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Die
Erfindung betrifft ein Steuergetriebe mit Antriebsmotor zur Ansteuerung
einer Temperaturklappe einer Heiz-/Klimaanlage, wobei das Steuergetriebe
eine um eine Achse drehverstellbare Kurvenscheibe mit zwei Kurven
aufweist und wobei über
die eine Kurve die Temperaturklappe steuerbar ist. Die Erfindung
betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Ansteuerung eines Wasserventils
mittels des erfindungsgemäßen Steuergetriebes.
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Heiz-/Klimaanlagen,
wie sie insbesondere auch bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden,
weisen zur Temperatursteuerung bei luftseitiger Mischung üblicherweise
elektrische Schritt- oder Stellmotoren auf, mit denen temperaturregelnde
Temperaturklappen angesteuert werden. Weiterhin werden elektrische
Wasserventile verwendet, die den Wasserfluß durch einen Wärmetauscher
absperren, sofern keine Wärmeleistung
benötigt
wird.
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Die
Versorgung eines Wärmetauschers
mit z.B. warmen Heizwasser wird dann über das Wasserventil in dem
Falle abgeriegelt, wenn am Bediengerät im Inneren des Fahrzeugs
kein Wärmebedarf eingestellt
wird.
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Gesteuert
werden die Wasserventile üblicherweise über Bowdenzüge, Hebel
oder integrierte Stellmotoren. Im Fall eines elektrischen Wasserventils
mit integriertem Stellmotor besteht darüber hinaus die Anforderung,
daß das
Bedienteil, bei dem der Wärmebedarf
eingestellt wird, ein gesondertes Signal zur Verfügung stellt,
mit dem das Wasserventil separat von der Temperaturklappe eingestellt
wird. Diese Ansteuerung ist um so aufwendiger, wenn die Klimaanlagen
eine Trennung von rechtem und linken Fahrzeugbereich oder sogar
eine Regelung in mehreren Zonen aufweisen.
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Das
entsprechende Signal zum Schließen des
Wasserventils wird in diesem Fall nur dann an den Stellmotor des
Wasserventils weitergegeben, wenn alle den verschiedenen Temperaturzonen
zugeordneten Stell-/Schrittmotoren der Temperaturregelung auf minimaler
Einstellung stehen.
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Die
Integration eines Stellmotors in das Wasserventils erweist sich üblicherweise
als aufwendig, da in diesem Fall eine Stromversorgung über separate
Kabelleitungen sowie ein separates Steuersignal bereitgestellt werden
müssen,
wodurch sich erhöhte Kosten
ergeben.
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Ein
Steuergetriebe der gattungsgemäßen Art ist
z.B. aus der
DE 196
07 652 A1 bekannt. Bei diesem Steuergetriebe werden zwei
Temperaturklappen angesteuert. Das Dokument
DE 31 51 263 A1 offenbart
weiterhin eine Heiz- oder Klimaanlage, bei der eine Temperaturmischklappe
auf einer Welle schwenkbar gelagert ist und ein Betätigungshebel
eines Wasserventils auf dieser Welle sitzt und mit dieser starr
verbunden ist. Aus diesem Grund folgt der Betätigungshebel immer synchron
der Bewegung der Welle und somit der Temperaturmischklappe. Ein
unabhängige
Betätigung
von Wasserventil und Temperaturmischklappe ist mit dieser Anordnung
nicht möglich.
Die
DE 2613181 A1 und
die
DE 43 22 981 A1 offenbaren
weitere Steuergetriebe.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein zentrales Steuergetriebe mit einem Antriebsmotor
zur Verfügung
zu stellen, daß bei
einer Heiz-/Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges sowohl die Ansteuerung
einer Temperaturklappe als auch die Ansteuerung eines Wasserventils übernimmt.
Das Steuergetriebe soll hierbei so ausgebildet sein, daß eine Ansteuerung von
Wasserventilen ermöglicht
wird, die sich sowohl im Fahrgastraum als auch im Motorraum befinden können. Aufgabe
der Erfindung ist es weiterhin das Regelverhalten der Temperaturklappen
durch das Schalten des Wasserventils nicht zu beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß über die
andere Kurve ein Wasserventil derart steuerbar ist, dass erst nach
einem vollständigen
Schließen
der Temperaturklappe der Antriebsmotor über die Endposition ohne weitere
Verstellung der Temperaturklappe hinausdreht und bei diesem weiteren
Drehen das Wasserventil schließbar ist.
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Bei
einem derartigen erfindungsgemäßen Steuergetriebe
kann mittels eines einzigen Antriebsmotors sowohl eine Temperaturklappe
in den Bereichen „offen" bis „geschlossen" als auch ein Wasserventil
gesteuert werden. Die Steuerung des Wasserventils erfolgt dabei
so, daß erst
nach einem vollständigen
Schließen
der Temperaturklappe, also beim Erreichen der Minimalstellung am
Bedienelement im Fahrgastraum, der Motor über die Endposition hinausdreht
ohne hierbei weiter die Klappe zu verstellen, jedoch bei diesem
weiteren Drehen das Wasserventil schließt. Die Verstellung von Wasserventil
und Temperaturklappe kann demnach, je nach Ausbildung der steuernden
Kurven, unabhängig
voneinander erfolgen.
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Als
vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn sich die Steuerkurven in
Form einer Nut auf der Ober- und Unterseite der Kurvenscheibe befinden.
Durch diese Maßnahme
können
an der Kurvenscheibe weitere, die Drehbewegung der Kurvenscheibe übertragende
Hebel angebracht werden, die sich in unterschiedlichen Ebenen befinden,
wodurch eine Beeinträchtigung
der Hebelbewegung untereinander vermieden wird.
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Die
einzelnen Steuerkurven können
hier in Form von Nuten in die Kurvenscheibe eingeprägt sein
oder werden durch zwei auf der Oberfläche der Kurvenscheibe äquidistant
verlaufende längliche Vorsprünge gebildet.
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Die Übertragung
der Drehbewegung der Kurvenscheibe in eine Steuerbewegung sowohl
zur Steuerung des Wasserventils als auch der Temperaturklappe erfolgt
dadurch, daß in
den Kurvennuten jeweils ein Eingriffselement, insbesondere ein Führungsstift
formschlüssig
einliegt, daß direkt
oder über weitere
Verbindungselemente bei der Drehung der Kurvenscheibe die Temperaturklappe
bzw. das Wasserventil betätigt.
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Vorteilhafterweise
ist am Eingriffselement zur Steuerung des Wasserventils ein Hebel
befestigt, dessen eines Ende am Getriebegehäuse angelenkt und dessen anderes
Ende mit einem Übertragungselement,
insbesondere einem Bowdenzug oder einer Zugstange verbunden ist.
Am Eingriffselement zur Steuerung der Temperaturklappe ist in einer
bevorzugten Ausführungsform
ebenfalls ein Hebel befestigt, dessen eines Ende wiederum am Getriebegehäuse angelenkt
ist und dessen anderes Ende ein Übertragungselement,
insbesondere ein Zahnsegment aufweist, daß mit der Temperaturklappe
direkt oder indirekt in Verbindung steht.
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Durch
die direkte Anlenkung der Hebel am Getriebegehäuse sowie die Bewegung der
Hebel durch die in den Kurvennuten einliegenden Eingriffselemente
kann bei Drehung der Kurvenscheibe je nach Verlauf der Kurve eine
lineare oder eine nicht-lineare Bewegung des anderen Hebelendes
erfolgen. Diese Bewegung des Hebelendes wird dann zur weiteren Steuerung
entweder des Wasserventils oder der Temperaturklappe eingesetzt.
Hierbei sind wie oben erwähnt,
verschiedene Übertragungsmechanismen
denkbar.
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Zur
Steuerung des Wasserventils wird bevorzugterweise die Bewegung des
Hebelendes mittels eines Bowdenzuges zum Wasserventil hin übertragen.
Insbesondere durch die Flexibilität des Bodenzuges wird somit
ermöglicht,
daß das
Wasserventil an nahezu beliebiger Position im Kraftfahrzeug angeordnet
werden kann. Somit wird eine räumliche
Trennung zwischen Antriebsmotor und Steuergetriebe sowie des Wasserventils
erreicht. Ebenfalls ist denkbar andere Übertragungselemente wie z.B.
Zugstangen zu verwenden.
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Als Übertragungselement
zur Steuerung der Temperaturklappe weist der Hebel, wie bereits
oben erwähnt,
in bevorzugter Weise ein Zahnsegment auf, dessen Zähne mit
den Zähnen
eines an der Temperaturklappe angeordneten Zahnrades in Eingriff
stehen.
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Die
Bewegung des Hebels zur Steuerung der Temperaturklappe wird somit
bei einer Drehung der Kurvenscheibe durch den Antriebsmotor direkt
in eine Drehung der Temperaturklappe umgesetzt. Bei einer derartigen
Anordnung wird üblicherweise
keine große
räumliche
Trennung zwischen Antriebsmotor, Stellgetriebe und Temperaturklappe
erreicht.
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Sollte
auch hier eine räumliche
Trennung als notwendig angesehen werden, so bietet sich ebenso, wie
bei der Steuerung des Wasserventils, die Verwendung eines Bowdenzuges
oder einer Zugstange als Übertragungselement
an. Weiterhin besteht die Möglichkeit,
das Steuergetriebe räumlich
am Wasserventil unterzubringen.
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Alternativ
kann auch auf die Verwendung eines Hebels, der durch das Eingriffselement
bei Drehung der Kurvenscheibe bewegt wird, verzichtet werden. In
diesem Fall wird das Übertragungselement, also
z.B. ein Bowdenzug oder eine Zugstange direkt mit dem in einer Kurvennut
geführten
Eingriffselement in Verbindung gebracht. Durch Rotation der Kurvenscheibe
und entsprechender Ausbildung der Steuerkurve ändert so das in der Steuerkurve
geführte
Eingriffselement seinen radialen Abstand zur Drehachse der Kurvenscheibe
und überträgt diese radiale
Abstandsänderung
in eine direkte Bewegung des Übertragungselements,
also z.B. des Bowdenzuges.
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Als
besonders platzsparend erweist es sich darüber hinaus, wenn das Steuergetriebe
direkt am Antriebsmotor der Temperaturklappe angeordnet ist. Durch
die Steuerung auch eines Wasserventils durch die so gebildete Einheit,
kann auf den aufwendigen und kostenintensiven Einsatz eines separaten
Stellmotors für
das Wasserventil, die zugehörigen
Steuerleitungen, die entsprechenden Anschlußstecker sowie die Ansteuerungseinheiten
im Bedienteil verzichtet werden. Ein durch das Bedienteil zur Verfügung gestelltes
Steuersignal, das zur Aussteuerung der Temperaturklappe dient, kann
somit auch zum Verstellen des Wasserventils verwendet werden.
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Darüber hinaus,
ist es z.B. denkbar, daß die drehverstellbare
Kurvenscheibe, nicht nur zwei Steuerkurven aufweist, von denen jeweils
eine auf der Ober- bzw. Unterseite angeordnet ist, sondern daß die Kurvenscheibe
auf einer Seite oder beiden Seiten mehrere Steuerkurven aufweist.
In diesem Fall wäre es
z.B. möglich,
ein Wasserventil und mehrere Temperaturklappen in Abhängigkeit
voneinander anzusteuern.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt.
Es zeigen:
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1 Eine
Aufsicht auf ein Steuergetriebe
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2 Eine
Seitenansicht des Steuergetriebes
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3 Eine
alternative Ansteuerung der Temperaturklappe
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4 Eine
direkte Bewegungsübertragung auf
einen Bowdenzug
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5 Eine
Schnittansicht von 4
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6 Die
Kurvenabwicklungen zweier Steuerkurven zur Steuerung des Wasserventils
und der Temperaturklappe in Abhängigkeit
vom Drehwinkel der Kurvenscheibe
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In
der 1 ist ein Steuergetriebe mit einem nicht dargestellten
Antriebsmotor wiedergegeben, das zur Ansteuerung einer Temperaturklappe
und eines Wasserventils einer Heiz-/Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges
eingesetzt werden kann. Das Steuergetriebe weist eine um eine Achse 1 drehverstellbare
Kurvenscheibe 2 mit zwei Kurven 3 und 4 auf, wobei über die
Kurve 4 die Temperaturklappe 5 und über die
andere Kurve 3 ein nicht dargestelltes Wasserventil steuerbar
ist.
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Wie
aus 2 ersichtlich, befinden sich die Steuerkurven 3 und 4 in
Form einer Nut 6 bzw. 7 auf der Oberseite 8 bzw.
Unterseite 9 der Kurvenscheibe 2. Die Kurvenscheibe 2 befindet
sich hierbei zwischen zwei Gehäusewandungen 10 und 11,
durch die die Getriebeeinheit gebildet wird, die z.B. direkt mit
dem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist.
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In
der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Steuerkurven 3 und 4 in
Form der Nuten 6 und 7 auf der jeweiligen Oberfläche der
Kurvenscheibe durch äquidistant
verlaufende, längliche
Vorsprünge 12 gebildet.
Ebenfalls ist es denkbar, daß die Nuten
in die Kurvenscheibe eingeprägt
oder eingefräst
sind.
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In
den Kurvennuten 6 und 7 liegt jeweils ein Eingriffselement 13 ein,
daß direkt
oder über
weitere Verbindungselemente bei Drehung der Kurvenscheibe 2 die
Temperaturklappe 5 bzw. das Wasserventil betätigt.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 2 werden die Eingriffselemente 13 durch
Führungsstifte
gebildet, die formschlüssig
in den Nuten der Kurven einliegen.
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Die 1 zeigt
weiterhin, daß die
Steuerung sowohl des Wasserventils als auch der Temperaturklappe
indirekt über
weitere Hebel 14 und 15 erfolgt.
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So
ist am Eingriffselement 13 zur Steuerung des Wasserventils
der Hebel 14 befestigt, dessen eines Ende 16 an
Punkt 17 am Getriebegehäuse
angelenkt und dessen anderes Ende 18 mit einem weiteren Übertragungselement,
in diesem Fall mit einem Bowdenzug 19 verbunden ist. Als Übertragungselement,
zur Steuerung des Wasserventils ist im vorliegenden Fall ebenfalls
eine Zugstange oder ein anderes Element denkbar.
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Am
Eingriffselement 13' zur
Steuerung der Temperaturklappe 5 ist der Hebel 15 befestigt,
dessen eines Ende 20 am Punkt 21 am Getriebegehäuse, insbesondere
an der Gehäusewand 10 angelenkt ist,
wobei dessen anderes Ende 22 als Übertragungselement ein Zahnsegment 23 aufweist,
das mit der Temperaturklappe indirekt über ein Zahnrad 24 in Verbindung
steht.
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Nach
einer Drehung der Kurvenscheibe 2 um die Drehachse 1,
die von dem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben wird,
verändern
nun je nach Ausführung
der Steuerkurve 4 der Führungsstift 13" seinen radialen
Abstand zur Drehachse 1, wodurch der Hebel 15 eine
lineare oder auch ein nicht-lineare Bewegung ausführt und
so über
das Zahnsegment 23 das Zahnrad 24 dreht, wodurch
dann die Temperaturklappe 5 von der „Offen-Position" in die „Geschlossen-Position" 5' gedreht wird.
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Die 3 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zur Ansteuerung der Temperaturklappe 5. Hierbei ist ein
Hebel 15 mit seinem einen Ende 20 an der Position 21 am
Gehäuse
des Getriebes angelenkt. Die Bewegung des Hebels 15 erfolgt
durch eine radiale Abstandsänderung
des Führungsstiftes 13 zur
Drehachse 1, der in der Abbildung nicht dargestellten Kurvenscheibe.
Durch den in der langlochförmigen
Ausnehmung 25 des Hebels 15 einliegenden Stift 26 wird
die Bewegung des Hebels 15 auf einen weiteren Hebel 27 übertragen,
der an der Stelle 28 fest mit der Temperaturklappe 5 verbunden
ist.
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Eine
eventuelle Nicht-Linearität
der Bewegung zwischen Drehwinkel und Feststellung der Temperaturklappe
ist entweder bewusst durch die Kurvenform der Steuerkurve 4 einzustellen
oder aber bei einem gewünschten
linearen Verlauf durch entsprechende Führung der Steuerkurve 4 zu
kompensieren. Gleiches gilt auch für die Steuerkurve 3.
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Die 4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zur Ansteuerung des Wasserventils, bei dem die radiale Abstandsänderung
des Führungsstiftes 13 zur
Drehachse 1 der Kurvenscheibe 2 direkt auf den
Bowdenzug 19 übertragen
wird. Zur Übertragung
der Bewegung ist das Endstück 29 des
Bowdenzuges 19 in einer Schiene 30 geführt, die
z.B. einstückig
an der Gehäusewand 11 des
Getriebegehäuses
angeformt ist. Die entsprechende Konstruktion wird durch die Schnittdarstellung
in der 5 in Aufsicht auf den Schnitt der Ebene AA der 4 verdeutlicht.
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Die 6 zeigt
exemplarisch die Abwicklung, d.h. die Änderung des radialen Abstands
R der Führungsstifte 13 bzw. 13' in den Steuerkurven 3 bzw. 4 zur
Ansteuerung des Wasserventils bzw. der Temperaturklappe. Die Abwicklung
ist hierbei in Abhängigkeit
vom Drehwinkel φ der
Kurvenscheibe 2 dargestellt. Hier wird deutlich, daß bei einer
Verstellung am fahrzeuginneren Bedienteil von maximaler Wärmezufuhr
in der Pos. I zu minimaler Wärmezufuhr
in der Pos. II. die Steuerkurve 4 derart geführt ist, daß der Führungsstift 13, 4 den
Abstand zur Drehachse verringert. Bei dieser Abstandsänderung
und der dadurch erfolgten Verstellung der Temperaturklappe von der
Offen-Stellung in die Geschlossenstellung erfolgt, wie am Verlauf
der Kurve 3 ersichtlich ist, keinerlei radiale Abstandsänderung
des Führungstiftes 13' der zur Steuerung
des Wasserventils vorgesehen ist.
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Das
bedeutet, daß während der
Steuerung der Temperaturklappe von der Offen-Stellung in die Geschlossen-Stellung
die Warmwasserzufuhr am Wärmetauscher
durch das Wasserventil unbeeinflusst bleibt. Erst bei einer weiteren
Drehung der Kurvenscheibe von der Winkelposition II. in die Winkelposition
III, z.B. dadurch daß am
fahrzeuginneren Bedienelement die Heizung ausgestellt wird, erfolgt
ein Schließen
des Wasserventils dadurch, daß der
radiale Abstand des Führungsstiftes 13 zur
Drehachse 1 verringert wird. Während dieser Drehung bleibt
jedoch die Stellung der Temperaturklappe, die sich bereits in der
Geschlossen-Stellung befindet, unbeeinflusst.
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Hier
zeigt sich also, daß durch
einen einzigen Antriebsmotor bei Verwendung des Steuergetriebes
mit einer Kurvenscheibe, die wenigstens zwei Steuerkurven aufweist,
eine Steuerung sowohl der Temperaturklappe als auch des Wasserventils
ermöglicht
wird. Hierbei kann auf den zusätzlichen
Einsatz einer Antriebseinheit, wie z.B. einem Motor und den dazugehörigen Anschlussleitungen
verzichtet werden.
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Als
eine weitere alternative Ausführungsform ist
es z.B. auch denkbar, daß in
dem Steuergetriebe nicht eine Kurvenscheibe mit zwei oder mehr eingeprägten Kurven verwendet
wird, sondern daß z.B. auch
eine Walze mit einer entsprechenden Anzahl von Kurven eingesetzt
wird.