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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturregelung
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im Fahrgastraum von Landfahrzeugen, insbesondere Omnibussen, mit wenigstens
einem Luftverteilungskanal, welcher in den Fahrgastraum mündende Luftaustrittsöffnungen
aufweist, sowie mit einer steuerbaren Lufteinlaßklappe und einem steuerbaren Gebläse.
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Es sind zentralgesteuerte Eeizungs- und Lüftungssysteme dieser Art
für Omnibusse bekannt, bei denen der Fahrer oder Beifahrer von einem zentralen Bedienungspult
aus die Lufteinlaßklappe, die Gebläse sowie die Energiezufuhr zu einzelnen Heiz-
oder Kühlregistern steuern kann. Hierzu ist eine Vielzahl von Schaltern und Kontrollinstrumenten
auf dem Bedienungspult vereinigt, so daß dessen Bedienung für den Fahrer eine starke
Ablenkung von seiner eigentlichen Aufgabe bedeutet.
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Weiterhin ist eine halbautomatische Klimaanlage für Omnibusse bekannt,
bei welcher der Fahrer mittels Drucktasten nur die gewünschte Grundfunktion der
Anlage vorwählt, also z.B. im Winter "Heizen", in der Übergangszeit "Lüften" und
im Sommer "Lüften" bzw. "Kühlen", und die gewünschte Temperatur einstellt. Die Regelung
erfolgt in Abhängigkeit von Außen-,Innen- und Kühlwassertemperatur, der Luftfeuchtigkeit
im Fahrgastraum und von der Fahrgeschwindigkeit. Dabei laufen bei niedriger Fahrgeschwindigkeit
die Gebläse auf Vollast, im mittleren Geschwindigkeitsbereich (z.B. 42-62 km/h)
auf Haiblast. Bei höheren Geschwindigkeiten sorgt allein der Fahrtwind für den erforderlichen
Luftumsatz. Dies bedeutet aber, daß die Gebläse recht oft ein- und ausgeschaltet
werden bzw. von Halb- auf Vollast umgeschaltet werden. Solche Schaltvorgänge und
die damit verbundenen Frischluftschübe werden als unangenehm empfunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Temperatur- bzw. Klimaregelung im
Fahrgastraum eines Omnibusses oder eines sonstiges Landfahrzeuges weitgehend zu
automatisieren, so daß vom Fahrer allenfalls ein Temperaturgrundwert eingestellt
werden muß. Außerdem soll die Temperaturregelung vom Fahrtzustand des Fahrzeuges,
also beispielsweise Stillstand oder Fahrt mit hoher Geschwindigkeit, unabhängig
sein und auch bei wechselnden Umwelteinflüssen, wie Sonneneinstrahlung,
Wolkenbildung
oder Regen zuverlässig und ohne Eingreifen des Fahrers die Temperatur im Fahrgastraum
auf einem durch die Fahrgäste angenehm empfundenen Wert halten. Darüber hinaus wird
angestrebt, den Energieverbrauch für Zusatzaggregate, insbesondere Gebläse und Kühlaggregate
so gering wie möglich zu halten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekenneeichnete
Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ger&temäßig
läßt sich die Erfindung auf verschiedener Weise realisieren. Fühler und Regler können
elektrische Signale erzeugen und verarbeiten. Stattdessen kann man pneumatische
Fühler und Regler einsetzen, was den Vorteil hat, daß die Bordbatterie des Fahrzeuges
durch die Temperaturregeleinrichtung nicht zusätzlich belastet wird. Druckluft als
Energie für die Regelanlage steht in einem Fahrzeug in reichlichem Maß zur Verfügung,
weil sie ohnehin für Bremsen, Türöffner und dergleichen benötigt, erzeugt und vorrätig
gehalten wird. Eine bevorzugte Ausführungsform eines pneumatischen Luftmengenreglers,
wie sie für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist in
der CH-PS 600 252 beschrieben. Kfz-Klimaanlagen mit bei geöffneter Frischluftklappe
stufenweise oder kontinuierlich in seiner Drehzahl steuerbarem Gebläse sind aus
DES 22 03 895 und DE-GBM 18 23644 an sich bekannt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen wiedergegebenen
Ausführungsbeispieles erläutert, wobei Fig. 1 das Systemschaltbild einer Klimaanlage
für einen Omnibus zeigt und Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch einen in der
seitlichen Dachwölbung des Busses parallel zur Fahrtrichtung angeordneten Luftverteilungskanal
wiedergibt.
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In der vorderen Stirnfläche des Fahrzeugdaches befindet sich ein Lufteinlaß
1, dessen Offnungsquerschnitt mittels einer Lufteinlaßklappe 2 steuerbar ist. Anschließend
durchströmt die angesaugte oder durch den Fahrtwind hereingedrnckte Luft einen vorderen
Wärmetauscher
3, der von einem vorderen Kühlaggregat 4 im Bedarfsfall mit Kältemittel versorgt
wird. Hinter dem im folgenden als Kühlregister bezeichneten vorderen Wärmetauscher
3 verzweigt sich der Luftkanal 5 in einen rechten Luftverteilungskanal 6 und einen
linken Luftverteilungskanal 7. In jedem dieser Zweige ist wenigstens ein Geläse,
vorzugsweise ein Radialgebläse, fUr die Zuluftförderung vorgesehen. Je nach Bedarf
und dem zum Einbau der Gebläse zur Verfügung stehenden Raum, können auch Doppel-
oder Mehrfachgebläse zum Einsatz kommen. Im rechten Luftverteilungskanal 6 ist ein
Gebläse 11 und im linken Luftverteilungskanal 7 ein Gebläse 21 vorgesehen. In jedem
der beiden seitlichen Luftverteilungskanäle 6 und 7 ist dem Gebläse 11 bzw.
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21 ein Heizregister 12 bzw. 22 nachgeschaltet. Beide Heizregister
12 und 22 sind parallelgeschaltet einerseits an die Heizwasservorlaufleitung 41
und anderderseits über ein Dreiwegeventil 42 an die Heizwasserrücklaufleitung 43
angeschlossen. Bei fehlendem Wärmebedarf in den Heizregistern 12 und 22 leitet das
Dreiwegeventil das Heizwasser, beispielsweise das Motorkühlwasser, an den beiden
Heizregistern 12 und 22 vorbei.
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Ferner weist jeder Luftverteilungskanal 6 und 7 eine in den Fahrgastraum
mündende Umluft-Einlaßöffnung 13 bzw. 23 auf, welche über eine Umluftklappe 14 bzw.
24 mit dem Frischluftzufuhrkanal 5 in Verbindung steht, so daß ein Teil der dem
Fahrgastraum über die Gebläse 11 und 21 zugeführten Luft durch Absaugen von Umluft
aus dem Fahrgastraum gewonnen und dadurch die erforderliche Heizenergie verringert
wird. Während der Fahrt werden die Umluftklappen 14 und 24 vom Fahrtwind geschlossen.
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Die gezeigteklimaregelanlage weist außer einem vorderen Gebläse satz
11 und 21 noch einen hinteren Gebläsesatz 15 und 25 auf, der über ein Kühiregister
44 von einem hinteren Frischlufteinlaß 45 mit Zuluft versorgt wird. Das hintere
Ktihlregister 44 wird im Bedarfsfall von einem hinteren Kühlaggregat 46 mit Kältemittel
versorgt. Die gegebenenfalls im Kühiregister 44 gekühlte Frischluft wird auch im
hinteren Teil des Busses zwei parallelen Luftverteilungskanälen zugeführt, wobei
am hinteren Ende des rechten Luftverteilungskanals 6 das Gebläse 15 und am hinteren
Ende des linken Luftverteilungskanals 7 das Gebläse 25 sitzt.
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In den beiden seitlichen Luftverteilungskanälen 6 und 7 tritt die
Luft einerseits durch oberhalb der Fahrgastsitze angeordnete, vorzugsweise einstellbare
Luftaustrittsdüsen 47 und andererseits durch seitlich oberhalb der Fenster angeordnete
Austrittsschlitze 48 aus: den beiden Luftverteiiungskanälen aus und belüftet einerseits
den Fahrgastraum und verhindert andererseits ein Beschlagen der Seitenscheiben.
Zusätzlich kann eine Fußraumheizung vorgesehen und mit am unteren Rand der Seitenscheiben
angebrachten Luftaustrittsöffnungen ausgestattet sein. In beiden seitlichen Luftverteilungskanälen
befinden sich die Luftaustrittsöffnungen jeweils im Bereich zwischen dem im vorderen
Teil befindlichen Heizregister 12 und dem hinteren Gebläse 15 bzw. dem Heizregister
22 und dem hinteren Gebläse 25, wobei zu berücksichtigen ist, daß die vorderen und
hinteren Gebläsesätze nebst Nebenaggregaten im Bug bzw. im Heck des Busdaches konzentriert
s&nd und zwischen diesen beiden Gruppen die Luftverteilungskanäle sich über
die gesamte Länge des Busses erstrecken.
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Der bisher erörterte konstruktive Aufbau der klimatechnischen Anlage
und ihrer Nebenaggregate wird ergänzt durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung.
Im rechten Luftverteilungskanal 6 ist kurz hinter dem Heizregister 12 der die Luftgeschwindigkeit
im Luftverteilungskanal 6 messende Fühler 51a des Luftmengenreglers 51 angeordnet.
Pr hat beispielsweise den aus den eingangs genannten CH-PS 600 252 bekannten Aufbau.
Im Fahrgastraum befinden sich ein erster Raumthermostat 52 und ein zweiter Raumthermostat
53, deren Sollwerte mit Hilfe eines gemeinsamen Sollwertfernstellers 54 eingestellt
werden können. Der Sollwertfernsteller befindet sich am Armaturenbrett des Fahrers.
Im Normalbetrieb ist der Sollwert des Raumthermostaten 52 beispielsweise auf 22
0C und der des Raumthermostaten 53 auf 28 0C eingestellt. Beide Sollwerte können
mit Hilfe des Sollwertfernstellers 54 gleichzeitig und gleichsinnig verändert werden.
Das Ausgangssignal
des Raumthermostaten 52 wird als Führungsgröße
dem Sollwerteingang des Luftmengenreglers 51 zugeleitet derart, daß bei steigender
Raumtemperatur der Luftmengensollwert erhöht wird. Durch Vergleich von tatsächlich
geförderter Luftmenge und Sollwert erzeugt der tuftmengenregler 51 ein Stellsignal,
welches über die Leitung 55 einerseits den Steuerschaltungenl8 und 28 für die vorderen
Gebläse 11 und 21 und anderderseits dem Stellantrieb für die Frischlufteinlaßklappe
2 zugeleitet wird. Desweiteren gelangt das Ausgangssignal des Raumthermostaten 52
als Sollwertsignal zu einem Xanalthermostaten 56, dessen Fühler 56a, ebenfalls im
rechten Luftverteilungskanal 6 und zwar hinter dem Heizregister 12 sitzt. Er mißtdie
Lufttemperatur im Luftverteilungskanal 6, vergleicht sie mit dem vom Raumthermostaten
52 vorgegebenen Sollwert und regelt mit seinem Ausgangssignal über die Leitung 57
das Stellventil 42, welches bei Wärmebedarf die Heizregister 12 und 22 mit gemischtem
Heizmittel versorgt. Dieses wird von einer an die Leitungen 41 und 43 angeschlossen,
beispielsweise vom Motorkühlwasser beaufschlagEen Heizeinrichtung geliefert.
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Ein zweiter Raumthermostat 53, welcher wie erwähnt auf einen gegenüber
dem ersten Raumthermostaten 52 höheren Sollwert eingestellt ist, dient der Steuerung
der Kühlaggregate 4 und 46. Er schaltet die beiden Rühlaggregate ein, sobald die
Tepperatur im Fahrgastraum einen mit Hilfe des Sollwertstellers 54 ebenfalls einstellbaren
oberen Grenzwert ven beispielsweise 28°C überschreitet. Dabei spricht der das hintere
Kühlaggregat 46 einschaltende Schalter 58 bereits bei einem niedrigeren Ausgangssignal
des Raumthermostaten 53 an als der das vordere Kühlaggregat 4 einschaltende Schalter
59. Dies führt dazu, daß im Fall erforderlich werdender Luftkühlung zunächst das
hintere Kühlaggregat und erst später1 wenn dessen Kühlwirkung nicht ausreicht, auch
das vordere Kühlaggregat hinzugeschaltet wird. Grund für diese Aufteilung ist, daß
im Fall von übermäßigem Temperaturanstieg im Fahrgastraum erfahrungsgemäß die Wärme
sich zunächst im hinteren Teil des Fahrgastraumes staut, während der vordere Teil
noch immer durch die Fahrtwindzufuhr hinreichend gekühlt wird. Anstelle einer unterschiedlichen
Einstellung des cdey, Schaltdifferentialst so gezeigten Ausführungsbeispiel über
eine
gemeinsame Signalleitung 60 an den zweiten Raumthermostat
53 angeschlossenen Kühlaggregatschalter 58 und 59 kann der Raumthermostat 53 mit
zwei getrennten bei verschiedenen Temperaturwerten ein Schaltsignal liefernden Ausgängen
versehen sein.
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Der hintere Gebläsesatz 15 und 25 wird nicht durch den Luftmengenregler
51 sondernvom Raumthermostaten 52 her gesteuert und stufenlos hochgeregelt, wenn
die Raumtemperatur über den eingestellten Sollwert ansteigt. Die zur Versorgung
der einzelnen Fühler und Regler mit Druckluft erforderliche Druckluftquelle ist
der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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Die Regeleinrichtung kann auch mit elektrischen Fühlern und Regelgeräten
realisiert werden, Der Luftmengenregler 51 sorgt in Verbindung mit den von ihm gesteuerten
Stellgliedern für die Aufrechterhaltung eines Mindest-Luftdurchsatzes auch bei stehendem
oder langsam fahrendem Bus und zwar unabhängig davon, ob Temperaturschwankungen
im Fahrgastraum auftreten oder nicht. Dies bedeutet, daß der Fahrgastraum unabhängig
vom Fahrzustand und den Umgebungseinflüssen ständig mit einer vorgegebenen Frischluftmenge
versorgt wird. Dies trägt wesentlich zum Wohlbefinden der Fahrgäste bei.
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Steht der Bus, so sorgen die vorderen Gebläse für die gewünschte Frischluftzufhrüber
den Frischlufteinlaß 1 sowie für die Luftumwälzung im Fahrgastraum über den ttmlufteinlaß
13. Steigt die Temperatur im Fahrgastraum an, so werden über den Raumthermostaten
52 und diedemhinteren Gebläsesatz zugeordneten Steuerschaltungen 19 und 29 die hinteren
Gebläse 15 und 25 zugeschaltet und stufenlos hochgeregelt. Somit strömt Frischluft
über die Auslaßöffnungen der seitlichen Luftverteilungskanäle 6 und 7.
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Im Falle einer pneumatischen Regelanlage ist den Steuerschaltungen
19 und 29 bzw. 18 und 28 je ein pneumatisch-elektrischer Umformer vorgeschaltet,
der das Ausgangssignal des Luftmengenreglers 51 bzw. des aumthermostaten 52 in ein
elektrisches Steuersignalfür die Steuerschaltungen umwandelt, welche ihrerseits
die Drehzahl der Gebläse, beispielsweise in Form einer bekannten Pulslängensteuerung
des Erregerstromes,regeln.
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Sollte die Temperatur im Fahrgastraum weiter ansteigen, so wird beim
Überschreiten des Ansprechwertes des zweiten Raumthermostaten 52 zunächst das hintere
Kühlaggregat 46 und später gegebenenfalls auch das vordere Kühlaggregat 4 zugeschaltet.
Dieser Funktionsablauf ergibt sich bei stehendem oder langsam fahrendem Bus, wenn
hohe Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit
wird der über den Frischlufteinlaß 1 in das Luftverteilungssystem einströmende Fahrtwind
stärker, so daß zur Beibehaltung eines gleichbleibenden Luftdurchsatzes die Gebläse
nach und nach stufenlos heruntergeregelt werden können, bis von einer vorgegebenen
Mindestgeschwindigkeit ab der Fahrtwind allein ausreicht, um den erforderlichen
Luftdurchsatz zu gewährleisten. Die vorderen Gebläse 11 und 21 sind dann durch den
Luftmengenregler 51 stillgesetzt, während die hinteren Gebläse 15 und 25 je nach
der von den Raumthermostaten 52 und 53 gemessenen Temperatur im Fahrgastraum unter
Umständen noch weiterlaufen, gegebenenfalls sogar unter Einschaltung des hinteren
Kühlaggregats 46. Dadurch, daß der Sollwert des Luftmengenreglers 51 vom Ausgangssignal
des Raumthermostaten 52 abhängt, ist gewährleistet, daß bei steigender Temperatur
im Fahrgastraum der Luftdurchsatz erhöht und damit für eine bessere Wärmeabfuhr
gesorgt wird. Das Herunterregeln der Gebläse setzt voraus, daß der Raumthermostat
52 keine zusätzliche Luftzufuhr anfordert.
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Sinkt die Temperatur und waren die Kühlaggregate zuvor eingeschaltet,
so werden zunächst die Kühlaggregate stillgelegt, wenn die vom Raumthermostaten
53 gemessene Temperatur den Anspruchs wert dieses Thermostaten unterschreitet. Sinkt
die Temperatur weiter ab, bzw. ist der Bus bei Winterbetrieb ohnehin kalt, so liegt
die vom Fthlerdes Sanaltemperaturreglers 56 gemessene Temperatur im rechten Luftverteilungskanal
6 unterhalb des vom Ratjnthermostaten 52 vorgegebenen Sollwerts. Dies führt dazu,
daß das Ausgangssignal des Kanaltemperaturreglers 56 das Dreiwegeventil 42 öffnet
und damit die Zufuhr von Heizwasser von der Vorlaufleitung 41 zu den beiden Heizregistern
12 und 22 freigibt.
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Je niedriger die gemessene Kanaltemperatur ist,um so weiter wird das
Dreiwegeventil 42 geöffnet, d.h.um so mehr Heizwasser fließt durch die Beizregister
12 und 22..- - --
Hierdurch wird die über die Luftverteilungskanäle
ausströmende Luft auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Dabei sorgt unabhängig
von der Fahrtgeschwindigkeit der Luftmengenregler 51 in Verbindung mit dem von ihm
gesteuerten Gebläsesatz für einen gleichbleibenden Luftumsatz. Ein Teil der Luft
wird als Frischluft über den Frischlufteinlaß 1 zugeführt, ein anderer Teil Uber
den Umlufteinlaß 13 bzw. 23 aus dem Fahrgastraum entnommen. Ist die gewünschte Raumtemperatur
erreicht, so werden die Heizregister 12 und 22 vom Kanalthermostaten 56 über das
Ventil 42 abgeschaltet.
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Bei zunehmender Fahrtgeschwindigkeit werden wie erwähnt zunächst die
Gebläse des vorderen Gebläsesatzes stufenlos herabgeregelt, wobei vorzugsweise gleichzeitig
die Frischlufteinlaßklappe den Frischlufteinlaß in zunehmendem Maße drosselt. Sobald
die Gebläse ganz abgeschaltet sind, erfolgt die weitere Regelung der Luftmenge allein
durch die vom Luftmengenregler 51 gesteuerte Frischlufteinlaßklappe 2.