieeinsparung und eine adäquate Luftqualität ermöglicht, besteht darin, dass das HLK-Gerät mit einer Teilluftzufuhr betrieben wird. Dabei wird eine Mischung aus Frischluft und Umluft aus dem Fahrzeuginneren bereitgestellt und zur Fahrzeuginnenraumbelüftung eingesetzt. Dieses Verfahren bringt weitere Herausforderungen mit sich, denn mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit kann im Ansaugtrakt des HLK-Geräts ein Staudruck entstehen. Dieser Staudruck verursacht eine zum Teil unerwünschte Erhöhung der geförderten Luftmenge. Eine Kompensation ist nur im begrenzten Maß durch eine Reduzierung der Gebläseleistung möglich, da das Gebläse mit einer Mindestleistung betrieben werden sollte. Einige HLK-Systeme setzen daher zusätzlich eine Staudruckkompensation ein, indem im Lufteinlass der Querschnitt der Frischluftöffnung reduziert ist. Erreicht wird diese Querschnittsreduktion durch eine weitere Steuerklappe (Frischluftklappe) zur Beeinflussung der Frischluftströmung. Als vorteilhaft erweist sich eine Staudruckkompensation insbesondere im Teilluftbetrieb, bei welchem Umluft und Frischluft gemischt werden, denn im Teilluftbetrieb besteht die Gefahr, dass Frischluft aufgrund des hohen Drucks direkt durch eine Öffnung für die Umluftströmung unkonditioniert in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Dies tritt insbesondere bei niedriger Gebläseleistung und somit bei niedrigem Luftdurchsatz auf. Der Ansaugunterdruck des Gebläses des HLK-Gerätes reicht in diesem Fall nicht aus, um die mit Überdruck beaufschlagte Frischluft abzusaugen. Eine Staudruckkompensation durch eine Steuerklappe kann dem entgegenwirken.
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Bei den bislang bekannten Lösungen von HLK-Geräten, welche in verschiedenen Fahrzeugtypen eingesetzt werden, wird zur Staudruckkompensation eine separate Frischluftklappe mit einem separaten Stellantrieb zur Beeinflussung der Frischluftströmung eingesetzt. Die Frischluftklappe ist somit separat und unabhängig von weiteren Klappen, beispielsweise der Umluftklappe, verstellbar - erfordert jedoch einen eigenen Stellantrieb, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Andere Lösungen nutzen mechanische Kopplungen zwischen der Frischluftklappe und der Umluftklappe, wobei aufwändige Kurvenscheiben mit Kulissenführungsbahnen eingesetzt werden, um eine Klappenverstellung zu ermöglichen. Dabei sind Zapfen von Hebeln in den Kulissenführungsbahnen geführt, wobei die Hebel mit den entsprechenden Klappen verbunden sind. In diesem Fall wird mit einem Stellantrieb eine Kulissenscheibe angetrieben. Jede Klappe erhält dabei eine eigene Kulissenscheibe, über welche eine Bewegung zur Verstellung an einen Hebel übertragen wird. Derartige mechanische Kopplungen benötigen aufwändige Getriebe oder mehrfach gelenkige Hebelanordnungen mit Kurvenscheiben und entsprechenden Führungsbahnen, welche aufgrund ihrer Komplexität oftmals in einem separaten Gehäuse untergebracht sind und/oder eine separate Trägerplatte erfordern. Im Falle einer solchen Kopplung von Klappen entsteht ein zusätzliches Spiel im Antrieb. Dies wirkt sich negativ auf die Genauigkeit der Einstellung der Teilluftmenge und der Staudruckkompensation aus. Zudem benötigen die bekannten Lösungen einen vergleichsweise großen Bauraum.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches, platzsparendes und kostengünstigeres Klappensystem für ein Heizungs-, Lüftungs-, Klima-Gerät (HLK-Gerät) zur Umluft-Frischluft-Steuerung mit Staudruckkompensationsfunktion in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Klappensystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein HLK-Gerät gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Klappensystem ist für ein Heizungs-, Lüftungs-, Klima-Gerät (HLK-Gerät) zur Umluft-Frischluft-Steuerung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei das HLK-Gerät Strömungskanäle für Umluft und für Frischluft sowie einen Mischraum aufweist, in welchem Umluft und Frischluft zur Belüftung eines Fahrzeuginnenraums miteinander gemischt werden können. Erfindungsgemäß weist das Klappensystem zwei um eine Drehachse verstellbare Drehklappen und einen Stellantrieb auf, von welchem eine der beiden Drehklappen zur Verstellung direkt angetrieben ist. Eine Antriebswelle der direkt angetriebenen Drehklappe weist eine Kulissenscheibe mit einer Führungsbahn auf, in welcher ein mit einem Antriebshebel der weiteren Drehklappe mechanisch gekoppelter Pendelhebel derart geführt ist, dass eine Rotation der Kulissenscheibe einen indirekten Antrieb zur Verstellung der weiteren Drehklappe bewirkt. Aufgrund des direkten Antriebs und des von dem direkten Antrieb abhängigen indirekten Antriebs ist eine der Drehklappen jeweils mit nur einem Stellantrieb zwischen einer ersten Geschlossen-Position und einer zweiten Geschlossen-Position in eine Geöffnet-Position bewegbar. Erfindungsgemäß ist eine Drehklappe eine dem Strömungskanal für Frischluft zugeordnete Frischluftdrehklappe zur Beeinflussung einer Frischluftströmung, wobei die andere Drehklappe eine dem Strömungskanal für Umluft zugeordnete Umluftdrehklappe zur Beeinflussung einer Umluftströmung ist.
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Die mechanische Kopplung zwischen dem Pendelhebel und dem Antriebshebel bewirkt, dass die indirekt angetriebene Drehklappe, welche die Umluftdrehklappe sein kann, ohne eigenen Stellantrieb in Abhängigkeit von einer Verstellung der direkt angetriebenen Drehklappe, welche die Frischluftdrehklappe sein kann, verstellbar ist. Die Kombination der Elemente Kulissenscheibe, Pendelhebel und Antriebshebel wird als Kurvengetriebe bezeichnet. Das Kurvengetriebe weist demzufolge eine Kulissenscheibe mit einer Führungsbahn und einem in der Führungsbahn geführten Pendelhebel auf, welcher mit einem Antriebshebel einer Antriebswelle der Drehklappe so zusammenwirkt, dass eine Rotation der Kulissenscheibe eine Rotationsbewegung beider Drehklappen bewirkt.
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Der Strömungskanal für die Frischluft und die Frischluftdrehklappe sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass die Frischluftklappe zumindest zwei Geschlossen-Positionen aufweist, wobei die Frischluftklappe zumindest von einer ersten Geschlossen-Position in eine Geöffnet-Position sowie von der Geöffnet-Position in die erste Geschlossen-Position oder in eine zweite Geschlossen-Position bewegbar ist. An den Geschlossen-Positionen weisen die Strömungskanäle Klappenanschläge auf.
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Der Pendelhebel ist um einen Drehpunkt drehbar und kann an einer Gehäusewand des HLK-Gerätes gelagert sein.
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Der Stellantrieb kann ein elektrisch betriebener Motor sein. In Sinne der Erfindung bedeutet Direktantrieb , dass zum Antrieb der einer Drehklappe zwischen dem Stellantrieb und der Drehklappe kein Getriebe angeordnet ist.
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Indem der Stellantrieb direkt mit einer Drehklappe gekoppelt ist, wird ein Bewegungsspiel beim Verstellen dieser direkt angetriebenen Drehklappe verringert beziehungsweise minimiert, wodurch die Präzision bei der Beeinflussung der Luftströmung verbessert wird. Der Stellantrieb und die Kopplung zwischen dem Stellantrieb und der Drehklappe sind derart ausgebildet, dass die Rotationsbewegung der Drehklappe nahezu kein Bewegungsspiel aufweist. Unerwünschte Getriebegeräusche werden durch den Direktantrieb verringert.
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Im Vergleich zu den bekannten Lösungen, bei welchen für jede Drehklappe ein separates Kurvengetriebe mit separaten Führungsbahnen vorgesehen sind, entfällt bei der erfindungsgemäßen Lösung ein separates Kurvengetriebe für eine der beiden Klappen. Das erfindungsgemäße Klappensystem weist somit eine geringe Komplexität auf und ist mit geringerem fertigungstechnischen Aufwand herstellbar.
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Zur Realisierung der beiden Geschlossen-Positionen der Drehklappen können Klappenanschläge in den Strömungskanälen für Frischluft und für Umluft ausgebildet sein. Ferner können die Drehklappen entsprechend geometrisch ausgestaltet und so mit dem jeweiligen Strömungskanal zusammenwirken, um die gewünschten Geschlossen-Positionen zu gewährleisten.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Klappensystems kann vorgesehen sein, dass die mechanische Kopplung zwischen dem Antriebshebel der indirekt angetriebenen Drehklappe und dem Pendelhebel als ineinandergreifende Verzahnung ausgebildet ist. Dabei können die gegenüberliegenden Enden des Antriebshebels und des Pendelhebels bereichsweise als ineinandergreifende Stirnräder ausgebildet sein. Das heißt, die gegenüberliegenden Stirnseiten weisen Zähne auf, welche zur Kraftübertragung ineinandergreifen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Klappensystems kann vorgesehen sein, dass die mechanische Kopplung zwischen dem Antriebshebel der indirekt angetriebenen Drehklappe und dem Pendelhebel als Gelenkverbindung ausgebildet ist, wobei die Gelenkverbindung eine Zapfen-Nut-Verbindung ist. Die Nut-Zapfen-Verbindung ermöglicht eine gelenkige Pendelbewegung der ortsfest angeordneten Komponenten Antriebshebel und Pendelhebel.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die mechanische Kopplung zwischen dem Antriebshebel der indirekt angetriebenen Drehklappe und dem Pendelhebel als Gelenkverbindung mit einer Koppel ausgebildet ist. Durch die Verwendung der Koppel weist die mechanische Kopplung ein zusätzliches Gelenk auf, was bei der räumlichen Anordnung der Drehklappen von Vorteil ist. So können für den indirekten Antrieb beispielsweise größere Distanzen zwischen den Drehklappen überwunden werden. Anderseits ist dadurch auch eine Anordnung der Drehklappen auf sehr engem Raum ermöglicht.
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Der Verlauf der Führungsbahn kann eine Übersetzung zwischen der Verstellbewegung zwischen der direkt angetriebenen Drehklappe und der indirekt angetriebenen Drehklappe bewirken. Es kann demnach ein Verlauf der Führungsbahn vorgegeben sein, bei welchem eine Winkelverstellung der indirekt angetriebenen Drehklappe bei einer Winkelverstellung der durch Rotation der Kulissenscheibe direkt angetriebenen Drehklappe größer oder kleiner ist als die Winkelverstellung der direkt angetriebenen Drehklappe. Darüber hinaus können die Drehachsen der beiden Drehklappen einen vorgegebenen Winkelversatz aufweisen. Dieser Winkelversatz kann an die geometrischen Gegebenheiten der Strömungskanäle und die räumliche Anordnung der Drehklappen angepasst sein.
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Die Drehklappen weisen vorzugsweise jeweils separate Antriebswellen auf, wobei die Antriebswellen in der Gehäusewand des HLK-Geräts gelagert sind.
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Die Kulissenscheibe und der Stellantrieb können am gleichen Ende der Antriebswelle der direkt angeriebenen Drehklappe angeordnet sein. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch eine Anordnung vorgesehen sein, bei welcher der Stellantrieb am gegenüberliegenden Ende dieser Antriebswelle der Kulissenscheibe gegenüberliegend angeordnet ist. Der Stellantrieb kann somit an beiden Enden der Antriebswelle angeordnet sein. Zur Verbindung mit dem Stellantrieb können die Enden der Antriebswelle gezahnte Zapfen aufweisen, auf welche der Stellantrieb aufgesteckt werden kann.
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Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Klappensystems kann vorgesehen sein, dass die direkt angetriebene Drehklappe und die indirekt angetriebene Drehklappe räumlich derart zueinander angeordnet und positioniert sind, dass die Drehklappen in zumindest einer Verstellposition so gegeneinander schließen, dass der Strömungskanal für Umluft und der Strömungskanal für Frischluft geschlossen sind. Dadurch, dass Drehklappen in einer Verstellposition gegeneinander schließen, wird kein zusätzlicher Klappenanschlag für eine der beiden Geschlossen-Stellungen der Drehklappen benötigt. Die räumlich kompakte Anordnung der Drehklappen trägt weiterhin zu einer noch kompakteren und platzsparenden Konzeption bei.
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Die Antriebswellen für die Drehklappen, das heißt für die Frischluftdrehklappe und die Umluftdrehklappe, können durch die Gehäusewand des HLK-Geräts hindurchführend gelagert sein, wobei der Stellantrieb und die Kulissenscheibe außerhalb der Gehäusewand des HLK-Geräts angeordnet sind. Indem der Stellantrieb und das Kurvengetriebe, das heißt die Komponenten für den direkten Antrieb und den indirekten Antrieb, außerhalb der Gehäusewand des HLK-Geräts angeordnet sind, ist im Wartungsfall ein einfacher Zugang zum Kurvengetriebe gewährleistet. Der Stellantrieb und die Komponenten des Kurvengetriebes können somit auf einfache Weise ausgetauscht werden, ohne dass das Gehäuse des HLK-Geräts geöffnet werden muss.
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Vorteilhaft kann der Verlauf der Führungsbahn derart gestaltet sein, dass zumindest fünf verschiedene Verstellkombinationen der Drehklappen ermöglicht sind. Demzufolge kann insbesondere der Verlauf der Führungsbahn der Kulissenscheibe so ausgebildet sein, dass die nachfolgend erläuterten Verstellkombinationen realisierbar sind. Die direkt angetriebene Drehklappe kann die Frischluftdrehklappe sein, wobei die indirekt angetriebene Drehklappe die Umluftdrehklappe ist. Nachfolgend sind Verstellkombinationen für eine Konstellation erläutert, bei welcher die direkt angetriebene Drehklappe die Frischluftdrehklappe ist, wobei die indirekt angetriebene Drehklappe die Umluftdrehklappe ist. Die Führungsbahn der Kulissenscheibe erzeugt ein entsprechendes Bewegungsprofil für den indirekten Antrieb zur Verstellung der Umluftdrehklappe in Abhängigkeit von der Verstellung der Frischluftdrehklappe.
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Gemäß einer ersten Verstellkombination kann die Frischluftdrehklappe in der ersten Geschlossen-Position sein, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geöffnet-Position ist. Diese erste Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Umluft-Betrieb.
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Gemäß einer zweiten Verstellkombination kann die Frischluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position sein, wobei die Umluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position ist. Diese zweite Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Teilluftbetrieb, wobei eine Mischung aus Umluft und Frischluft bereitgestellt wird. Eine Staudruckkompensation im Teilluftbetrieb kann durch Verschieben der Querschnittsverhältnisse mit Reduzierung des Querschnitts für die Frischluft erreicht werden.
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Gemäß einer dritten Verstellkombination kann die Frischluftdrehklappe in einer Geöffnet-Position oder Gedrosselt-Position sein, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position ist. Diese dritte Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Frischluftbetrieb.
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Gemäß einer vierten Verstellkombination kann die Frischluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position sein, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position ist. Diese vierte Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Staudruckkompensationsbetrieb.
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Gemäß einer fünften Verstellkombination kann die Frischluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position oder nahezu Geschlossen-Position sein, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position ist. Dieser fünfte Betriebsmodus entsprich einer maximalen Staudruckkompensation.
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Zusätzlich kann eine sechste Verstellkombination der Drehklappen vorgesehen sein, bei welcher die Frischluftdrehklappe in der zweiten Geschlossen-Position ist, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position ist. Diese sechste Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus alles geschlossen, was einem ausgeschalteten Zustand des HLK-Gerätes entspricht, da die Luftzufuhr unterbrochen ist. Die sechste Verstellkombination ist beispielsweise für den Transport des HLK-Geräts vorgesehen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Heizungs-, Lüftungs-, Klima-Gerät (HLK-Gerät), in welchem das erfindungsgemäße Klappensystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Umluft-Frischluft-Steuerung in dem Kraftfahrzeug eingesetzt ist.
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung:
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Bei den bisher bekannten Lösungen ist die Kurvenscheibe beziehungsweise die Kulissenscheibe oftmals größer dimensioniert als das Anschraublochbild des Stellantriebs. Zum Befestigen des Stellantriebs wird daher eine Trägerplatte zur Aufnahme des Stellantriebs eingesetzt. Erfindungsgemäß weist die Kulissenscheibe nur eine einzige Führungsbahn auf. Dadurch, dass die Kulissenscheibe nur eine einzige Führungsbahn aufweist, kann die Kulissenscheibe kompakt ausgebildet sein. Die Größe der Kulissenscheibe ist dadurch nicht im Konflikt mit dem Anschraublochbild des Stellantriebs. Auf eine Trägerplatte für den Stellantrieb kann somit verzichtet werden, wodurch Kosten und konstruktiver Bauraum eingespart werden können. Dies leistet einen Beitrag zur gewünschten kompakten Ausgestaltung eines HLK-Systems für ein Kraftfahrzeug.
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Durch die Möglichkeit zur präzisen Positionierung der Frischluftdrehklappe kann ein präziser Staudruckausgleich erreicht werden.
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Der Antrieb mit nur einem Stellantrieb ist kostengünstig und platzsparend.
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Das erfindungsgemäße Klappensystem verursacht eine geringere Geräuschentwicklung während des Verstellens und die Einstellgenauigkeit der Verstellung der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe ist vergleichbar mit bekannten Lösungen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems für ein HLK-Gerät,
- 2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems für ein HLK-Gerät,
- 3: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems für ein HLK-Gerät,
- 4: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Klappensystems in einem Gehäuseteil eines HLK-Gerätes,
- 5: eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Kurvengetriebes des erfindungsgemäßen Klappensystems,
- 6: eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Kurvengetriebes als Detailausschnitt,
- 7: mehrere Darstellungen a) bis h) der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe zur Erläuterung des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Klappensystems und
- 8: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystem mit einer geänderten Klappenanordnung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems 1 für ein HLK-Gerät zur Umluft-Frischluft-Steuerung in einem Kraftfahrzeug. Die Darstellung zeigt nur die Komponenten des Klappensystems 1 in ihrem Wirkzusammenhang, wobei das Gehäuse des HLK-Gerätes nicht gezeigt ist. Das Klappensystem 1 weist zwei Drehklappen 2 und 3 auf, wobei die Drehklappe 2 als Frischluftdrehklappe einem Strömungskanal (nicht gezeigt) für Frischluft zur Beeinflussung einer Frischluftströmung in dem HLK-Gerät zugeordnet ist und wobei die Drehklappe 3 als Umluftdrehklappe einem Strömungskanal (nicht gezeigt) für Umluft zur Beeinflussung einer Umluftströmung in dem HLK-Gerät zugeordnet ist. Die Antriebswelle der Drehklappe 2 ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet, wobei die Antriebswelle der Drehklappe 3 mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet ist. Durch Rotation der Antriebswellen 5 und 9 sind die Drehklappen 2 und 3 um eine Drehachse in den Strömungskanälen verstellbar. Durch Verstellung der Drehklappen wird der Strömungsquerschnitt in den Strömungskanälen verändert.
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Ein weiterer Bestandteil des Klappensystems 1 ist ein die Drehklappen 2 und 3 mechanisch koppelndes Kurvengetriebe 6, welches eine mit der Welle 5 gekoppelte Kurvenscheibe 7 mit einer Führungsbahn 18 aufweist, in welcher ein mit einem Antriebshebel 10 der Drehklappe 3 mechanisch gekoppelter Pendelhebel 8 derart geführt ist, dass eine Rotation der Kurvenscheibe 7 einen indirekten Antrieb zur Verstellung der Drehklappe 3 bewirkt. Dabei ist die Drehklappe 2 zwischen einer ersten Geschlossen-Position und einer zweiten Geschlossen-Position in eine Geöffnet-Position bewegbar, wobei die Drehklappe 3 zwischen einer Geschlossen-Position und einer Geöffnet-Position bewegbar ist.
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Der Pendelhebel 8 ist um einen Drehpunkt 11, an welchem der Pendelhebel 8 gelagert ist, drehbar. Weiterhin ist der Pendelhebel 8 gelenkig mit dem an der Antriebswelle 9 der Drehklappe 3 verbundenen Antriebshebel 10 mechanisch gekoppelt. Die Gelenkverbindung zwischen dem Pendelhebel 8 und dem Antriebshebel 10, welcher auch als Klappenhebel bezeichnet werden kann, ist als Nut-Zapfen-Verbindung ausgeführt, wobei ein Zapfen des Pendelhebels 8 in einer Nut des Antriebshebels 10 geführt ist. Aufgrund der Gelenkverbindung zwischen dem Pendelhebel 8 und dem zweiten Antriebshebel 10 wird bei einer Verstellung des Pendelhebels 8 um den Drehpunkt 11 eine Drehung auf die Antriebswelle 9 übertragen, wodurch die mit der Antriebswelle 9 gekoppelte Drehklappe 3 verstellt wird. Die Drehklappe 3 ist somit ohne eigenen Stellantrieb in Abhängigkeit von einer Verstellung der Drehklappe 2 verstellbar.
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Ein in der 1 nicht gezeigter Stellantrieb 4 zum direkten Antrieb der Drehklappe 2 ist ebenfalls Bestandteil des Klappensystems 1. Der Stellantrieb 4 ist an einem Zapfen 19 am Ende der Antriebswelle 5, an welchem die Kurvenscheibe 7 angeordnet ist, mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Bei einer weiteren nicht gezeigten Ausgestaltung des Klappensystems 1 ist der Stellantrieb 4 am gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 5 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt, so dass der Stellantrieb 4 gegenüber der Kurvenscheibe 7 angeordnet ist.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems 1 für ein HLK-Gerät. Bei dieser Ausführung des Klappensystems 1 ist die mechanische Kopplung zwischen dem Pendelhebel 8, welcher mit einem Zapfen in der Führungsbahn 18 der Kurvenscheibe 7 geführt ist, und dem Antriebshebel 10 der Drehklappe 3 als ineinandergreifende Verzahnung ausgebildet. Dabei sind an den jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen den Pendelhebels 8 und des Antriebshebels 10 Zähne 20 ausgebildet, welche zur Kraftübertragung zwischen Pendelhebel 8 und Antriebshebel 10 ineinandergreifen.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems für ein HLK-Gerät. Bei dieser Ausführung des Klappensystems 1 ist die mechanische Kopplung zwischen dem Pendelhebel 8 und dem Antriebshebel 10 der Drehklappe 3 als Gelenkverbindung mit einer zusätzlichen Koppel 21 ausgebildet. Die so ausgebildete Gelenkverbindung weist vier Drehpunkte auf, wodurch weitere konstruktiv vorteilhafte Anordnungen der Drehklappen 2 und 3 ermöglicht sind. Das Bezugszeichen 22 kennzeichnet die Position des an dem Pendelhebel 8 ausgebildeten Zapfens, welcher in einer Führungsbahn der Kurvenscheibe 7 geführt ist - in der gezeigten Darstellung jedoch von dem Pendelhebel 8 verdeckt ist. Der Pendelhebel 8 pendelt im Betrieb um den Drehpunkt 11.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Klappenanordnung des erfindungsgemäßen Klappensystems 1 in einem Gehäuseteil 14 eins geöffneten HLK-Gerätes. Die 4 zeigt somit einen Blick in das Innere des HLK-Geräts. Die Komponenten des Kurvengetriebes 6 sind nicht gezeigt. Die Drehklappen 2 und 3, von welchen die Drehklappe 2 als Frischluftdrehklappe und die Drehklappe 3 als Umluftdrehklappe 3 ausgebildet sind, befinden sich in dem Gehäuseteil 14 so angeordnet, dass sie sich bei einer Veränderung der Verstellposition nicht berühren. Der mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnete Pfeil zeigt die Strömungsrichtung des Frischluftstroms. Der Pfeil 13 kennzeichnet die Strömungsrichtung des Umluftstroms der Luft aus dem Fahrzeuginnenraum. In der dargestellten Verstellkombination befindet sich die Frischluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position, so dass eine Frischluftzufuhr unterbrochen ist, wobei die Umluftdrehklappe in einer Geöffnet-Position ist. Dies entspricht dem Betriebsmodus Umluft-Betrieb.
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Die 5 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Kurvengetriebes 6 des erfindungsgemäßen Klappensystems 1. Dargestellt sind die Komponenten des Kurvengetriebes 6, welche außerhalb des HLK-Geräts an dem Gehäuseteil 14 angeordnet sind. Der Stellantrieb 4 ist mit der Antriebswelle 5 gekoppelt, in dem der Stellantrieb auf dem Zapfen 19 der Antriebswelle 5 aufgesetzt ist. Die Antriebswelle 5 treibt die im Inneren des Gehäuseteils 14 angeordnete Frischluftdrehklappe (nicht gezeigt) an. Weiterhin mit der Antriebswelle 5 gekoppelt ist die Kurvenscheibe 7, welche eine Führungsbahn aufweist, in der ein Zapfen des Pendelhebels 8 geführt ist. Der Pendelhebel 8 ist um einen Drehpunkt 11 drehbar an dem Gehäuseteil 14 gelagert. Weiterhin ist der Pendelhebel 8 mittels einer Gelenkverbindung mit dem Antriebshebel 10 verbunden, wobei der Antriebshebel 10 mit der Antriebswelle 9 verzapft ist. Die Antriebswelle 9 ist direkt mit der im Inneren des Gehäuseteils 14 angeordneten Umluftdrehklappe (nicht gezeigt) gekoppelt, so dass eine Rotation der Antriebswelle 9 ein Verstellen der Umluftdrehklappe bewirkt. Die Gelenkverbindung zwischen dem Pendelhebel 8 und dem Antriebshebel 10 weist eine Führungsnut 15 auf, um die Lageänderung der Stellhebel beim Verstellen zu kompensieren beziehungsweise ein Verklemmen zu vermeiden. Eine solche Gelenkverbindung kann auch als Zapfen-Nut-Verbindung bezeichnet werden. Die Antriebswellen 5 und 9 sind von der Gehäusewand des Gehäuseteils 14 aufgenommen und gelagert. Die kompakte Kurvenscheibe 7 kommt mit den Anschraubpunkten des Stellantriebs 4 nicht in Konflikt. Dadurch ist der Stellantrieb 4 vorteilhaft mit dem Gehäuseteil 14 verschraubt, ohne dass eine separate Trägerplatte zur Aufnahme des Stellantriebs 4 erforderlich ist.
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Die 6 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Kurvengetriebes 6 als Detailausschnitt. Der Detailausschnitt zeigt die Ansicht des Kurvengetriebes 6 von der dem Gehäuseteil 14 abgewandten Seite. Zu erkennen ist der Stellantrieb 4, die Antriebswelle 5, die mit der Antriebswelle 5 gekoppelte Kurvenscheibe 7, in welcher eine Führungsbahn 18 ausgebildet ist, und der Pendelhebel 8, welcher mit einem Zapfen in der Führungsbahn 18 geführt ist. Der Pendelhebel 8 ist um den Drehpunkt 11 drehbar. Der Verlauf der Führungsbahn 18 ist derart ausgebildet, dass der Pendelhebel 8 in einen vorgegebenen Winkel um den Drehpunkt 11 verstellt wird, wenn die Kurvenscheibe 7 rotiert. Der Stellantrieb 4 treibt die Antriebswelle 5 und die auf der Antriebswelle 5 verortete Kurvenscheibe 7 an. Dies bewirkt einen direkten Antrieb der Drehklappe 2 und einen indirekten Antrieb der Drehklappe 3.
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Die 7 zeigt mehrere Darstellungen a) bis h) der als Frischluftdrehklappe ausgebildeten Drehklappe 2 und der als Umluftdrehklappe ausgebildeten Drehklappe 3 zur Erläuterung des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Klappensystems 1. Dabei zeigen die Abbildungen a) bis e) verschiedene Positionen der in einem Frischluftströmungskanal 16 angeordneten Frischluftdrehklappe. Die Abbildungen f) bis h) zeigen Positionen der Umluftdrehklappe, wobei die Positionen der Umluftdrehklappe aufgrund des Kurvengetriebes 6 von den Positionen der Frischluftdrehklappe 2 abhängen. Die Pfeile kennzeichnen die Rotationsrichtung der jeweiligen Drehklappe. Die Drehklappe 2 ist geometrisch an den Strömungskanal angepasst und derart ausgebildet, dass die Drehklappe 2 zwischen zwei Geschlossen-Positionen bewegbar ist. Die Drehklappe 3 ist geometrisch an den Strömungskanal angepasst und derart ausgebildet, dass die Drehklappe 3 zwischen einer Geschlossen-Position und einer Geöffnet-Position bewegbar ist.
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Die Abbildung a) zeigt eine Position der Frischluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position. Die mit der in Abbildung a) gezeigte Verstellposition der Frischluftdrehklappe korrespondierende Position der Umluftdrehklappe ist in Abbildung f) gezeigt, wobei sich die Umluftdrehklappe in einer Geöffnet-Position befindet. Diese erste Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Umluft-Betrieb.
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Die Abbildung b) zeigt die Frischluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position. Die mit der in Abbildung b) gezeigte Verstellposition der Frischluftdrehklappe korrespondiert mit der Position der Umluftdrehklappe in der Abbildung g), wobei sich die Umluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position befindet. Diese zweite Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht einem Betriebsmodus Teilluftbetrieb, wobei eine Mischung aus Umluft und Frischluft bereitgestellt wird.
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Die ) zeigt die Frischluftdrehklappe in einer Geöffnet-Position. Die mit der in ) gezeigte Verstellposition der Frischluftdrehklappe korrespondiert mit der Position der Umluftdrehklappe ist in Abbildung h), wobei sich die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position befindet. Diese dritte Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht dem Betriebsmodus Frischluftbetrieb.
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Die ) zeigt die Frischluftdrehklappe in einer Gedrosselt-Position. Die Gedrosselt-Position bewirkt eine Drosselung der Frischluftströmung durch den Frischluftströmungskanal 16. Die mit der in ) gezeigte Verstellposition der Frischluftdrehklappe 2 korrespondiert mit der Position der Umluftdrehklappe in Abbildung h), wobei sich die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position befindet. Diese vierte Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht einem Betriebsmodus Staudruckkompensationsbetrieb.
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Die Abbildung e) zeigt die Frischluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position. Die Geschlossen-Position bewirkt eine Unterbrechung der Frischluftströmung durch den Frischluftströmungskanal 16. Die mit der in Abbildung e) gezeigte Verstellposition der Frischluftdrehklappe korrespondiert mit der Position der Umluftdrehklappe in Abbildung h), wobei sich die Umluftdrehklappe in einer Geschlossen-Position befindet. Diese fünfte Verstellkombination der Frischluftdrehklappe und der Umluftdrehklappe entspricht einem Betriebsmodus, bei dem eine Luftströmung durch die Strömungskanäle unterbrochen ist. Dies entspricht einem ausgeschalteten Zustand des HLK-Gerätes.
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Der Übergang vom Betriebsmodus „Umluft“ zu „Teilluft“ und zu „Frischluft“ ist fließend und deckt dabei die unterschiedlichen Teilluftverhältnisse und die erforderliche Staudruckkompensation ab.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Klappensystems 1 mit einer geänderten Klappenanordnung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Drehklappen 2 und 3 in dem Gehäuseteil 14 des HLK-Geräts platzsparend räumlich derart zueinander angeordnet, dass die Drehklappe 2 gegen die Drehklappe 3 nahezu schließt, wobei der Frischluftstrom gedrosselt ist. Die Drehklappe 2 weist einen Flügel 17 auf, wobei es sich um ein abgedichtetes Ende handelt, mit welchem die Drehklappe 2 gegen die Drehklappe 3 schließt. Gezeigt ist das Klappensystem in einem Betriebsmodus mit maximaler Staudruckkompensation. Eine Verstellposition, bei welcher beide Drehklappen 2 und 3 geschlossen sind, ist in diesem konkreten Anwendungsfall nicht vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Kurvengetriebe 6 ebenfalls so ausgebildet, dass die in 7 gezeigten Verstellkombinationen der Drehklappen einstellbar sind. Aufgrund der platzsparenden Anordnung der Drehklappen 2 und 3 kann das HLK-Gerät vorteilhaft in einer besonders kompakten Bauweise realisiert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klappensystem
- 2
- Frischluftdrehklappe
- 3
- Umluftdrehklappe
- 4
- Stellantrieb
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Kurvengetriebe
- 7
- Kurvenscheibe
- 8
- Pendelhebel
- 9
- Antriebswelle
- 10
- Stellhebel
- 11
- Drehpunkt
- 12
- Strömungsrichtung Frischluft
- 13
- Strömungsrichtung Umluft
- 14
- Gehäuseteil
- 15
- Führungsnut / Zapfen-Nut-Verbindung
- 16
- Frischluftströmungskanal
- 17
- Flügel
- 18
- Führungsbahn
- 19
- Zapfen
- 20
- Zähne
- 21
- Koppel
- 22
- Zapfenposition
