DE19548246A1 - Vorrichtung zur leitungsgeführten Übertragung mechanischer Betätigungsbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertra­ gung mechanischer Betätigungsbewegungen, insbesondere zur Po­ sitionseinstellung eines Stellorgans einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, mit einer flexiblen Über­ tragungsleitung, einer bewegungseinleitenden Betätigungsein­ heit am einen Ende der Übertragungsleitung und einer bewe­ gungsausleitenden Betätigungseinheit am anderen Ende der Übertragungsleitung.

Derartige Vorrichtung werden beispielsweise in Heizungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen dazu verwendet, die vom Be­ nutzer auf einen Bedienknopf an einem Bediengerät ausgeübte Betätigungsbewegung zu einem zugehörigen, vom Bediengerät entfernt angeordneten Stellorgan, wie einer Luftklappe, zwecks Positionseinstellung desselben zu übertragen. Als fle­ xible Leitung zur Übertragung der Betätigungsbewegung wird dabei herkömmlicherweise häufig ein Bowdenzug eingesetzt, bei dem die Betätigungsbewegung über einen in einer Ummantelung geführten Draht übertragen wird. Derartige Anordnungen sind in den Patentschriften EP 0 183 019 B1 und EP 0 433 245 B1 sowie der Offenlegungsschrift EP 0 097 878 A2 offenbart. Des weiteren sind auch Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die flexible Übertragungsleitung eine biegsame Welle oder eine Kardanwelle beinhaltet oder von ei­ ner Unterdruckleitung gebildet ist, mit der bei pneumatischen Systemen z. B. Ventile angesteuert werden können. Problempunk­ te bei all diesen Arten von flexiblen Betätigungsbewegungs- Übertragungsleitungen, besonders auch bei den sehr gebräuch­ lichen Bowdenzügen, liegen im Auftreten von Hystereseeffek­ ten, in einem ungleichen Kraftverlauf über den gewünschten Bewegungsbereich hinweg, in einer häufig störenden Ge­ räuschbildung sowie in Problemen beim Verlegen der Leitungen. So sollten z. B. Bowdenzüge nur mit verhältnismäßig geringer Krümmung verlegt werden, da ansonsten hohe Übertragungskraft­ verluste durch Reibung auftreten.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit der mechanische Betätigungsbewegungen, insbesondere für Stellorgane von Heizungs- oder Klimaanlagen in Kraftfahrzeu­ gen, über eine flexible Übertragungsleitung mit geringer Hy­ sterese und gleichmäßigem Kraftverlauf übertragen werden kön­ nen und die ohne funktionelle Einschränkungen auch Verlegun­ gen der Übertragungsleitung mit geringen Krümmungsradien er­ möglicht.

Dieses Problem wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Als flexible Übertragungsleitung dient hierbei eine Hydraulikfluiddruckleitung, an deren Enden als bewegungseinleitende bzw. bewegungsausleitende Betäti­ gungseinheit Druckzylindereinheiten angeschlossen sind, von denen die bewegungseinleitende Einheit für eine Umsetzung der eingeleiteten mechanischen Betätigungsbewegung in eine Zug­ bzw. Druckkraftwirkung auf das Hydraulikfluid und die bewe­ gungsausleitende Einheit umgekehrt für eine Umsetzung dieser Zug- bzw. Druckkraft in eine ausgeleitete mechanische Betäti­ gungsbewegung sorgt. Im Vergleich zu Bowdenzuganordnungen mit kraftübertragendem Innendraht besitzt diese Vorrichtung, die entsprechend ihrer Funktion und ihrem Einsatzzweck als "hydraulische Bowdenzuganordnung" bezeichnet werden kann, deutlich geringere Hystereseeffekte und einen sehr gleichmä­ ßigen Kraftverlauf über die gesamte Betätigungsbewegung hin­ weg. Dabei kann die Hydraulikfluiddruckleitung ohne erhöhte Reibungsverluste mit sehr geringen Krümmungradien verlegt werden. Die kraftumsetzenden Betätigungseinheiten an den En­ den der Übertragungsleitung können außerdem strömungsregulie­ rende Bauelemente, wie Ventile, Drosseln oder Überströmkanä­ le, zur Bestimmung des Druckverlaufs enthalten, so daß sich in gewünschter Weise unterschiedliche Übertragungskennlinien einstellen lassen. Zudem können die Betätigungseinheiten durch geeignete Wahl der mechanischen Ankopplung eines ein­ gangsseitig angeordneten, benutzerbetätigbaren Bedienorgangs bzw. eines ausgangsseitig angeordneten, anzusteuernden Organs an die jeweilige Druckzylindereinheit, beispielsweise über Kurvenscheiben oder getriebeartige Verzahnungen, beliebige gewünschte Kraftübersetzungen bereitstellen. Dazu kann auch die Wahl unterschiedlicher effektiver Druckquerschnitte in den beiden Druckzylindereinheiten beitragen.

Mit einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Vorrichtung läßt sich eine parallele Bereitstellung einer mechanischen Betäti­ gungsbewegung am Ende mehrerer Zweige der Übertragungsleitung durch Betätigung einer einzigen bewegungseinleitenden Betäti­ gungseinheit erzielen. Damit können beispielsweise zwei Luft­ klappen einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs parallel durch Betätigen nur eines Bedienknopfes an einem Be­ diengerät der Heizungs- oder Klimaanlage in die gewünschte Position gebracht werden.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Vorrichtung ermöglicht die Umsetzung einer beispielsweise über einen Drehknopf ein­ geleiteten Betätigungsdrehbewegung in die Hydraulikfluid­ druckkraft oder -zugkraft, die dann ausgangsseitig wieder in eine gewünschte mechanische Bewegung, z. B. eine lineare Bewe­ gung oder wiederum eine Drehbewegung, umgewandelt werden kann.

Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Vorrichtung dient zur komfortablen, ferngesteuerten Ansteuerung einer verstellbaren Luftklappe einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeuges durch Betätigen eines zugehörigen Betätigungsorgans an einem meist im Armaturenbrettbereich angeordneten Bediengerät der Heizungs- oder Klimaanlage.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 eine Blockdiagrammdarstellung einer Vorrichtung zur leitungsgeführten Übertragung mechanischer Betäti­ gungsbewegungen mit ausgangsseitiger Verzweigung in zwei Zweige,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung zur lei­ tungsgeführten Übertragung mechanischer Betätigungs­ bewegungen zur Positionseinstellung einer Luftklappe einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeu­ ges in einer ersten Endstellung und

Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, jedoch in einer zweiten Endstellung der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Blockdiagrammdarstellung eine Vorrichtung zur Übertragung mechanischer Betätigungsbewegun­ gen, die vom Benutzer an einem Betätigungsorgan eines Bedien­ gerätes einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeu­ ges eingeleitet werden können, zu zwei parallel ansteuerba­ ren, nicht näher gezeigten Luftklappen der Heizungs- oder Klimaanlage. Die Vorrichtung beinhaltet hierzu eine bewe­ gungseinleitende Betätigungseinheit (1), zwei von dieser be­ wegungseinleitenden Betätigungseinheit (1) entfernt und par­ allel zueinander angeordnete, bewegungsausleitende Betäti­ gungseinheiten (2a, 2b) zur Betätigung der jeweiligen Luft­ klappe sowie eine nur teilweise gezeichnete, flexible Hydrau­ likfluiddruckleitung (3) zwischen der bewegungseinleitenden (1) und den beiden bewegungsausleitenden Betätigungseinheiten (2a, 2b). Dazu verzweigt sich die Hydraulikfluiddruckleitung (3) von einem von der bewegungseinleitenden Betätigungsein­ heit (1) abführenden Leitungsabschnitt (3a) in zwei ausgangs­ seitige Leitungszweige (3b, 3c), von denen jeder zur zugehö­ rigen bewegungsausleitenden Betätigungseinheit (2a, 2b) führt.

Die bewegungseinleitende Betätigungseinheit (1) beinhaltet eine Druckzylindereinheit (5), die einen Druckzylinder und je nach Anwendungsfall optional hydraulische Bauelemente, wie eine Drossel, ein Ventil oder einen Überströmkanal, zur Er­ zielung eines gewünschten Druckverlaufs aufweist, sowie ein mechanisches Ankopplungselement (4), das Teil des Bediengerä­ tes ist, zur Einkopplung der mechanischen Betätigungsbewegung in die Druckzylindereinheit (5). Das mechanische Ankopplungs­ element (4) bildet folglich ein Antriebselement und kann bei­ spielsweise eine als Zahnstange ausgebildete Kolbenstange, ein Schieber oder Hebel, eine Sonderverzahnung, eine Kurven­ scheibe, eine Schaltwalze oder ein Schraubgetriebe sein. Der­ artige Kupplungselemente sind dem Fachmann geläufig und be­ dürfen daher hier keiner näheren Beschreibung. Das Antriebs­ element (4) kann anwendungsabhängig selbst bereits das benut­ zerbetätigbare Betätigungsorgan darstellen, oder letzteres ist dem Antriebselement (4) vorgeschaltet und mit diesem me­ chanisch beweglich gekoppelt. Die Druckzylindereinheit (5) beinhaltet in üblicher Weise eine Arbeitskammer, aus der die Hydraulikfluiddruckleitung (3) ausmündet.

Entsprechend der bewegungseinleitenden Betätigungseinheit (1) besitzen auch die beiden bewegungsausleitenden Betätigungs­ einheiten (2a, 2b) jeweils eine Druckzylindereinheit (6a, 6b) mit einer Arbeitskammer, in die der zugehörige Zweig (3b, 3c) der Hydraulikfluiddruckleitung (3) einmündet, sowie ein me­ chanisches Ankopplungselement (7a, 7b), das als Abtriebsele­ ment zur Positionseinstellung der jeweils zugehörigen, daran mechanisch angekoppelten, nicht gezeigten Luftklappe dient. Die Arbeitskammern der drei Druckzylindereinheiten (2a, 2b, 5) und die Hydraulikfluiddruckleitung (3) sind vollständig mit einem gebräuchlichen Hydraulikfluid gefüllt, wobei die effektiven Wirkungsquerschnitte der die Arbeitsräume beweg­ lich begrenzenden Druckkolben je nach gewünschter Kraftüber­ setzung geeignet gewählt sind. Wegen der ausgangsseitigen Aufteilung in zwei parallele Fluiddruckzweige (3b, 3c) ist beispielsweise bei einer gewünschten Kraftübersetzung von 1:1 die wirksame Querschnittsfläche jedes der beiden Druckkolben der bewegungsausleitenden Druckzylindereinheiten (6a, 6b) ge­ rade halb so groß wie diejenige des Druckkolbens der bewe­ gungseinleitenden Druckzylindereinheit (5). Die beiden Ab­ triebselemente (7a, 7b) können identisch wie das eingangssei­ tige Antriebselement (4) oder in einer der anderen der zu dem Antriebselement (4) oben genannten Varianten realisiert sein.

Im Betrieb der Vorrichtung betätigt der Benutzer das Bedien­ organ und bewegt dadurch das Antriebselement (4), z. B. eine als Zahnstange ausgebildete Kolbenstange in deren Axialrich­ tung. Die Bewegung des Antriebselementes (4) wird von der Druckzylindereinheit (5) in eine Kraft auf das Hydraulikfluid umgesetzt, das diese Kraft über die Hydraulikfluiddrucklei­ tung (3) zu den beiden luftklappenseitigen Druckzylinderein­ heiten (6a, 6b) überträgt. Dabei können sowohl Druck- als auch Zugkräfte selbst dann ohne nennenswerte Hysterese über­ tragen werden, wenn die Druckleitung (3) wenigstens ab­ schnittweise schleifenförmig mit sehr geringem Krümmungsradi­ us verlegt ist. Die beiden luftklappenseitigen Druckzylinder­ einheiten (6a, 6b) setzen die vom Hydraulikfluid übertragene Kraft wieder in eine zugehörige mechanische Bewegung ihrer Abtriebselemente (7a, 7b) um, mit deren Bewegung dann die beiden Luftklappen in die gewünschte Position verstellt wer­ den.

Die Fig. 2 und 3 zeigen detaillierter eine Vorrichtung nach Art von Fig. 1, der einfacheren Darstellung halber ohne ausgangsseitige Verzweigung. Die Vorrichtung dient zur Fern­ einstellung der Position einer drehbeweglich gelagerten Luft­ klappe (21) einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeuges. Sie beinhaltet eine bewegungseinleitende Betätigungs­ einheit in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit (11), wobei sich der Kolben (14a) am einen Ende einer Kolbenstange (14) befindet, die an ihrem gegenüberliegenden, freien Ende über eine dem erforderlichen Betätigungshub entsprechende Länge als Zahnstange ausgebildet ist. Der Kolben (14a) ist in einem Druckzylinder (15) axial beweglich geführt und begrenzt mit diesem eine Arbeitskammer (15a), aus der eine Hydraulikfluid­ druckleitung (13) ausmündet. Mit dem Zahnstangenbereich der Kolbenstange (14) ist ein Zahnrad (18) in Eingriff, das dreh­ fest auf einer Welle sitzt, auf der ebenfalls drehfest ein nicht gezeigter, zur Ansteuerung der Luftklappe (21) dienen­ der Drehknopf am Bediengerät der Heizungs- oder Klimaanlage gehalten ist. Am anderen Ende der Hydraulikfluiddruckleitung (13) befindet sich als bewegungsausleitende Betätigungsein­ heit eine weitere Kolben-Zylinder-Einheit (12), die in ihrem Aufbau demjenigen der bewegungseinleitenden Kolben-Zylinder- Einheit (11) mit der Ausnahme entspricht, daß sie zusätzlich eine Schraubendruckfeder (22) enthält, welche die Kolbenstan­ ge (17) in eine vorgeschobene Position drückt, d. h. in Rich­ tung Verringerung des Volumens der vom zugehörigen Druckzy­ linder (16) und dem Kolben (17a) begrenzten Arbeitskammer (16a), in welche die Hydraulikfluiddruckleitung (13) einmün­ det. Mit dem Zahnstangenbereich der Kolbenstange (17) steht wiederum ein drehbeweglich gelagertes Zahnrad (19) in Ein­ griff, mit dem andererseits eine Außenverzahnung einer Vier­ telkreisscheibe (20) zusammenwirkt, die starr mit der Luft­ klappe (21) verbunden und mit dieser um eine gemeinsame Achse verschwenkbar ist.

Der Hub der mechanischen Betätigungsbewegung ist so gewählt, daß die Luftklappe (21) um 90° verschwenkt werden kann. Die Fig. 2 und 3 zeigen die beiden zugehörigen Endstellungen. In Fig. 2 befindet sich die bewegungseinleitende Kolbenstange (14) in ihrer am weitesten in den Druckzylinder (15) vorge­ schobenen Position, und korrespondierend dazu befindet sich die bewegungsausleitende Kolbenstange (17) in ihrer am weite­ sten aus deren zugehörigem Druckzylinder (16) herausgezogenen Stellung. Die Luftklappe (21) nimmt dabei eine vertikale Po­ sition ein, in der beispielsweise ein zugehöriger Luftströ­ mungskanal vollständig von der Luftklappe (21) abgesperrt oder freigegeben sein kann.

Zum Erreichen der entgegengesetzten Endstellung gemäß Fig. 3 dreht der Benutzer den Bedienknopf so, daß sich die bewe­ gungseinleitende Kolbenstange (14) aus ihrem Druckzylinder (15) herausbewegt. Dadurch wird das die Hydraulikfluiddruck­ leitung (13) und die beiden Arbeitskammern (15a, 16a) füllen­ de Hydraulikfluid in die Arbeitskammer (15a) der bewegungs­ einleitenden Kolben-Zylinder-Einheit (11) gezogen, deren Vo­ lumen sich vergrößert. Das auf diese Weise aus der Arbeits­ kammer (16a) der bewegungsausleitenden Kolben-Zylinder- Einheit (12) abgezogene Hydraulikfluid zieht den dortigen Kolben (17a) samt Kolbenstange (17) in den zugehörigen Druck­ zylinder (16) hinein. Dies verursacht eine Drehbewegung des mit dem Zahnstangenbereich dieser Kolbenstange (17) kämmenden Zahnrades (19), wodurch die Viertelkreisscheibe (20) und mit ihr die Luftklappe (21) verschwenkt wird, bis die Luftklappe (21) die in Fig. 3 dargestellte, horizontale Stellung ein­ nimmt, in der dann z. B. der zugehörige Strömungskanal freige­ geben oder abgesperrt wird.

Wenn umgekehrt ausgehend von der Stellung gemäß Fig. 3 die Luftklappe (21) in die Stellung von Fig. 2 verschwenkt werden soll, betätigt der Benutzer den Drehknopf in die entgegenge­ setzte Richtung, wodurch die bewegungseinleitende Kolbenstan­ ge (14) in ihren Druckzylinder (15) hineingedrückt wird. Durch die daraus resultierende Volumenverkleinerung der dor­ tigen Arbeitskammer (15a) wird Hydraulikfluid über die Hy­ draulikfluiddruckleitung (13) in die Arbeitskammer (16a) der bewegungsausleitenden Kolben-Zylinder-Einheit (12) gedrückt, wodurch deren Kolben (17a) samt Kolbenstange (17) nach außen gedrückt wird. Über das Zahnrad (19) und die Viertelkreis­ scheibe (20) führt dies zur Verschwenkung der Luftklappe (21) in die Vertikalposition von Fig. 2.

Die mechanische Bewegungsübertragung über die Hydraulikfluid­ druckleitung (13) erfolgt ohne merkliche Hysterese und mit sehr gleichmäßigem Kraftverlauf über den gesamten Bewegungs­ hub hinweg, weitestgehend unabhängig davon, wie die Hydrau­ likfluiddruckleitung (13) verlegt ist, wobei selbst starke Krümmungen ohne Funktionsstörungen möglich sind. Die bei die­ sem Ausführungsbeispiel in der bewegungsausleitenden Kolben- Zylinder-Einheit (12) vorgesehene Schraubendruckfeder (22) dient dazu, die Hysterese zwischen dem Wechsel von Druck- und Zugkrafteinwirkung auf das Hydraulikfluid sehr gering zu hal­ ten. Dazu stützt sie sich einerseits am hinteren Ende des Druckzylinders (16) und andererseits an Stützrippen der Kol­ benstange (17) ab, so daß die Schraubendruckfeder (22) ver­ sucht, die Kolbenstange (17) in die Stellung von Fig. 3 zu drücken. Ausgehend von der Stellung von Fig. 3 wird die Schraubendruckfeder (22) auf eingangseitige Druckeinwirkung hin zusammengedrückt, bis sie in der entgegengesetzten End­ stellung von Fig. 2 maximal zusammengedrückt ist. Dadurch un­ terstützt sie bei einer anschließenden Zugkrafteinwirkung durch Herausziehen der Kolbenstange (14) der bewegungseinlei­ tenden Kolben-Zylinder-Einheit (11) den ansonsten nur zug­ kraftgetriebenen Rückfluß des Hydraulikfluids von der Ar­ beitskammer (16a) der bewegungsausleitenden Kolben-Zylinder- Einheit (12) in die Arbeitskammer (15a) der bewegungseinlei­ tenden Kolben-Zylinder-Einheit (11) durch eine Federdruckkraft auf die zugehörige Kolbenstange (17).

Es versteht sich, daß je nach Bedarf auch für die Vorrichtung der Fig. 2 und 3 die zu Fig. 1 angesprochenen Modifikatio­ nen vorgesehen sein können, wie z. B. eine ausgangsseitige Verzweigung zur gleichzeitigen Ansteuerung mehrerer paralle­ ler Luftklappen oder andersartige mechanische Kopplungen an­ stelle der gezeigten Zahnrad-Zahnstangen-Kopplungen. Außerdem ist es in einfacher Weise durch Wahl unterschiedlicher Quer­ schnitte für die Druckzylinder (15, 16) und die zugehörigen Kolben (14a, 17a) und/oder durch geeignete Gestaltung der me­ chanischen Zahnradgetriebekopplungen möglich, eine beliebige gewünschte Übersetzung zwischen eingangsseitigem und aus­ gangsseitigem Bewegungshub und damit auch zwischen eingangs­ seitig erforderlicher Betätigungskraft und ausgangsseitig zur Verfügung stehender Luftklappenstellkraft zu realisieren.

Es versteht sich aus der vorstehenden Beschreibung vorteil­ hafter Ausführungsbeispiele außerdem, daß Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art nicht nur, wie konkret beschrieben, zur Ansteuerung von Luftklappen in Heizungs- oder Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, sondern des weiteren überall dort einge­ setzt werden können, wo eine mechanische Betätigungsbewegung leitungsgebunden zu einer entfernt gelegenen Stelle übertra­ gen werden soll.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur leitungsgeführten Übertragung mechanischer Betätigungsbewegungen, insbesondere zur Betätigung eines Stellorgans einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahr­ zeuges, mit

• - einer flexiblen Übertragungsleitung (13),
• - einer bewegungseinleitenden Betätigungseinheit (11) am ei­ nen Ende der Übertragungsleitung und
• - einer bewegungsausleitenden Betätigungseinheit (12) am an­ deren Ende der Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Übertragungsleitung eine flexible Hydraulikfluiddruck­ leitung (13) ist und
• - die bewegungseinleitende und die bewegungsausleitende Betä­ tigungseinheit (11, 12) jeweils eine Druckzylindereinheit (15, 16) beinhalten, die jeweils eine mit der Hydraulikfluid­ druckleitung in Fluidverbindung stehende Arbeitskammer (15a, 16a) aufweisen, wobei die Arbeitskammern und die Hydraulik­ fluiddruckleitung mit einem Hydraulikfluid gefüllt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Hydraulikfluiddruckleitung (13) ausgangs­ seitig in mehrere Zweige (3b, 3c) verzweigt, an deren Enden jeweils eine bewegungsausleitende Betätigungseinheit (2a, 2b) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens die bewegungseinleitende Betäti­ gungseinheit eine Kolben-Zylinder-Einheit (11) ist, die eine im Zylinder (15) axial beweglich geführte Kolbenstange (14) beinhaltet, die einen Zahnstangenbereich aufweist, mit dem ein drehbeweglich gelagertes Bedienorgan-Zahnrad (18) zusam­ menwirkt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß die bewegungseinleitende Betäti­ gungseinheit (11) mit einem Bedienorgan eines Bediengerätes einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges und die bewegungsausleitende Betätigungseinheit (12) mit einer verstellbaren Luftklappe der Heizungs- oder Klimaanlage me­ chanisch gekoppelt sind.