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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein eine Luftklappenverstelleinrichtung, wie sie z.B. in einer
Kraftfahrzeugsheiz-, Belüftungs-
und/oder Klimaanlage zum Einsatz kommt, um eine sich in einem Luftpfad
befindliche Luftklappe entsprechend den aerothermischen Parametern
einstellen zu können.
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Es sind verschiedenste Luftklappenverstelleinrichtungen
bekannt, die eine motorisch bereitgestellte Bewegung oder auch eine
manuell bewirkte Bewegung eines Einstellelements verwenden, um eine
entsprechende Verstellung der Luftklappe bewirken zu können. Durch
den Einsatz von Hebeln oder Getrieben kann man ein gewisses Übersetzungsverhältnis vorsehen,
so daß sich
die Luftklappe je nach Auslegung schneller oder langsamer bewegen
kann als die Bewegung des Antriebselements, welches, wie dargelegt,
einfach ein manuell zu bedienender Hebel oder auch die Abtriebswelle
eines Schrittmotors sein kann.
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Nachdem in den letzten Jahren bzgl.
der Öffnungs-
und Schließcharakteristiken
von Luftklappen immer höhere
Anforderungen gestellt werden, sind vermehrt Luftklappenverstelleinrichtungen
gefordert worden, die komplexere Bewegungsabläufe ermöglichen, wie z.B. ein langsames Öffnen aus
der Schließposition
heraus mit einer anschließenden
schnellen Bewegung, um möglichst
schnell den gesamten Querschnitt freigeben zu können. Um solche komplexen Ansteuerungen
von Luftklappen bereitstellen zu können, werden vermehrt Nockenscheiben
eingesetzt, die an einer der Seiten, d.h. an einer Nicht-Stirnfläche mit
einer Nockenspur bereitgestellt sind. Indem man ein Kopplungselement
mit der Kopplungsspur Wechselwirken läßt, können verschiedenste Bewegungsabläufe dargestellt
werden, in denen der Eingriffspunkt des Kopplungselements an der
Nockenscheibe bereits exakt einer Positionierung der zu steuernden
Luftklappe zugeordnet ist. Problematisch bei solch einer Einrichtung
ist, daß die Nockenspur
exakt auf die Kinematik der einzelnen zu steuernden Luftklappe angepaßt sein
muß. Zu
diesem Zweck ist es ebenfalls erforderlich, solch eine Luftklappenverstelleinrichtung exakt
zu justieren, so daß auch
eine Wiederholbarkeit des Öffnungs-
bzw. Schließvorgangs
gewährleistet
ist. Nachdem somit jeder Position der Nockenscheibe eine bestimmte Position
der Luftklappe zugeordnet ist, ergibt sich die Problematik, daß die Bewegungsgeschwindigkeiten, die
sich mit verfügbaren
Stellmotoren darstellen lassen, beschränkt sind.
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Bei bestimmten Betriebszuständen einer Kraftfahrzeugsheiz-,
Belüftungs-
und/oder Klimaanlage kann es jedoch erforderlich sein, daß eine schnelle
Bewegung der Luftklappe gewünscht
oder erforderlich ist, wie z.B. bei einer Anwendung, in der man
in der Heiz-Klimaanlage
einen Luftverschmutzungssensor vorsieht. Wenn der Luftverschmutzungssensor
eine Luftverschmutzung feststellt, so sollte beispielhaft die Frischluftzufuhr
möglichst
umgehend geschlossen werden, um ein Eindringen der verschmutzten
Luft in den Fahrgastinnenraum zu vermeiden. In solchen Fällen sind
die kinematischen Möglichkeiten
einer auf einer Nockenscheibe basierenden Luftklappenverstelleinrichtung
unzulänglich und
demgemäß besteht
eine Bedarf an einer verbesserten Luftklappenverstelleinrichtung,
die es ermöglicht,
eine Luftklappe möglichst
schnell schließen
zu können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Luftklappenverstelleinrichtung mit einer Nockenscheibe, die
eine Nockenspur aufweist, mit welcher ein Kopplungselement in Eingriff
steht, um in einem ersten Abschnitt eine Bewegung einer Luftklappe
bewirken zu können,
derart weiterzubilden, daß eine
schnelle Bewegung der anzusteuernden Luftklappe ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine
Luftklappenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Insbesondere schlägt die Erfindung bei einer wie
oben angegebenen Luftklappenverstelleinrichtung vor, daß das Kopplungselement
mittels einer Einrichtung in einer Richtung beaufschlagbar ist und daß die Nockenspur über zumindest
einen zweiten Abschnitt verfügt,
der am Eingriffspunkt vorliegend mit dieser Richtung im wesentlichen
zusammenfällt. Es
hat sich in äußerst überraschender
Weise gezeigt, daß durch
die Abkehr von der generell üblich
angenommenen eineindeutigen Zuordnung von Nockenscheibenposition,
Eingriffspunktposition und Klapperhebel ein schnelles Schließen der
Luftklappe in äußerst einfacher
und effizienter Weise ermöglicht wird,
indem man in dem zweiten Abschnitt eine geführte freie Bewegung unter zusätzlicher
Kraftbeaufschlagung ermöglichen
kann. Anders ausgedrückt
ist somit der zweite Abschnitt derart ausgebildet, daß eine schnelle
Bewegung des Eingriffspunkt ermöglicht
wird, die nicht mehr ausschließlich
von der Rotationsgeschwindigkeit der Nockenscheibe abhängig ist.
Es ist zu verstehen, daß die
Richtung der Beaufschlagung zu verstehen ist als die Richtung, in
der sich der Kopplungspunkt des Kopplungselementes bewegen kann;
bei einem schwenkbar gelagertem Hebel könnte diese Richtung somit der
Bogen sein, den der Eingriffspunkt somit beschreibt, unabhängig davon,
in welcher Weise oder Richtung der Hebel selbst beaufschlagt wird.
Selbstverständlich
ist bei der Auslegung des dritten Abschnittes die gegebenenfalls
fortgeführte
oder umgekehrte Rotation zu berücksichtigen.
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Vorteilhafterweise verfügt die Nockenspur bei
einer erfindungsgemäßen Luftklappenverstelleinrichtung über einen
dritten Abschnitt, in dem sich die Position des Eingriffspunkts
nicht verändert.
Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Abschnitt mit konstantem
Radius bzgl. der Rotationsmitte der Nockenscheibe. Durch das Bereitstellen
eines derartigen dritten Abschnitts ist es ermöglicht, die Nockenscheibe zurück in die
Startposition zu bringen und eine Rotation der Nockenscheibe durchzuführen, bei der
sich die Klappe nicht bewegt, um sozusagen die freie Bewegung, die
durch die Beaufschlagungseinrichtung induziert wurde, auszugleichen.
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Um einer Geräuschentwicklung nach der freien
Bewegung in dem zweiten Abschnitt entgegenzuwirken, ist es bevorzugt,
daß die
Nockenspur in zumindest einem Endbereich des zweiten Abschnitts stetig
differenzierbar ausgebildet ist. Wie weiter oben angegeben, kann
sich in dem zweiten Abschnitt eine frei geführte Bewegung einstellen, die
vorteilhafter Weise im Endbereich durch eine stetig differenzierbare
Ausgestaltung abgefangen wird, um erneut überführt zu werden in eine klassische
und eindeutige Zuordnung zwischen Eingriffspunkt-Nockenscheibe und Luftklappe.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
verfügt
die Nockenspur an zumindest einem Punkt über eine nicht stetig differenzierbare
Ausgestaltung. Ein nicht stetig differenzierbarer Punkt in der Nockenspur ermöglicht es
in äußerst einfacher
und effizienter Weise eine Referenzposition bereitzustellen, so
daß beispielhaft
eine automatische Justierung der Luftklappenverstelleinrichtung
bereitgestellt werden kann. Wenn man z.B. einen Schrittmotor zum
Antreiben der Nockenscheibe vorsieht, kann dieser Punkt als Anschlag
verwendet werden, um die Position des Motors zu indexieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Luftklappenverstelleinrichtung umfaßt die Nockenspur
eine Weicheneinrichtung. Wenn sich beispielhaft die Nockenspur im
Bereich des nicht stetig differenzierbaren Punktes verzweigt, kann
unter Einsatz einer Weicheneinrichtung gewährleistet werden, daß sich der
Eingriffspunkt ausschließlich
in dem gewünschten
Abschnitt der Nockenspur bewegen kann. Die Weicheneinrichtung kann
beispielhaft einfach in der Form einer Feder ausgebildet sein, die
sich in einer Richtung bewegt, um ein Vorbeitreten des Eingriffspunkts
zu erlauben, während
sie sich bei einer Beaufschlagen in einer diesbezüglich entgegengesetzten
Richtung nicht bewegen läßt, so daß sie den
Eingriffspunkt entsprechend in den anderen Teilabschnitt führt.
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Zum Antreiben der Nockenscheibe ist
es vorteilhaft, einen Stellmotor vorzusehen, welcher insbesondere
derart wirken kann, daß sich
die Nockenscheibe rotationsmäßig hin-
und herbewegt. Insbesondere ist ein Schrittmotor bevorzugt. In diesem
Zusammenhang ist es beispielhaft möglich, zwei Punkte vorzusehen,
bei denen die Nockenspur nicht stetig differenzierbar ist, um zwei
Referenzpositionen darzustellen.
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Vorteilhafterweise ist die Nockenspur
an einer Nicht-Stirnfläche
der Nockenspur ausgebildet. Das Vorsehen der Nockenspur an einer
der Hauptflächen
der Nockenscheibe ermöglicht
eine einfache Herstellung, z.B. in der Form mit zwei im wesentlichen
parallel verlaufenden Führungsflächen.
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Bei der erfindungsgemäßen Luftklappenverstelleinrichtung
kann sich die Nockenspur lediglich über einen Sektor eines Kreises
erstrecken oder derart ausgebildet sein, daß sie das Rotationszentrum der
Nockenscheibe nicht einschließt.
Solche eine Konfiguration kann vorteilhafter Weise zu reduzierten Bauraumanforderungen
führen,
da man z.B. nur den betroffenen Sektor der Nockenscheibe vorsehen muß.
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Um zum Beispiel mehrere Luftklappen gleichzeitig
steuern zu können,
ist es bevorzugt, daß mehrere
Nockenspuren (20) an der einen und/oder der anderen der
Nicht-Stirnflächen
der Nockenscheibe (10) vorgesehen sind.
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Eine Luftklappenverstelleinrichtung
gemäss der
vorligenden Erfindung wird vorteilhafterweise verwendet in einer
Kraftfahrzeugs-Heiz-, -Belüftungs-
und/oder -Klimaanlage, insbesondere zur Frischluft-/Umluftsteuerung.
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Weitere Vorteile und Merkmale der
vorliegenden Erfindung ergeben sich ferner aus der folgenden lediglich
beispielhaft angegebenen Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen,
in welcher auf die beiliegenden Zeichnungen bezug genommen wird,
in welchen gilt:
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1 zeigt
in schematischer Ansicht eine Luftklappenverstelleinrichtung gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform.
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2 zeigt
eine Detailansicht der Nockenspur der in 1 gezeigten Ausführungsform.
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3 zeigt
eine alternativ mögliche
Konfiguration einer Nockenspur, die jene der in 1 gezeigten Ausführungsform ersetzen kann.
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4 zeigt
noch eine weitere alternative Konfiguration der Nockenspur.
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Die in 1 gezeigte
Luftklappenverstelleinrichtung ist vorgesehen, um mittels eines
Hebels 43, der Teil eine Kopplungselements 40 ist,
eine nicht dargestellte Luftklappe zu betätigen. In der dargestellten
Ausführüngsforrn
ist der Hebel 43 an seinem Ende angelenkt und mit einem
Hebel 41 gekoppelt, der an seinem Ende einen Eingriff bzgl.
einer Nockenscheibe 10 bereitstellt, indem ein am Ende
des Hebels 41 vorgesehener Stift in eine Nockenspur 20 eingreift.
Die Nockenscheibe 10 kann z.B. mittels eines Stellmotors
verdreht werden, so daß durch
die Rotation der Nockenscheibe 10 sich die Position der Nockenspur 20 verändert und
somit eine Bewegung des Hebels 41 bewirken kann. In der
dargestellten Ausführungsform
ist der Hebel 41 mittels einer Feder 46 nach unten
hin vorgespannt, d.h. z.B. in der Schließstellung der anzusteuernden
Luftklappe.
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In der dargestellten Ausführungsform
ist die Nockenspur 20 gebildet aus einem ersten Abschnitt 22,
in dem der Position des Eingriffspunktes 42 am Ende des
Hebels 41 eine eindeuti ge Position zugeordnet wird. Die
Konfiguration des Abschnitts 22 der Nockenspur ist dem
Fachmann wohl bekannt und ermöglicht
unterschiedlichste Öffnungskurven
der Luftklappe, wie z.B. linear oder progressiv ansteigend, etc..
Neben der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch
eine Feder bereitgestellten Beaufschlagungseinrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die
Nockenspur über
zumindest einen zweiten Abschnitt 24 verfügt, der,
wenn er am Eingriffspunkt 42 vorliegt, eine geführte freie
Bewegung des Eingriffspunkts 42 in der Nockenspur ermöglicht,
wobei der Antrieb gewährleistet
wird durch die gegebene Beaufschlagung. In der dargestellten Ausführungsform wird
somit die Nockenscheibe durch den Steuerabschnitt 22 verdreht,
um eine entsprechende Öffnungsposition
zu bewirken. Am deutlich zu erkennenden Scheitelpunkt wird der Schließvorgang
der Luftklappe eingeleitet, indem die Nockenscheibe 10 weiter
in der selben Richtung verdreht wird. Nach Überschreiten des Scheitelpunkts
gelangt der Eingriffspunkt 42 in den zweiten Abschnitt 24,
in dem eine frei geführte
Bewegung erfolgen kann, so daß sich
die Feder 46 entspannt, der Hebel und somit auch die Luftklappe
schnell bewegt, insbesondere geschlossen wird.
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In der dargestellten Ausführungsform
ist der zweite Abschnitt 24 dergestalt vorgesehen, daß sich die
Richtung davon ergibt, indem man den Freiheitsgrad des Kopplungselement,
also des Eingriffspunkts 42 unter Berücksichtigung der fortgeführten Rotation der
Nockenscheibe 10 als gestaltungsparameter verwendet. Anders
ausgedrückt
gibt man für
den Abschnitt 24 die üblicherweise
vorzusehende eineindeutige Zuordnung zwischen Eingriffspunkt und Klappenposition
auf, und ermöglicht
somit ein schnelles Schließen
der Luftklappe unter Einwirkung der Beaufschlagungseinrichtung.
Es ist nichtsdestotrotz zu erwähnen,
daß die
Bewegung, die durch die Beaufschlagungseinrichtung induziert ist,
eine geführte
Bewegung ist, wobei zur Vermeidung von Klappergeräuschen der
Endabschnitt des zweiten Abschnitts 24 wie das Ende einer
Rutsche stetig differenzierbar ausgebildet ist.
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In der gezeigten Ausführungsform
endet der zweite Abschnitt 24 in einem nicht stetig differenzierbaren
Punkt, der beim Bezugszeichen 28 angegeben ist. An diesem
Punkt gelangt der Eingriffsabschnitt 42 des Hebels 41 in
Anlage, so daß für den nicht
dargestellten Schrittmotor der zum Antreiben der Nockenscheibe 10 dient
eine Referenzposition gegeben wird, in welcher die Rotation der
Nockenscheibe 10 umgekehrt wird. Nach einer Umkehrung der
Rotation am Punkt 28 wirkt ein dritter Abschnitt 26,
der vorliegend mit konstantem Radius bezüglich einer Rotationsmitte 12 der
Nockenscheibe 10 vorgesehen ist, so daß die am Kopplungsele ment angeschlossene Luftklappe
in der geschlossenen Position bleibt, während die Nockenscheibe 10 in
eine Position bringbar ist, die ein erneutes Öffnen ermöglicht. Die gegenläufige Rotation,
bei der der dritte Abschnitt 26 der Nockenspur durchschritten
wird, ist in der dargestellten Ausführungsform durch einen weiteren
Punkt definiert, der ebenfalls nicht stetig differenzierbar ist
und somit eine erneute Indexierung des Schrittmotors ermöglicht.
Beim Erreichen des weiteren Punktes, der in der Zeichnung mit dem
Bezugszeichen 29 angegeben ist, wird erneut die Rotationsrichtung
geändert.
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Nachdem am Punkt 28 die
Feder 46 nach wie vor auf den Hebel 41 einwirkt,
wird an diesem Punkt gewährleistet,
daß nach
erfolgter Umkehrung der Rotation der Eingriffspunkt 42 nicht
zurück
in den zweiten Abschnitt 24 sondern in dritten Abschnitt 26 tritt.
Um am Punkt 29 ebenfalls gewährleisten zu können, daß nach erneuter
Umkehr der Rotationsrichtung der Eingriffspunkt nicht zurück in den
dritten Abschnitt, sondern wiederum erneut in den ersten Abschnitt 22 tritt,
ist bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine Weicheneinrichtung
dargestellt, die verhindert, daß der
Eingriffspunkt 42 von dem Punkt 29 zurück in den
dritten Abschnitt 26 gelangen kann. In der dargestellten
Ausführungsform ist
diese Wieicheneinrichtung in einfacher Weise durch eine Feder dargestellt,
wie dies im größeren Detail
unter Bezugnahme auf 2 erläutert werden wird.
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Wie es in 2 zu erkennen ist, ist am Übergangspunkt
des dritten Abschnittes 26 zum ersten Abschnitt 22 eine
Verzweigung gebildet, die über eine
Weicheneinrichtung verfügt.
In der beispielhaft dargestellten bevorzugten Ausführungsform
ist die Weicheneinrichtung in einfacher Weise durch ein Federelement 30 gebildet,
welches eine der Führungsflächen des
ersten Abschnittes 22 derart fortführen kann, daß der dritte
Abschnitt 26 gesperrt wird. Wenn bei dem Durchschreiten
des dritten Abschnittes 26 der Eingriffspunkt 42 hier
angelangt wird er unter Einwirkung der Feder 46 und bei
fortgeführter
Rotation der Nockenscheibe 10 das Federelement 30 in
der vorgegebenen einzig möglichen
Bewegungsrichtung öffnen,
um an dem Federelement vorbeitreten zu können. Nachdem der Eingriffspunkt 42 an
dem Federelement 30 vorbeigetreten ist, schnappt die Feder in
ihre Ausgangslage zurück
und sperrt somit den Eintritt in den dritten Abschnitt 26,
so daß bei
erfolgter Umkehrung der Rotationsrichtung der Eingriffspunkt 42 nur
noch in den ersten Abschnitt 22 treten kann, um somit eine
erneute Regelkurve für
die Öffnungsposition
der Luftklappe bereitstellen zu können.
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In 3 ist
eine alternative Konfiguration einer Nockenspur dargestellt, die
in einer Luftklappenverstelleinrichtung, wie in 1 gezeigt, zum Einsatz kommen kann, wobei
lediglich der Ansteuermodus des Schrittmotors zu verändern ist.
Wie bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
verfügt
die Nockenspur über
einen ersten Abschnitt 22, der die Öffnungsposition der Luftklappe
steuern kann. Am Ende des ersten Abschnittes 22 ist jedoch
anders als bei der ersten gezeigten Ausführungsform ein Anschlag vorgesehen,
so daß die
Rotation gestoppt wird. Bei der hier gezeigten Ausführungsvariante
ist vorgesehen, daß kurzfristig
keinerlei Rotation stattfindet, so daß der Eingriffspunkt unter
Einwirkung der Vorspannung sich frei durch den zweiten Abschnitt 24 bewegen
kann, um ein schnelles Schließen
der Luftklappe zu bewirken. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode
wird dann die Rotation der Nockenscheibe in umgekehrter Richtung
erneut bewirkt, so daß der Eingriffspunkt
wiederum durch den dritten Abschnitt 26 geführt wird,
im dem keine Verstellung der Luftklappe stattfindet, um schließlich wie
bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
an einer Weicheneinrichtung 30 vorbei zu treten, so daß ein erneutes Durchlaufen
in der vorgenannten Reihenfolge der Nockenspur ermöglicht wird.
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In 4 ist
schließlich
noch eine alternative Nockenspurkonfiguration gezeigt. Bei dieser
Ausführungsvariante
ist wiederum ein erster Abschnitt 22 vorgesehen, der in
einem nicht stetig differenzierbaren Punkt endet, so daß auch hier
wie bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform
die Rotation angehalten wird. Anders als bei der in 3 gezeigten Ausführungsvariante wird jedoch
beim Erreichen dieser Referenzposition die Rotation unmittelbar
umgekehrt, wobei der zweite Abschnitt 24 entsprechend die
Bewegungsrichtung des Kopplungselementes und die umgekehrte Rotation
berücksichtigt.
Dies spiegelt sich durch eine veränderte Neigung des zweiten
Abschnittes 24 wieder. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
ist im Gegensatz zu der in 3 gezeigten
Ausführungsform
der Endabschnitt des zweiten Abschnittes 24 stetig differenzierbar
dargestellt, obwohl dies auch bei der in 3 gezeigten Ausführungsform möglich wäre. Nachdem
sich der Eingriffspunkt somit unter Einwirkung der Beaufschlagungseinrichtung
bewegt hat und demgemäß ein schnelles
Schließen
der Luftklappe erfolgt ist, wird wiederum durch fortgeführte Rotation
der Nockenscheibe ein dritter Abschnitt 26 durchschritten, um
beim Erreichen einer weiteren Referenzposition beim Bezugszeichen 29 und
nach Vorbeitreten an der Weicheneinrichtung 30 einen erneuten
Steuerzyklus zu ermöglichen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
vorangehend vollständig
unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte
der Fachmann erkennen, daß verschiedenste Veränderungen
und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Letztendlich ist
erfindungsgemäß ausschlaggebend,
daß ein
schnelles Schließen
einer Luftklappe ermöglicht
wird, indem eine Beaufschlagungseinrichtung vorgesehen ist und eine Option
gegeben wird, so daß die
Beaufschlagungseinrichtung temporär die eineindeutige Steuerung
einer üblichen
Nockenscheibenkonfiguration ersetzt, wobei zu erwähnen ist,
daß die
durch die Beaufschlagungseinrichtung bewirkte Bewegung nichts desto trotz
geführt
vorliegt.