Bei einer bekannten Klimaanlage für Fahrzeuge
mit einer Zwei-Zonen-Mischklappenbetätigung (
DE 100 16 085 A1 )
mit insgesamt vier als Schwenkklappen ausgebildeten Luftklappen
ist eine erste Stellwelle von einem ersten elektrischen Antriebsmotor
und eine zweite Stellwelle von einem zweiten elektrischen Antriebsmotor
antreibbar. Auf der ersten Stellwelle ist drehbar eine erste Luftklappe und
drehfest eine zweite Luftklappe angeordnet. Unterhalb der zweiten
Luftklappe ist eine um eine zur ersten Stellwelle parallele Schwenkachse
schwenkbare dritte Luftklappe angeordnet. Die zweite und dritte
Luftklappe sind über
eine Stange, die endseitig an den beiden Klappenflächen angreift,
starr miteinander gekoppelt. Unterhalb der ersten Luftklappe ist die
vierte Luftklappe drehfest auf der zweiten Stellwelle angeordnet,
die mit der Schwenkachse der dritte Luftklappe fluchtet. Die erste
und vierte Luftklappe sind wiederum über eine Stange gekoppelt,
die endseitig an den beiden Klappenflächen angreift. Auf diese Weise
wird jeweils ein Paar von übereinanderliegenden
Luftklappen von einem Antriebsmotor betätigt, wobei die Antriebsmotoren
auf derselben Seite der Klappenanordnung liegen. Die Luftklappen
sind einer Warmluft- und einer Kaltluftströmung zugeordnet, wobei die
Luftklappe eines jeden durch eine Stange gekoppelten Klappenpaars
so den Strömungsöffnungen
für die Luftströmungen zugeordnet sind,
daß die
Strömungsöffnungen
für Kaltluft
und Warmluft bei Antrieb des Klappenpaars gegensinnig geschlossen
bzw. geöffnet
werden. Wird also die eine Luftklappe des Klappenpaars in Richtung Schließstellung
angetrieben, so gibt die andere Luftklappe die ihr zugeordnete Strömungsöffnung im gleichen
Maße frei
und umgekehrt.
Bei einer bekannten Belüftungsanlage
für ein Kraftfahrzeug
(
DE 38 13 116 A1 )
ist es bekannt, zwei oder mehrere Luftklappen mittels einer einzigen,
angetriebenen Kurvenscheibe, in deren Führungskurven die Führungszapfen
von Hebelmechanismen geführt
sind, zu betätigen.
Bei einer ebenfalls bekannten Klimaanlage für die Fahrgastzelle
eines Kraftfahrzeugs (
DE
198 16 329 C2 ) sind auf der Rückseite eines in einem Klimakasten
angeordneten Wärmetauschers
zwei nebeneinander angeordnete Luftmischkammern ausgebildet, die
zur Luftversorgung der linken und rechten Seite der Fahrgastzelle
dienen. Jeder Luftmischkammer ist eine Warmluftklappe zum Steuern
einer hinter dem Wärmetauscher
angeordneten Warmlufteinströmöffnung und
eine Kaltluftklappe zum Steuern einer Kaltlufteinströmöffnung zugeordnet, über die
direkt von einem Verdampfer kommende, den Wärmetauscher umströmende Kaltluft
einströmen
kann. Das Klappenpaar für
die linke und rechte Luftmischkammer wird über eine von einem elektrischen
Motor angetriebenen Steuerscheibe so betätigt, daß die Warmluft- und Kaltluftklappe
gegensinnig öffnen
und schließen.
Die Steuerscheibe trägt
eine Steuernut, in die Übertragungshebel
mit einem Steuerstift eingreifen. Die Übertragungshebel sind jeweils
mit einer Schwenkwelle für
die Warmluft- und Kaltluftklappe zu deren Verstellen verbunden.
Die Warmluftklappe ist als bauraumsparende Jalousie und die Kaltluftklappe als
Schwenkklappe ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
einer Belüftungsanlage
der eingangs genannten Art mit nur einem einzigen Antriebsglied
mindestens zwei Paare von Luftklappen so betä tigen zu können, daß der einen der den Klappenpaaren
zugeordneten Raumzonen in der Fahrgastzelle ein Luftstrom mit höherer Lufttemperatur
zuführbar
ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 3 gelöst.
Die erfindungsgemäße Belüftungsanlage hat den Vorteil,
daß mit
minimiertem technischen Aufwand immer einer der beiden Raumzonen
der Fahrgastzelle Luft mit graduell höherer Lufttemperatur zugeführt wird,
die der Temperatur der der anderen Raumzone der Fahrgastzelle zugeführten Luft
selbsttätig
nachgeführt
wird. Dadurch wird eine höherer
Klimakomfort für
den Fall geschaffen, daß die
Luft mit der höheren
Lufttemperatur in den Fußraum
und die Luft mit der niedrigeren Lufttemperatur in die Mittelebene
und/oder den Kopfbereich der Fahrgastzelle eingeleitet wird. Auf
diese Weise ist der Fußraum
immer etwas höher
temperiert als die Mittelebene und/oder der Kopfbereich, was von
den Fahrgästen als
angenehm und komfortabel empfunden wird. Wird dagegen die höhertemperierte
Luft dem Fond und die andere Luft dem Frontraum zugeführt, so können Wärmeverluste
in den Zuführkanälen zum Fond
kompensiert und somit im Fond gleiche Temperaturen wie im Frontraum
erreicht werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Belüftungsanlage
mit zweckmäßigen Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist anhand von in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen
Querschnitt eines Klimakastens einer Klimaanlage, in Draufsicht
gesehen,
2 einen
Schnitt längs
der Linie II-II in 1,
3 ausschnittweise
eine Ansicht der Klappenanordnung im Klimakasten in Richtung Pfeil III
in 1 und 2,
4 ein
Diagramm der von dem in 3 unteren
Luftklappenpaar freigegebenen Öffnungsquerschnitte
in Abhängigkeit
vom Stellweg,
5 ein
Diagramm der von dem in 3 oberen
Luftklappenpaar freigegebenen Öffnungsquerschnitte
in Abhängigkeit
vom Stellweg,
6 eine
gleiche Darstellung wie in 3 mit
modifizierter Luftklappenanordnung,
7 ein
Diagramm der von dem in 6 unteren
Luftklappenpaar freigegebenen Öffnungsquerschnitte
in Abhängigkeit
vom Stellweg,
8 ein
Diagramm der von dem in 6 oberen
Luftklappenpaar freigegebenen Öffnungsquerschnitte
in Abhängigkeit
vom Stellweg,
9 eine
Draufsicht eines Kurvenscheibengetriebes zwischen den Luftklappen
des in 3 und 6 unteren Luftklappenpaars.
Der in 1 in
Draufsicht und geschnitten schematisch skizzierte Klimakasten 10 einer
Klimaanlage für
Kraftfahrzeuge als Ausführungsbeispiel
für eine
allgemeine Belüftungsanlage,
die auch als Heizungs-Anlage ausgeführt sein kann, ist in bekannter Weise
an einem Gebläse 11 angeschlossen
und nimmt in seinem Innern, in Strömungsrichtung der Gebläseluft gesehen
hintereinander angeordnet, einen von einem Kältemittel durch strömten Verdampfer 12 und
einen Wärmetauscher 13 auf,
der an dem Kühlwasserkreislauf
der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Auf
der Rückseite des
Wärmetauschers 12 sind
insgesamt vier Luftmischkammern im Klimakasten 10 ausgebildet,
von denen jeweils zwei Luftmischkammern zur Luftversorgung der linken
und rechten Seite der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs dienen und
hierzu entsprechende Luftauslaßstutzen 17 aufweisen,
an die in entsprechenden Raumzonen der Fahrgastzelle mündende Luftkanäle angeschlossen
sind. Von den insgesamt vier Luftmischkammern sind in 2 eine obere Luftmischkammer 14 und
eine untere Luftmischkammer 15 für die linke Seite der Fahrgastzelle und
in 1 die obere Luftmischkammer 14 für die linke
Fahrgastseite und eine obere Luftmischkammer 16 für die rechte
Fahrgastseite zu sehen. Alle Luftmischkammern sind durch Trennwände voneinander separiert.
Von den Trennwänden
ist in 2 die zwischen
oberer Luftmischkammer 14 und unterer Luftmischkammer 15 angeordnete
Trennwand 18 und in 1 die
zwischen den beiden oberen Luftmischkammern 14,16 angeordnete
Trennwand 19 zu sehen. In 3 sind
auch noch die beiden anderen Trennwände 20, 21 schematisch
angedeutet, von denen die Trennwand 20 zwischen der oberen
Luftmischkammer 16 und der unteren Luftmischkammer für die rechte
Seite der Fahrgastzelle und die Trennwand 21 zwischen der
unteren Luftmischkammer 15 für die linke Seite der Fahrgastzelle
und der unteren Luftmischkammer für die rechte Seite der Fahrgastzelle
angeordnet ist.
Jeder Luftmischkammer ist ein Luftklappenpaar
zur Steuerung der in die Luftmischkammer einströmenden Warm- und Kaltluft zugeordnet.
Unter Luftklappen wird jedes Luftsteuerorgan, unabhängig von
seiner konstruktiven Ausführung,
z.B. als Jalousieverschluß oder
als Schwenkklappe, verstanden. Jedes Luftklappenpaar umfaßt eine
Warmluftklappe 22, die eine Warmlufteinströmöffnung der
Luftmischkammer steuert, und eine Kaltluftklappe 23, die
eine Kaltlufteinströmöffnung der
Luftmischkammer steuert. Über
die Warmlufteinströmöffnung strömt durch den
Wärmetauscher 13 aufgeheizte
Luft in die Luftmisch kammern ein, während über die Kaltlufteinströmöffnung den
Verdampfer verlassende Kaltluft unter Umgehung des Wärmetauschers 13 direkt
in die Luftmischkammern gelangt. In 1 sind
die beiden Luftklappenpaare für
die beiden oberen Luftmischkammern 14, 16 schematisch
skizziert. Die Warmluftklappen 22 sind dabei als bauraumsparende
Jalousieverschlüsse
und die Kaltluftklappen 23 als einflügelige Schwenkklappen ausgebildet.
In 2 ist die Warmluftklappe 22 für die obere
Luftmischkammer 14 und die Warmluftklappe 22 für die untere
Luftmischkammer 15 angedeutet, wobei die Warmluftklappen
22 wiederum als Jalousieverschlüsse
ausgeführt
sind. Die Gesamtheit der Luftklappenanordnung ist in 3 ausschnittweise dargestellt. Dabei
sind die Luftklappen 22, 23 für die der linken Seite der
Fahrgastzelle zugeordneten beiden Luftmischkammern 14, 15 vollständig zu
sehen, während von
den Luftklappen 22, 23 für die der rechten Seite der
Fahrgastzelle zugeordneten Luftmischkammern nur die der unteren
und oberen Luftmischkammer 16 zugeordneten beiden Warmluftklappen 22 ausschnittweise
angedeutet sind. Die Gestaltung der Klappenanordnung für die rechte
Seite der Fahrgastzelle ist aber identisch der der Klappenanordnung
für die
linke Seite der Fahrgastzelle, so daß nachfolgend nur letztere
beschrieben wird.
Zur Unterscheidung der Luftklappen
in der folgenden Beschreibung ist bei dem der oberen Luftmischkammer 14 zugeordneten
Luftklappenpaar die Warmluftklappe mit 22' und die Kaltluftklappe mit 23' und bei dem
der unteren Luftmischkammer 15 zugeordneten Luftklappenpaar
die Warmluftklappe mit 22'' und die Kaltluftklappe
mit 23'' bezeichnet.
Die beiden Warmluftklappen 22', 22'' sind
starr miteinander verbunden und werden von einer elektromotorischen
Stellvorrichtung 24 betätigt,
wozu sie über
eine gemeinsame Stellwelle 25 an die motorische Stellvorrichtung 24 angebunden
sind. Die Warmluftklappe 22' und
die Kaltluftklappe 23' des
oberen Luftklappenpaars sind so miteinander gekoppelt, daß sie gegensinnig öffnen und
schließen,
also mit Öffnen
der Warmluftklappe 22' die
Kalt luftklappe 23' zunehmend schließt und umgekehrt.
Die dabei freigegebenen Querschnitte der Lufteinströmöffnungen
der Luftmischkammer 14 sind dem Diagramm der 5 zu entnehmen, wobei "auf" für eine vollständig geöffnete Einströmöffnung und "zu" für eine vollständig geschlossene
Einströmöffnung steht.
Ausgehend von der vollständig
geöffneten
Warmluftklappe 22' (Kurve a
in 5) und der vollständig geschlossenen
Kaltluftklappe 23' (Kurve
b in 5) wird mit zunehmenden
Stellweg die Warmluftklappe 22' zunehmend geschlossen und gleichzeitig
die Kaltluftklappe 23' zunehmend
geöffnet.
Konstruktiv kann diese Kopplung zwischen den beiden Luftklappen 22' und 23' des oberen
Luftklappenpaars mittels eines Kurbeltriebs 26 vorgenommen
werden. Der Kurbeltrieb 26 weist, wie in 3 schematisch angedeutet ist, eine erste Kurbel 27 und
eine zweite Kurbel 28 sowie eine an den beiden Kurbeln 27, 28 angelenkte
Kurbelstange 29 auf. Die erste Kurbel 27 ist drehfest
an der gemeinsamen Stellwelle 25 der Warmluftklappen 22' und 22'' und die zweite Kurbel 28 drehfest
an einer Stellwelle 30 für die Kaltluftklappe 23' befestigt,
wobei die als Schwenkklappe ausgeführte Kaltluftklappe 23' drehfest mit
der Stellwelle 30 verbunden ist.
Die beiden Luftklappen 22'' und 23'' des
unteren Luftklappenpaars sind grundsätzlich auch in der Weise gekoppelt,
daß sie
gegensinnig öffnen
und schließen.
Diese Kopplung ist jedoch insoweit modifiziert als die Kaltluftklappe 23" beim Schließen der Warmluftklappe 22'' verzögert öffnet und umgekehrt beim Öffnen der
Warmluftklappe 22'' beschleunigt schließt. Wie
in dem Diagramm der 4 dargestellt ist,
erfolgt das Öffnen
und Schließen
der Warmluftklappe 22'', die ja starr
an die Warmluftklappe 22' angekoppelt
ist, in gleicher Weise wie bereits in 5 dargestellt,
nämlich
linear zum Stellweg der Stellvorrichtung 24 (Kurve a in 4). Durch die angesprochene
modifizierte Kopplung der Kaltluftklappe 23'' an
die Verstellbewegung der Warmluftklappe 22'' setzt
das Öffnen
der Kaltluftklappe 23'' erst nach einem
Teilöffnen
der Warmluftklappe 22'' ein, während das
Schließen
der Kaltluftklappe 23'' weit vor dem vollständigen Öffnen der
Warmluftklappe 22'' abgeschlossen
ist. Dies wird durch Kurve b im Vergleich zur Kurve a in 4 deutlich.
Die modifizierte Kopplung der Luftklappen 22'' und 23'' des
unteren Luftklappenpaars wird konstruktiv beispielsweise mittels
eines Kurvenscheibengetriebes 31 hergestellt, wie es beispielhaft
in 9 in Draufsicht zu
sehen ist. Das Kurvenscheibengetriebe 31 besitzt eine drehbar
gelagerte Kurvenscheibe 32, an der eine Kurbelstange 33 mit
radialem Abstand von der Drehachse angelenkt ist, die ihrerseits an
einer drehfest auf der gemeinsamen Stellwelle 25 der beiden
Warmluftklappen 22' und 22'' sitzenden Kurbel 34 angelenkt
ist. Die Kurvenscheibe 32 weist eine Steuernut 35 auf,
in der ein Steuerstift 36 geführt ist. Der Steuerstift 36 ist
an dem einen Ende eines Hebels 37 angeordnet, der drehfest
auf einer Stellwelle 38 für die Kaltluftklappe 23'' sitzt. Die Stellwelle 38 ist
drehend gelagert und die als Schwenkklappe ausgeführte Kaltluftklappe 23' drehfest mit
der Stellwelle 38 verbunden. Durch eine geeignete Formgebung
der Steuernut 35 wird beim Verschwenken der gemeinsamen
Stellwelle 25 für
die beiden Warmluftklappen 22' und 22'',
die zu einer Verstellbewegung der Warmluftklappen 22'' und 22' gemäß den Kurven a in 4 und 5 führt,
eine Verstellbewegung der Kaltluftklappe 23'' gemäß Kurve
b in 4 bewirkt. Der
Hebel 37 oder alternativ die Kaltluftklappe 23'' ist mit einer Rückstellfeder 39 belastet,
die die Kaltluftklappe 23'' in ihre Schließstellung
zurückzuführen sucht.
Die Steuerung der insgesamt vier
Luftklappen der beiden Luftklappenpaare durch eine einzige elektromotorische
Stellvorrichtung 24 in der beschriebenen Weise gemäß den Diagrammen
in 4 und 5 hat den Vorteil, daß die Lufttemperatur in der
unteren Luftmischkammer 15 immer etwas höher liegt
als die Lufttemperatur in der oberen Luftmischkammer 14 und
diese bei Veränderung
der Lufttemperatur in der oberen Luftmischkammer 14 nachgeführt wird,
so daß eine
Schichtung der Luft temperatur in den beiden Luftmischkammern 14, 15 erreicht
wird. Dient beispielsweise die untere Luftmischkammer 15 zur
Luftversorgung des Fußraums der
Fahrgastzelle und die obere Luftmischkammer 14 zur Luftversorgung
der Mittelebene und/oder des Kopfbereichs der Fahrgastzelle, so
ist die Lufttemperatur im Fußraum
immer etwas höher
als die in der Mittelebene und/oder im Kopfbereich, was von den Fahrgästen als
Klimakomfort empfunden wird. Dient dagegen die untere Luftmischkammer 15 zur
Luftversorgung für
den Fond der Fahrgastzelle und die obere Luftmischkammer 14 zur
Luftversorgung für
den Frontraum der Fahrgastzelle, so können die Wärmeverluste in den zum Fond
führenden
langen Luftkanälen
kompensiert und so im Fond auch eine gleiche Temperatur wie im Frontraum
eingestellt werden. Auch dies verbessert den von den Fahrgästen empfundenen
Klimakomfort in der Fahrgastzelle. Infolge des durch die Ansteuerung
aller Luftklappen mit nur einer einzigen elektromotorischen Stellvorrichtung bedingten
Wegfalls einer bisher erforderlichen zweiten elektromotorischen
Stellvorrichtung wird eine Senkung der Fertigungskosten und des
Bauraumbedarfs erzielt.
Das durch die beschriebene Luftklappenanordnung
gemäß 3 und deren Steuerung erreichte
Ziel der Lufttemperaturschichtung zwischen der oberen und unteren
Luftmischkammer 14, 15 wird auch bei der Ausgestaltung
der Klappenanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel
in 6 erreicht. Hier
sind von den beiden Luftklappenpaaren die beiden Kaltluftklappen 23' und 23'' starr miteinander verbunden, so
daß sie
die gleiche Stellbewegung ausführen.
Hierzu sind die beiden Kaltluftklappen 23' und 23'' über eine
gemeinsame Stellwelle 40 betätigbar, die über einen
Kurbeltrieb 26 von der elektromotorischen Stellvorrichtung 24 verstellt
wird. Bei der Ausführung
der Kaltluftklappen 23' und 23'' als Schwenkklappen sitzen die
beiden Kaltluftklappen 23' und 23'' drehfest auf der gemeinsamen Stellwelle 40,
die im Klimakasten 10 drehbar gelagert ist. Die Warmluftklappe 22' des oberen
Luftklappenpaars und die Warmluftklappe 22'' des
unteren Luftklappenpaars besitzt jeweils eine separate Stellwelle 41 bzw.
42. Die Stellwelle 41 für
die obere Warmluftklappe 22' wird
direkt von der elektromotorischen Stellvorrichtung 24 angetrieben,
wobei die Stellwelle 41 über den Kurbeltrieb 26,
der in gleicher Weise ausgebildet ist wie zu 9 beschrieben, die gemeinsame Stellwelle 40 der
Kaltluftklappen 23' und 23'' betätigt. Über den von der elektromotorischen
Stellvorrichtung 24 vorgegebenen Stellweg erfolgt das Öffnen und Schließen der
Kaltluftklappe 23' gemäß Kurve
b in 8 und das Schließen und Öffnen der
Warmluftklappe 22' gemäß Kurve
a in 8. In gleicher
Weise erfolgt durch die starre Ankopplung an die Kaltluftklappe 23' das Schließen der
Kaltluftklappe 23'' gemäß Kurve
b in 7.
Die Warmluftklappe 22'' des unteren Luftklappenpaars ist
nunmehr so an die Kaltluftklappe 23'' angekoppelt,
daß die
Warmluftklappe 22'' beim Schließen der
Kaltluftklappe 23'' beschleunigt öffnet und
umgekehrt beim Öffnen
der Kaltluftklappe 23'' verzögert schließt. Wie
im Diagramm der 7 die Kurve
b zeigt, erfolgt das Schließen
und Öffnen
der Kaltluftklappe 23' linear
zum Stellweg der elektromotorischen Stellvorrichtung 24 und – wie Kurve
a zeigt – das Öffnen der
Warmluftklappe 22'' überproportional
und das Schließen
der Warmluftklappe 22'' unterproportional.
Diese von der Stellbewegung der Kaltluftklappe 23'' erzwungene Stellbewegung der Warmluftklappe 22'' wird wiederum mittels eines Kurvenscheibengetriebes 31 herbeigeführt, wie
es in 9 dargestellt
ist, wobei lediglich die Steuerkurve 35 entsprechend ausgelegt
werden muß.
Die Kurvenscheibe 32 kann anstelle mit einer Steuernut 35, in
der der Steuerstift 36 geführt ist, auch an ihrem Umfang
mit einer entsprechend gestalteten Kurvenbahn ausgeführt werden,
an der der Hebel 37 mit einem darauf angeordneten Nocken
kraftschlüssig
anliegt.
Es ist auch möglich, durch Wegfall der Trennwände 19, 21 die
Rechts- /Linkssteuerung der Luftversorgung aufzuheben und nur eine
obere und untere Luftmischkammer vorzusehen, denen dann jeweils
ein Klappenpaar zugeordnet ist. Dann dient die obere Luftmischkammer
zur Luftversorgung der Mittelebenen- und/oder Kopfraumzone der Fahrgastzelle
oder des Frontraums und die untere Luftmischkammer zur Luftversorgung
des Fußraums
oder des Fonds der Fahrgastzelle.
Entfällt der Wärmetauscher 12 im
Klimakasten 10, so arbeitet die beschriebene Klimaanlage
als reine Heizungsanlage, wobei als Kaltluft Frischluft aus der
Fahrzeugumgebung zugeführt
wird.