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Die
Erfindung geht aus von einer Luftsteuereinheit für Belüftungseinrichtungen, insbesondere
für Klimaanlagen,
in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
bekannte Luftsteuereinheit für
Klimaanlagen in Fahrzeugen (
DE
44 42 000 A1 ) weist zur Luftdosierung und Luftverteilung
der Warm- und Kaltluft schwenkbare, lamellenartige Luftklappen auf,
die mit ihren parallel ausgerichteten Schwenkachsen in einem eine
Luftdurchtrittsöffnung
umschließenden Einbaurahmen
gelagert sind und in ihrer die Luftdurchtrittsöffnungen abdeckenden Schließstellung einander überlappen.
Die lamellenartigen Luftklappen sind gelenkig mit einer Betätigungsstange
verbunden, die mittels eines elektromotorischen Antriebs axial hin-
und herverschiebbar ist und dadurch je nach Schieberichtung die
Luftklappen zwischen deren Schließstellung und einer die Luftdurchtrittsöffnung freigebenden
Offenstellung hin- und herschwenkt, wobei die Luftklappen zur Luftdosierung jede
beliebige Zwischenschwenkstellung einzunehmen vermögen.
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Bei
einer Belüftungseinrichtung
für die
Fahrgastzelle eines Fahrzeugs ist es bekannt, eine Luftsteuereinheit
einer im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordneten Luftdüse zuzuordnen,
die auf der Beifahrerseite im seitlichen Armaturenbereich angeordnet
ist (
DE 43 27 266 C1 ).
Die Luftdüse
weist zwei in einer gemeinsamen Düseneintrittsöffnung mündende Düsenteile
auf. In jedem Düsenteil
ist eine um eine Schwenkachse schwenkbare Luftklappe zur Luftmengenregulierung
angeordnet, von denen die eine Luftklappe vom Fahrer fernbedienbar
und die andere Luftklappe vom Beifahrer manuell bedienbar ist. Die
Verstellung der beiden Luftklappen erfolgt über eine Kinematik, an der
einerseits ein vom Fahrer betätigbarer
Bowdenzug und andererseits ein vom Beifahrer betätigbares Handrad angreift.
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Es
ist ein Schwenkantrieb zum Anklappen und Zurückstellen eines Außenspiegels
an Fahrzeugen bekannt (
US 4 626
085 ), bei dem der schwenkbar gelagerte Außenspiegel
mittels eines sog. Formgedächtnislegierungs-Akuators
in zwei Positionen verbracht werden kann. Formgedächtnislegierungen sind
Legierungen z.B. aus Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Aluminium-Nickel
oder Nickel-Titan, die ein Formgedächtnis oder einen Memory-Effekt
besitzen, d.h. nach mechanischer Verformung ihre ursprüngliche
Form durch Erwärmung
wieder annehmen. Der Aktuator besitzt zwei schraubenförmige Federn
aus einer Formgedächtnislegierung,
die an einem schwenkbaren Spiegelträger angreifen. In einer der beiden
Endschwenkstellungen des Spiegels weist die eine Feder ihr Längenminimum
und die andere Feder ihr Längenmaximum
auf. Wird die Feder mit dem Längenmaximum
erwärmt,
so zieht sie sich auf ihre ursprüngliche
Länge,
dem Längenminimum,
zusammen und schwenkt dadurch den Spiegelträgerin die andere Endschwenkstellung,
wobei gleichzeitig die andere Feder auf ihr Längenmaximum gestreckt wird.
Wird anschließend
die auf ihr Längenmaximum gestreckte
Feder erwärmt,
so zieht sie sich auf ihr Längenminimum
zusammen, und der Spiegelträger wird
wieder zurückgeschwenkt,
wobei dabei die andere Feder gedehnt wird.
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Ein
bekannter Drehantrieb für
ein sog. Schmetterlingsventil (
US
5 396 769 ) weist zwei hohlzylindrische Formstücke auf,
die drehfest auf einer mit dem Ventilglied fest gekoppelten Drehwelle
sitzen. Auf jedem Formstück
ist eine Wicklung aus einem stromleitenden Draht aus einer Formgedächtnislegierung
aufgewickelt. Die einen Drahtenden der beiden Wicklungen sind auf
dem jeweiligen Formstück
und die beiden anderen Drahtenden der Wicklungen auf einem die Drehwelle
aufnehmenden Träger
festgelegt. Einer der beiden zu einer Wicklung aufgewickelten Drähte ist
vor dem Aufwickeln um ca. 2% seiner Länge gestreckt. Die Drehwelle
mit Ventilglied wird relativ zu den beiden bewickelten Formstücken so
ausgerichtet, dass sich das Ventilglied in einer seiner beiden Schwenkendstellungen,
also in seiner Schließstellung
oder seiner Offenstellung, befindet. Wird ein elektrischer Strom
an die Wicklung mit gestreckter Drahtlänge gelegt, so nimmt der Draht durch
die dadurch erfolgenden Erwärmung
seine ursprüngliche
kürzere
Länge wieder
ein. Diese Verkürzung
der Drahtlänge
der einen Wicklung führt
zu einer Drehbewegung der Drehwelle, und das Ventilglied wird von
seiner einen Schwenkendstellung in die andere Schwenkendstellung überführt. Gleichzeitig
wird die Länge
des Drahtes der anderen Wicklung um ca. 2% gestreckt. Wird anschließend die
andere Wicklung bestromt, so dreht sie durch Verkürzung ihrer
Drahtlänge
das Ventilglied wieder in die ursprüngliche Schwenkendstellung
zurück.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Luftsteuereinheit
für Belüftungseinrichtungen
in Fahrzeugen hat den Vorteil, dass durch den Einsatz von Formgedächtnislegierungs-Aktuatoren
die Luftsteuereinheit in Hinblick auf geringen Einbauraum und geringe
Geräuschentwicklung
wesentlich verbessert wird. Die Aktuatoren arbeiten im Gegensatz
zu elektrischen Antrieben absolut geräuschlos und sehr schnell, so
dass kurze Schaltzeiten für
die Einstellung der Luftklappen erzielt werden. Die Luftsteuereinheit
ist wenig verschleißanfällig, robust
und besitzt eine hohe Lebensdauer.
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Die
erfindungsgemäße Luftsteuereinheit kann
sowohl in Klimakästen
von Fahrzeug-Klimaanlagen zur Dosierung, Aufteilung und Verteilung
der die Wärmetauscher
durchströmenden
Warm- und Kaltluft als auch in Belüftungsdüsen zur Einstellung des Luftstroms
in Bereichen der Fahrgastzelle eingesetzt werden. Aufgrund der Baukleinheit
der Formgedächtnislegierungs-Aktuatoren
können
diese in die fahrgastzellenseitigen Belüftungsdüsen integriert werden, so dass
die Belüftungsdüsen auch
ferngesteuert, z.B. vom Fahrer aus eingestellt werden können.
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Durch
die in den Ansprüchen
aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Luftsteuereinheit möglich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist eine Mehrzahl von lamellenartigen Luftklappen mit
jeweils einem zugeordneten Aktuator vorgesehen, die jalousieartig
eine Luftdurchtrittsöffnung überdecken.
Solche Jalousieverschlüsse
sind durch die geringen Abmessungen der Luftklappen sehr bauklein
und erfordern nur wenig Einbauraum. Da jede lamellenartige Luftklappe
mit einem Aktuator versehen ist, ergibt sich ein modularer Aufbau
des Jalousieverschlusses, der eine von der Lamellenzahl unabhängige gleiche
Konstruktion erlaubt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung besitzt jeder Formgedächtnislegierungs-Aktuator
zwei Widerstanddrähte
aus einer Formgedächtnislegierung,
die auf diametralen Seiten der Luftklappe, vorzugsweise an einer
die Luftklappe drehfest tragenden, drehbar gelagerten Schwenkwelle
oder einem Schwenkzapfen der Luftklappe angreifen und wechselweise
an eine Stromquelle anschließbar
sind. Von den beiden mit ihren anderen Drahtende raumfest festgelegten
Widerstanddrähten ist
ein Widerstandsdraht mechanisch vorgelängt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind die Widerstanddrähte
langgestreckt. Hierbei ergibt sich eine besonders baukleine Bauform
der Luftsteuereinheit, die insbesondere von Vorteil bei Jalousieverschlüssen mit
einer Vielzahl von lamellenartigen Luftklappen ist, denen jeweils
ein Aktuator, also zwei an der Luftklappe angreifende Widerstandsdrähte, zugeordnet
ist.
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Zeichnung
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Die
Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer
Darstellung:
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1 eine Draufsicht einer
Luftsteuereinheit für
eine Belüftungseinrichtung
von Fahrzeugen, teilweise geschnitten,
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2 eine Ansicht der Luftsteuereinheit
in Richtung Pfeil II in 1,
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3 einen Schnitt längs der
Linie III-III in 1,
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4 ausschnittweise eine gleiche
Darstellung wie in 1 einer
Luftsteuereinheit gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
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5 eine Ansicht der Luftsteuereinheit
in Richtung Pfeil V in 4,
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6 eine vergrößerte Darstellung
des Ausschnitt VI in 4,
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7 eine Ansicht des Ausschnitts
in Richtung Pfeil VII in 6.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
in 1 in Draufsicht,
teilweise geschnitten und schematisiert dargestellte Luftsteuereinheit für eine Belüftungseinrichtung
in Fahrzeugen weist einen Einbaurahmen 11 auf, der die
Größe einer
Luftdurchtrittsöffnung
festlegt, bei der die durch sie hindurchtretende Luftmenge gesteuert
werden soll. Eine solche Luftsteuereinheit ist beispielsweise in
einem Klimakasten einer Klimaanlage eingesetzt, um die durch eine
Wärmetauscher
hindurchtretende Luftmenge zu dosieren oder um die in einen Luftverteilerkanal
im Klimakasten einströmende
Luft mengenmäßig zu steuern.
Die Luftsteuereinheit weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
drei lamellenartige Luftklappen 12 auf, die identisch ausgebildet
und im Einbaurahmen um zueinander parallel ausgerichtete Schwenkachsen
schwenkbar gelagert sind. Die Anzahl der lamellenartigen Luftklappen 12 kann
jedoch beliebig sein und wird durch die lichte Öffnung des Einbaurahmens 11 festgelegt.
Die Anordnung der Luftklappen 12 ist dabei so vorgenommen,
dass sie sich in ihrer Schließstellung überlappen
und die von dem Einbaurahmen 11 begrenzte Luftdurchtrittsöffnung 10 jalousieartig überdecken.
Zur Schwenklagerung der Luftklappen 12 sind an den beiden
Schmalseiten einer jeden Luftklappe 12 Schwenkzapfen 13 angeformt,
die koaxial zur Schwenkachse der Luftklappe 12 ausgerichtet
sind und in Bohrungen 14 im Einbaurahmen 11 drehgleitend
aufgenommen sind.
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Zum
Schwenken der Luftklappen 12 aus ihrer in 1 und 3 dargestellten
Schließstellung
in eine die Luftdurchtrittsöffnung 10 freigebenden
Offenstellung ist jeder Luftklappe 12 ein Schwenkantrieb
zugeordnet, der als Formgedächtnislegierungs-Aktuator 15 ausgebildet
ist. Der Formgedächtnislegierungs-Aktuator 15 – im folgenden
kurz Memory-Aktor 15 genannt – ist unmittelbar an der zugeordneten
Luftklappe 12 angeordnet und am Einbaurahmen 11 abgestützt. Jeder
Memory-Aktor 15 besteht aus zwei Widerstandsdrähten 16, 17,
die auf diametralen Seiten der Luftklappe 12 angreifen
und wechselweise an eine Stromquelle 18 anschließbar sind.
Die Widerstandsdrähte 16, 17 sind
mit ihrem einen Drahtende an einem der beiden Schwenkzapfen 13 der
Luftklappe 12 diametral festgelegt und mit ihrem anderen
Drahtende auf dem Einbaurahmen 11 befestigt. Der Widerstandsdraht 17 ist
dabei vor dem Einbau mechanisch gelängt oder gestreckt, so dass in
der in 1 und 3 dargestellten Schließstellung der
Luftklappen 12 der Widerstandsdraht 17 sein Längenmaximum
und der Widerstandsdraht 16 sein Längenminimum besitzt. Jeder
Widerstandsdraht 16, 17 ist dabei langgestreckt
ausgeführt
und verbindet den Schwenkzapfen 13 unmittelbar mit dem
Einbaurahmen 11.
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In 2 ist die elektrische Anbindung
der Widerstandsdrähte 16, 17 an
die Stromquelle 18 strichpunktiert eingezeichnet. Die drei
Widerstandsdrähte 16 einerseits
und die drei Widerstandsdrähte 17 andererseits
sind parallel geschaltet. Die beiden Parallelschaltungen sind über einen
ferngesteuerten Umschalter 19, der z.B. als Relais ausgeführt sein kann,
mit der Stromquelle 18 verbunden. Wird der schematisch
dargestellte Umschalter 19 in 2 nach rechts geschwenkt, so werden die
Widerstandsdrähte 17,
die ihr Längenmaximum
aufweisen, bestromt. Durch die Bestromung werden die Widerstandsdrähte 17 erwärmt, und
infolge des Memory-Effekts verkürzt
sich die Länge
der Widerstandsdrähte 17 auf
das Längenminimum
der Widerstandsdrähte 17.
Dadurch werden die Schwenkzapfen 13 in 2 im Uhrzeigersinn gedreht und die Luftklappen 12 im
Uhrzeigersinn geschwenkt und wird die Luftdurchtrittsöffnung 10 zunehmend
freigegeben. Beim Schwenken der Schwenkzapfen 13 werden
die Widerstandsdrähte 16 mechanisch
gestreckt. Sind die Luftklappen 12 bis in ihre andere Schwenkendstellung überführt, in
der die Luftdurchtrittsöffnung 10 maximal
geöffnet
ist, so erreichen die Widerstandsdrähte 16 ihr Längenmaximum.
Wird der Umschalter 19 wieder in die neutrale Stellung
der 2 zurückgeführt, so
wird die Bestromung der Widerstandsdrähte 17 aufgehoben,
und die Luftklappen 12 verharren in der eingestellten Schwenkstellung.
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Wird
der Umschalter 19 in 2 nach
links geschwenkt, so wird die Parallelschaltung der Widerstandsdrähte 16 bestromt.
Die Erwärmung
der Widerstandsdrähte 16 führt zu einer
Verkürzung
ihrer Längen,
so dass die Schwenkzapfen 13 in 2 entgegen Uhrzeigersinn gedreht und
dadurch die Luftklappen 12 in Richtung ihrer Schließstellung
geschwenkt werden. Durch die Schwenkbewegung der Schwenkzapfen 13 werden
die Widerstandsdrähte 17 wiederum
mechanisch gestreckt und nehmen in der Schließstellung der Luftklappen 12 ihr
Längenmaximum
an. Wird der Umschalter 19 in seine neutrale Stellung zurückgesetzt,
so wird die Bestromung der Widerstandsdrähte 16 aufgehoben,
und die Luftklappen 12 verharren in der erreichten Schwenkstellung.
Die Luftsteuereinheit gemäß 4 und 5 unterscheidet sich von der zuvor beschrieben
Luftsteuereinheit dadurch, dass die Widerstandsdrähte 16, 17 nicht
langgestreckt sind, sondern als Wickel 21, 22 in Windungen
auf dem Schwenkzapfen 13 der zugeordneten Luftklappe 12 aufgewickelt
sind. Wie die vergrößerte Darstellung
in 6 und 7 zeigt, sind dabei die Wickel 21, 22 eines
jeden Memroy-Aktors 15 konzentrisch angeordnet. Wiederum
sind die einen Drahtenden 161, 171 der Widerstandsdrähte 16, 17 am
Einbaurahmen 11 festgelegt, während die in 6 und 7 nicht
zu sehenden anderen Drahtenden der Widerstandsdrähte 16, 17 an
dem Schwenkzapfen 13 diametral befestigt sind. Die Widerstandsdrähte 17 sind
vor dem Aufwickeln zum Wickel 22 in ihrer Länge gestreckt
worden, so dass die zu den Wickeln 22 verarbeiteten Widerstandsdrähte 17 ihr
Längenmaximum
besitzen. Die beiden Widerstandsdrähte 16, 17 sind
wie zu 2 beschrieben
mittels eines Umschalters 19 wechselweise an die Stromquelle 18 anschließbar und
arbeiten in gleicher Weise wie zu 1 und 2 beschrieben.
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Die
beiden Wickel 21, 22 des Memory-Aktors 15 können auch
auf dem Schwenkzapfen 13 der Luftklappe 12 in
Axialrichtung hintereinander angeordnet werden oder jeweils ein
Wickel 21, 22 kann auf einen der beiden Schwenkzapfen 13 der
Luftklappe 12 aufgewickelt werden.