DE2914180A1

DE2914180A1 - Regelvorrichtung fuer eine heizungs- oder klimaanlage, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2914180A1
Application number: DE19792914180
Authority: DE
Inventors: Johann Hahn; Rolf Dipl Ing Sieber
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 1979-04-07
Filing date: 1979-04-07
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2453039A1; FR2453039B3; DE2914180C2

Description

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PATENTANWÄLTE DIPL-ING. H. STEHMANN DlPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 NÜRNBERG ESSENWEINSTRASSE 4-i TELEFON 09 11/2037 27 TELEX Oi /23135

Nürnberg, 06. 04. 19 79 17/53

Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr.Behr GmbH & Co. KG., Mauserstrasse 3, 7000 Stuttgart 30

"Regelvorrichtung für eine Heizungs- oder Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge"

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Heizungs- oder Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Wärmetauscher, mindestens einem schalt- und steuerbaren Gebläse, ggf. einem Verdampfer, einem Kondensator und einem Kompressor, sowie mit einem in Abhängigkeit von der Temperatur über Temperaturfühler beaufschlagbaren elektronischen Regler, der über mindestens einen Stellmotor, mindestens ein Stellglied, z. B, Luftverteilklappe bzw. Luftmischklappe und/oder Wasserventil oder dergl. temperaturabhängig, in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebsbedingungen^verstellt.

Es ist bereits ein temperaturabhängiger elektronischer Regelschalter bekannt (DE-OS 2 126 599)₍ bei dem mittels eines temperaturabhängigen Schaltelementes gesteuerte Schaltmittel zur diskontinuierlichen Abgabe von Steuersignalen für kontinuierliche Verstellung eines Ventilelementes vorgesehen sind. Dabei dienen Ventilelemente, beispielsweise Magnetventile zur Steuerung des Unterdruckes in einer, einen Unterdruckstellantrieb versorgen-

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den Leitung.

Aber auch bei einer anderen bekannten Anlage zum Steuern der Fahrgastraumtemperatur eines Kraftfahrzeuges in Abhängig von vorgegebenen Betriebsbedingungen (DE-OS 2 445 590) dienen als Stellmotore Unterdruck-Servomotore, die von einem eläctrischen Programmgeber gesteuert werden.

Der zur Versorgung von Unterdruck-Stellmotoren für die Betätigung von Luft- bzw. Luftverteilklappen von Heizungs- und Klimaanlage benötigte Unterdruck wird bei Kraftfahrzeugen mit Ottomotoren vom Unterdruck im Ansaugsystem abgeleitet. Allerdings steht der hierfür notwendige Unterdruck nur dann zur Vafügung, wenn die Drosselklappe teilweise geöffnet ist. Demzufolge können Betriebszustände eintreten, bei denen kein Unterdruck erzeugt wird und daher die Heizungs- bzw. Klimaanlage funktionsunfähig wird. Dadurch ergibt sich ein Sicherheitsrisiko bzw. mindestens eine Komforteinbuße .

Bei Fahrzeugen, die mittels eines Dieselmotors angetrieben werden, muß eine spezielle Unterdruckpumpe eingesetzt werden, was einen zusätzlichen Aufwand bedingt.

Es ist zwar bereits eiiE elektro-pneumatische Regelungsvorrichtung bekannt, in der ein Stellglied über einen pneumatischen Stellmotor betätigt und der Luftdruck im Stellmotor von einer Luftpumpe erzeugt wird, die ihrerseits über ein elektro-pneumatisches Relais gesteuert wird (GB-PS 1 205 946) . Dabei wird ein impulsweiser Betrieb der Luftpumpe hervorgerufen, der sich als Störgröße auf den Veiäzelldruck auswirkt, was nachteilig auf das Regelverhalten ist. Damit kommt es nämlich zu Schwingungen des Stellmotors und damit des Stellgliedes.

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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eineRegelvorrichtung der eingangs erläuterten Art derart auszubilden, daß die Regelung der Innentemperatur unabhängig vom Unterdruck durchgeführt wird, wobei die Anforderungen, die zum Einbau im Fahrzeuginnenraum hinsichtlich niedrigem Geräuschpegel gegeben sind, erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Regelvorrichtung der eingangs erläuterten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Stellmotor in einem Gehäuse einen sich bei einer vorgegebenen Temperatur stark ausdehnenden Stoff enthält, der über eine Membran auf einen verschiebbaren Kolben wirkt, daß der Stellmotor mit einer aus einem PTC-Widerstand gebildeten Heizung versehen ist, daß der PTC-Widerstand vom elektronischen Regler mit Strom versorgt wird und daß der Stellmotor auf einen Hebel eines zweiarmigen Stellhebels wirkt, der über seinen zweiten Arm und ein Zahnsegment das Stellglied, ζ. B. eine Luftmischklappe, verschwenkt.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung vom PTC-beheizbaren, mit Wärmedehnstoff gefüllten Stellmotoren zur Steuerung von Luftleitmitteln, Luftklappen, Wasserventilen oder dergleichen in einer Heizungs- oder Klimaanlage wird erreicht, daß die aufwendigen und störanfälligen Unterdruckleitungen entfallen können, daß keine relativ großvolumigen Unterdruckstelldosen benötigt werden und daß sich die nötigen Stellbewegungen praktisch hysteresefrei durchführen lassen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zur Steuerung der Luftmischklappe ein direkt

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temperaturabhängiger Stellmotor und zur Steuerung der Luftverteilerklappen über die Stellung der Luftmischklappe indirekt temperaturabhängige Stellmotoren.

Nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweiarmige Stellhebel und ein das Zahnsegment tragender Arm koaxial auf einer Platine gelagert, die ein mit dem Zahnsegment kämmendes Zahnsegment trägt/ auf dessen Welle die Luftmischklappe sitzt und der PTC-geheizte Stellmotor ist an der Platine derart befestigt, daß sein Kolben auf eine an einem Arm des Stellhebels eingespannte Blattfeder wirkt. Dadurch wird der relativ kurze geradlinige Verschiebungsweg des Kolbens des Stellmotors spielfrei umgesetzt in eine Winkel— bewegung von beispielsweise 45° der zu steuernden Luftmisch- bzw. Luftverteilklappe.

Die erfindungsgemäße Anwendung einer Blattfeder als Kraftübertragungsmittel ergibt den Vorteil, daß das Kraftübertrag-ungselement stets selbstzentrierend und spielfrei am Kolben des Stellmotores anliegt, sowie ein Uberhub des Kolbens aufgenommen werden kann.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist sowohl der zweiarmige Stellhebel als auch das Zahnsegment über einen Hebelansatz mittels je einem Federelement federbelastet.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirkt die am Hebelansatz angreifende Feder und die am zweiten Arm des zweiarmigen Stellhebels angreifende Feder zugleich als Rückstellfedern für den Kolben des Stellmotors bzw. für die Luftmischklappe.

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In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Platine ein vom Zahnsegment über ein daran angebrachtes zweites Zahnsegment über eine Mitnehmerscheibe verstellbares Rückführpotentiometer des elektronischen Reglers angeordnet, dessen Widerstand von der Winkelstellung der Luftmischklappe abhängt _t wodurch eine entsprechende Rückmeldung der Stellung des Stellgliedes an den elektronischen Regler in einfacher Weise ermöglicht ist.

Es ist zwar bereits eine Kaltleiterbindungsvorrichtung bekannt (DE-OS 2 459 664), bei der ein Körper durch einen PTC-Widerstand erwärmt wird und wobei ein derartiger Körper beispielsweise zum Betätigen einer Bimetall-Feder verwendet wird, welche durch Steuern einer Vergaser-Klappe das Treibstoff-Luft-Verhältnis einstellt. Derartige PTC-beheizte Bimetall-Streifen können jedoch nicht die in Klimaanlagen oft erforderlichen hohen Stellkräfte ausüben und unterliegen der Gefahr von Ermüdungserscheinungen des Bimetall-Streifens bei oftmaliger Betätigung innerhalb kurzer Zeit.

Weitere Merkmale und Vorteile sowie Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Teilschaltschema für die Verstellung einer Luftmischklappe,

Fig. 2 ein vollständiges Schaltschema einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Luftmischklappen-Verstellvorrichtung an einem Heizungs- und Klimagerät in Seitenansicht,

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Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Details der Vorrichtung nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung für die Verstellung einer Luftmischklappe 21 einer Heizungs- oder Klimaanlage dargestellt. Von einem elektronischen Regler 10 gehen Steuersignale an einen Stellmotor 17. über den Stellmotor 17 wird eine Luftmischklappe 21 gesteuert.

In Fig. 2 ist ein Schaltschema einer vollständigen Heizungs- bzw. Klimaanlage gezeigt. In Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich weitere Luftverteilklappen über weitere Stellmotore 22, 23, 24 und 25 zu steuern. Dabei dient der Stellmotor 22 zur Betätigung einer Frischluft-Umluft-Weiche, der Stellmotor 23 zur Betätigung einer Luftklappe für eine Fußraumdüse und der Stellmotor 24 analog für eine Mitteldüse.

Dabei dient zur Steuerung der verschiedenen Stellmotore 17, 22-25, der elektronische Regler 10, der einen Eingangsverstärker 11 aufweist, sowie eine Nachlaufsteuerung 12 und eine Gebläsesteuerung 13 und einen Schaltkomparator 14 für ein Gebläse oder einen Lüfter. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Temperatur bzw. Temperaturverteilung im Fahrgastraum wird über einen Innenfühler 5 die Temperatur im Fahrgastinnenraum abgefühlt und dem elektronischen Regler 10 in Form von elektrischen Signalen zugeführt. Ein Außenfühler 4 gibt Signale in Abhängigkeit von der Außentemperatur ab, ein Austrittsfühler 6 ist vor einem Wärmetauscher angeordnet und ein Kühlmittelfühler 7

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dient zur Ableitung eines Steuersignals aus der Temperatur des den Wärmetauscher zuzuleitenden Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine des zugehörigen Kraftfahrzeuges. Mit einem Bedienteil 9 lassen sich die verschiedenen Funktionen der Heizbzw. Klimaanlage zusätzlich manuell einstellen, beispielsweise "DEF" = Defrosten, wobei bei dieser Stellung mittels des Stellmotors 25 Warmluft zu Entfrosterdüsen geleitet wird, die vorzugsweise an der Frontscheibe , ggf. aber auch an den Seitenscheiben, angeordnet sein können. In der Stellung "AUTO" erfolgt die Temperatureinsteilung im Fahrgastinnenraum automatisch, wobei mit Hilfe eines Sollwertstellers 8 eine bestimmte, gewünschte Temperatur vorgegeben werden kann. Zusätzlich kann noch bei sommerlichen Außentemperaturen ein Verdampfer, ein Kompressor oder Kondensator in den Kreislauf eingeschaltet werden, wozu ein Verdampferthermostat 18 und eine Kompressorkupplung vorgesehen sind, die einen Kompressor beispielsweise mit der Brennkraftmaschine verbindet.

Aus Fig. 1 und 2 ist beispielsweise ersichtlich, daß Signale des Sollwertstellers 8, des Innentemperaturfühlers 5, des Außentemperaturfühlers 4 und des Austrittstemperäturfühlers 6 auf den Eingangsverstärker 11 geschaltet sind.Andererseits wirkt der Eingangsverstärker 11 auf dieNachlaufsteuerung 12 des Stellmotors 17 für die Luftmischklappe 21, die Gebläsesteuerung 13 für den Gebläsemotor 16, wobei zusätzlich die Signale des Kühlmittelfühlers 7 verarbeitet werden, in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung des Bedienteiles 9.

Andererseits wirkt der Austrittstemperaturfühler 6 auch auf die Stellmotore 23, 24 für eine Fußraumdüse bzw. für eine Mitteldüse.

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Der Kühlmitteltemperaturfühler 7 wirkt hingegen ausschließlich auf die Gebläse-steuerung des Gebläsemotors 16. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus dem Schema nach Fig. 1 und 2 ohne weiteres von selbst.

Die Kompressorkupplung 20 kann auch mittels eines Unterdruckventils 19 betätigt werden.

In Fig. 3 ist in Umrissen eine Heizungs- bzw. Klimaanlage 1 dargestellt, bei der die Luftmischklappe mit dem Stellmotor 17 betätigt wird. Die verschiedenen Luftleitkanäle sind nicht gesondert bezeichnet. Die Vorrichtung zur Verschwenkung der Luftmischklappe 21 von einer "Warm"-Stellung in eine"KaIt-"Stellung ist in Fig. 3 bzw. 4 im Detail gezeigt.

Auf einer Platine 34 ist an einer Randleiste 47 ein PTC-beheizbarer Stellmotor 17 befestigt, wobei im Gehäuse 26 ein sich bei Erwärmung rasch ausdehnender Stoff, beispielsweise ein Wachs, enthalten ist, der über eine (nicht dargestellte) Membrane auf einen, verschiebbaren Kolben 27 wirkt. Im Gehäuse 26 ist integriert eine durch einen PTC-Widerstand gebildete Heizung 28, die mit dem elektronischen Regler 10 verbunden ist.

Auf der Platine 34 ist ferner um einen gemeinsamen Lagerbolzen 43 verschwenkbar ein zweiarmiger Stellhebel 30 mit einem Hebelarm 29 und einem Hebelarm 31 gemeinsam mit einem Arm 33 gelagert, der ein Zahnsegment 32 trägt. Am einen Hebelarm 29 ist an einer Randleiste 44 mit Hilfe eines Niets 46 und eines Halteplättchens 45 eine Blattfeder 37 befestigt, die selbst zentrierend und spielfrei am Kolben 27 des Stellmotors 17 anliegt und zusätzlich zur Aufnahme des

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Überweges des Kolbens 27, bei Anschlag der Luftmischklappe 21 in "Kalf-Steilung, dient.

Am Hebelarm 31 greift ein Federelement 39 an, welches andererseits an der Platine 34 befestigt ist. Das Zahnsegment 32 kämmt mit einem zweiten Zahnsegment 35,an dessen Welle 36, vorzugsweise quadratischen Querschnittes, die Luftmischklappe 21 befestigt ist. Das Zahnsegment 35 weist einen Hebelansatz 38 auf, an den ein Federelement 40 angreift, welches mit seinem anderen Ende wiederum an der Platine 34 befestigt ist.

Mit dem Hebelansatz 38 in Wirkverbindung steht, zweckmäßigerweise über ein daran angebrachtes Zahnsegement. eine Mitnehmerscheibe 41 für ein Rückführpotentiometer 4 2.

In Fig. 4 ist in einem Teilquerschnitt die Verstellvorrichtung gemäß Fig. 3 nochmals dargestellt.

Aus Fig. 5 ist die Zuordnung der Befestigung der Blattfeder 37 zum Stellmotor 17 bzw. dessen Kolben 27 und die Befestigung des Stellmotors 17 in Stirnansicht dargestellt.

Bei entsprechender Erwärmung desStellmotors 17 über einen Heizungskontakt 28 in Abhängigkeit von der Steuerung durch den elektronischen Regler 10 fährt der Kolben 27 (in Fig. 3 nach links) aus dem Gehäuse und betätigt über die Blattfeder 3 7 den zweiarmigen Stellhebel 30,wodurch über die Wirkverbindung Zahnsegment 32 und Zahnsegment 35 eine Verschwenkung des Lüftmischhebels 21 von der "Warm"-Stellung in die "KaIt"-Stellung erfolgt. Im unteren Teil der Fig. 3 ist dabei die Stellung der Blattfeder 37 strichliert angedeutet

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desgleichen die Position des aus dem Gehäuse 26 ausgefahrenen Kolbens 27.

Die Rückstellung des Kolbens 27 in das Gehäuse 26 hinein wird durch die Feder 40 bewirkt, die bestrebt ist, die Luftmischklappe 21 in die (obere) "Warm"-Stellung zu schwenken.

In ähnlicher oder abgewandelter Weise können auch die verschiedenen anderen Luftverteilklappen des Klimageräts mit Hilfe PTC-beheizbarer Stellmotore 22-25 betätigt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie erfaßt auch alle fach männischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und ünterkombinationen der beschriebenen und/ oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

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Claims

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PATENTANWÄLTE DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 NÜRNBERG ESSEN WEINSTRASSE 4-6 TELEFON 09 11 / 20 37 27 TELEX 06 / 23135

Nürnberg, 06. 04. 1979 17/53

Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr.Behr GmbH & Co. & KG. ,

Mauserstrasse 3, 7 000 Stuttgart 30

Ansprüche

( 1i Regelvorrichtung für eine Heizungs- oder Klimaanlage, ^Insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Wärmetauscher, mindestens einem schalt- und steuerbaren Gebläse, ggf. einem Verdampfer, einem Kondensator und einem Kompressor, sowie mit einem in Abhängigkeit von der Temperatur über Temperaturfühler beaufschlagbaren, elektronischen Regler, der über mindestens einen Stellmotor, mindestens ein Stellglied, z. B. Luftmischklappe bzw. Luftverteilklappe und/oder Wasserventil od. dergl. temperaturabhängig , in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebsbedingungen, verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (17) in einem Gehäuse (26) einen sich bei einer vorgegebenen Temperatur stark ausdehnenden Stoff enthält, der über eine Membran auf einen verschiebbaren Kolben (27) wirkt, daß der Stellmotor (17) mit einer aus einem PTC-Widerstand gebildeten Heizung (28) versehen ist, daß der PTC-Widerstand vom elektronischen Regler (10) mit Strom versorgt

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ORIGINAL INSPECTED

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wird und daß der Stellmotor (17) auf einen Hebel (29) eines zweiarmigen Stellhebels (30) wirkt, der über seinen zweiten Arm (31) und ein Zahnsegment (32) das Stellglied (z. B. Luftmischklappe 21) verschwenkt.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Luftmischklappe (21) ein direkt temperaturabhängiger Stellmotor (17) und zur Steuerung der Luftverteilklappen über die Stellung der Luftmischklappe (21) indirekt temperaturabhängige Stellmotore (22 bis 25) dienen.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiarmige Stellhebel (30) und ein das Zahnsegment (32) tragender Arm (33) koaxial auf einer Platine (34) gelagert sind, die ein mit dem Zahnsegment (32) kämmendes Zahnsegment (35) trägt, auf dessen Welle (36) die Luftmischklappe (21) sitzt und daß der PTC-geheizte Stellmotor (17) an der Platine (34) derart befestigt ist, daß sein Kolben (27) auf eine an einem Arm (29) des Stellhebels (30) eingespannte Blattfeder (37) wirkt.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der zweiarmige Stellarm (30) als auch das Zahnsegment (35) über einen Hebelansatz (38) mittels je einem Federelement (39, 40) federbelastet ist.
5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Hebelansatz (38) angreifende Feder (40) und die am zweiten Arm (31) des zweiarmigen Stellhebels (30) angreifende Feder (39) zugleich als Rückstellfedern für den Kolben {27) des Stellmotors (17) bzw. für die Luftmischklappe (21) wirken.

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6. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden,dadurch gekennzeichnet, daß an der Platine (34) ein vom Zahnsegment (35) über ein daran angebrachtes zweites Zahnsegment (38) über eine Mitnehmerscheibe (41) verstellbares Rückführpotentiometer (42) des elektronischen Reglers (10) angeordnet ist, dessen Widerstandswert von der Winkelstellung der Luftmischklappe (21) abhängt.

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