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Heizvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für den Fahrgastraum
von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine Heizvorrichtung der genannten Bauart ist aus einem Prospekt
der Firma t5annesmann Rexroth mit dem Titel: Hydraulik-Training; Antriebs- und Steuerungstechnik
in mobilen Arbeitsmaschinen", Veröffentlichungsnummer RD 00 315/9.82 auf Seite 121
unter der Bezeichnung - LandtechniktHyraulische Heizung - bereits bekannt. Die Anwendung
dieser Heizvorrichtung geht aus von einem Fahrzeug mit luftgekühltem Antriebsmotor,
in welchem das üblicherweise zu Heizzwecken benutzte und über einen Wärmetauscher
geleitete Kühlwasser nicht zur Verfügung steht. Die bekannte Heizvorrichtung benutzt
daher das für die Kühlung und Schmierung des Motors erforderliche o1 auch zur Erwärmung
des Fahrgastraumes. Hierzu ist eine Pumpe vorgesehen, welche das Motoröl aus der
ölwanne ansaugt und über ein Wegeventil zu einem Druckbegrenzungsventil (Stauventil)
fördert. Das auf 150 bar eingestellte Stauventil wandelt die von der Pumpe erzeugte
Druckenergie in Wärme um. Das so erwärmte Motoröl strömt über ein Heizungsventil
zum Wärmetauscher und anschließend zurück zur ölwanne. Nach Erreichen der Motor-Betriebstemperatur
(>75 OC) wird das Wegeventil so verstellt, daß das Motoröl direkt zum Wärmetauscher
strömt. Es genügt nunmehr die durch die Leistungsabgabe des Motors erzeugte und
auf das Motoröl übertragene Wärmeenergie zur Erzielung einer bedarfsgerechten Heizwirkung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hochwirksame Heizvorrichtung zu
schaffen, die bereits während der Warmlaufzeit des Fahrzeugmotors eine voll ausreichende
Wärmemenge zum schnellen Aufheizen des Fahrgastraumes abgibt. Die Heizvorrichtung
soll dabei mit möglichst wenig Bauteilen preiswert zu verwirklichen sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in den Ansprüchen angegebene Merkmalskombination
vorgeschlagen.
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Nach der Erfindung ist zur Versorgung einer Heizvorrichtung und einer
Hilfskraftlenkung nur eine einzige Pumpe vorgesehen.
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Diese Pumpe versorgt über ein Stauventil einen Zusatzwärmetauscher,
wobei das Drucköl nach seiner Wärmeabgabe zur Betätigung der Hilfskraftlenkung zur
Verfügung steht. Der Zusatzwärmetauscher ist dabei vorzugsweise dem Wärmetauscher
einer üblichen mit dem Wärmemittel eines Fahrzeugmotors versorgten Hauptheizung
vorgeschaltet. Die Wärmeabgabe der Hauptheizung kann auf diese Weise, insbesondere
nach einem Kaltstart, durch den schnell aufheizbaren ölkreis des Zusatzwärmetauschers,
verstärkt werden.
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Nach Erreichen einer angenehmen Fahrgastraumtemperatur kann die Pumpe
über eine schaltbare Umgehungsleitung unmittelbar mit der Hilfskraftlenkung verbunden
werden. Der Druckölstrom der Pumpe wird dann nicht mehr über das Stauventil geführt,
vielmehr steht dieser nur noch in der Hilfskraftlenkung zur Verfügung. Die weitere
Erwärmung des Fahrgastraumes erfolgt nunmehr alleine über die Wärmeabgabe des Fahrzeugmotors
auf die Hauptheizung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dem Zusatzwärmetauscher
als Stauventil eine Verstelldrossel vorgeschaltet. Diese Verstelldrossel arbeitet
zum schnellen Aufheizen des öl stromes mit einem engen Durchlaßquerschnitt. Bei
Betätigung der Hilfskraftlenkung wird die Verstelldrossel in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck
mehr oder weniger aufgesteuert, so daß der Leistungsbedarf an der Pumpe verringert
wird. Außerdem ist vorgesehen, die Verstelldrossel über ein Signal eines im Motorblock
angeordneten Temperaturfühlers so zu beeinflussen, daß nach Erreichen der Mctorbetriebstemperatur
die Verstelldrossel aufgesteuert wird.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung hat insbesondere den Vorteil,
daß die bei Fahrzeugen mit einer Hilfskraftlenkung verwendete Lenkhilfspumpe gleichzeitig
zum schnellen Aufheizen des Fahrgastraumes mitverwendet werden kann. Eine gesunde;
'tHeizpumpe", wie sie beim Stand der Technik benötigt wird, kann daher entfallen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt und nachfolgend näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Haupt- und einer
Zusatzheizvorrichtung mit einem Stauventil, wobei über einen gesonderten ölkreis
der Zusatzheizvorrichtung gleichzeitig eine Hilfskraftlenkung versorgt wird.
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Fig. 2 eine Ausführungsform einer Heizvorrichtung, in welcher als
Stauventil eine Verstelldrossel Verwendung findet.
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Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß Fig. 1, in welcher die
Zusatzheizvorrichtung ihre Heizenergie unmittelbar an das Wärmemittel des Fahrzeugmotors
abgibt.
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In Fig. 1 ist einem Antriebsmotor 1 ein Kühler 2 vorgeschaltet. Der
Kühler 2 steht über Leitungen 3, 4 mit einem Wärmetauscher 5 in Verbindung. Uber
ein Heizventil 6 kann das Wärmemittel des Kühlers 2 bzw. der Antriebsmaschine 1
in den Wärmetauscher eingespeist werden. Für den schnellen Wärmetransport in einen
Fahrgastraum ist ein wahlweise einschaltbares Gebläse 7 vorgesehen. Derartige von
der Belastung des Fahrzeugmotors abhängige Heizungen sind in den heute angebotenen
Kraftfahrzeugen allgemein verbreitet. Die beschriebene aus den Bauteilen 5, 6, 7
bestehende Heizung, ist nachfolgend mit "Hauptheizung" bezeichnet.
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Nach einem Merkmal der Erfindung ist vor dem Wärmetauscher 5 der
Hauptheizung ein Zusatzwärmetauscher 10 angebracht. Mit strichpunktierten Linien
sind hierbei sämtliche zu einer Fahrerkabinen- oder Fahrgastraumheizung 9 gehörenden
Bauteile umrandet.
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Der Zusatzwärmetauscher 10 ist an einen gesonderten von einer Pumpe
11 versorgten ölkreis 8 mit einem Stauventil 12 angeschlossen.
Der
Antrieb der Pumpe 11 erfolgt über den Antriebsmotor 1.
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Das Stauventil arbeitet mit einem Einstelldruck von ca. 100 bar, so
daß die von der Pumpe 11 erzeugte Druckenergie in Wärme umgewandelt und über den
Zusatzwärmetauscher 10 in den Fahrgastraum abgegeben wird.
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Nach der Erfindung wird über den ölkreis 8 auch eine Hilfskraftlenkung
14 mit Drucköl versorgt. Die Hilfskraftlenkung besitzt ein Steuerventil mit offener
Mitte. Das über den Ölkreis 8 herangeführte Drucköl kann also in der Neutralstellung
der Hilfskraftlenkung 14 über eine Rücklaufleitung 13 abströmen. Eine Umgehungsleitung
15 stellt eine direkte Verbindung von der Pumpe 11 zur Hilfskraftlenkung 14 her.
In die Umgehungsleitung 15 ist ein weiteres Heizventil 15A eingebaut.
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Die Heizvorrichtung nach Fig. 1 wirkt wie folgt: Das Heizventil 6
des Wärmetauschers 5 und das Heizventil 15A des Zusatzwärmetauschers 10 sind in
ihrer Grundstellung gezeichnet.
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Dies bedeutet, daß die Fahrgastraumheizung 9 ausgeschaltet ist.
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Das von der Pumpe 11 geförderte Drucköl steht über die Umgehungsleitung
15 ausschließlich in der Hilfskraftlenkung 14 zur Verfügung. Da das Stauventil 12
auf den erwähnten hohen öffnungsdruck von ca. 100 bar eingestellt ist, bleibt dieses
geschlossen.
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Werden bei einem Kaltstart die beiden Heizventile 6 und 15A eingeschaltet,
so beginnt das sich langsam erwärmende Wärmemittel des Kühlers 2 durch den Wärmetauscher
5 zu strömen. Durch das nach oben verstellte Heizventil 15A ist die Umgehungsleitung
15 gesperrt. Das von der Pumpe 11 geförderte Drucköl kann ietzt nur über den ölkreis
8 zur Hilfskraftlenkung 14 und von dort zur Rücklaufleitung 13 gelangen. Die Pumpe
11 muß daher den Offnungsdruck des Stauventils 12 überwinden. Dabei wird das Drucköl
erhitzt, das seine Wärmeenergie im Zusatzwärmetauscher 10 abgibt.
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Die während der Warmlaufzeit des Motors nur langsam einsetzende
Heizwirkung
des Wärmetauschers 5 wird somit durch das schnelle Ansprechen des Zusatzwärmetauschers
10 erheblich verbessert. Zur Unterstützung der Heizwirkung ist hierbei noch das
Gebläse 7 eingeschaltet.
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Beim gleichzeitigen Lenken muß die Pumpe einen Druck aufbauen, der
sich aus dem öffnungsdruck des Stauventils 12 und dem jeweiligen Arbeitsdruck der
Hilfskraftlenkung 14 zusammensetzt.
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Ist der Fahrgastraum ausreichend aufgeheizt, so stellt der Fahrer
das Heizventil 15A wieder in die gezeichnete Grundstellung zurück.
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Zur Dauerheizung während der Fahrt reicht die Wärme abgabe des Wärmetauschers
5 völlig aus.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt einen durch ein Heizventil
16 einschaltbaren Wärmetauscher 17 einer Hauptheizung, der an einem mit einem Antriebsmotor
18 verbundenen Kühler 20 angeschlossen ist. In der Ausschaltstellung des Heizventils
16 strömt das Wärmemittel aus dem Antriebsmotor 18 über eine Umgehungsleitung 21
unmittelbar zum Kühler 20 und anschließend zum Antriebsmotor zurück. Eine Pumpe
22 fördert das Drucköl über eine Verstelldrossel 23 in einen Zusatzwärmetauscher
24, welcher wiederum mit einer Hilfskraftlenkung 26 verbunden ist. Die W>rmetauscher
17 und 24, sowie ein Gebläse 27, stellen zusammen die Fahrgastraumheizung 28 dar.
Im Unterschied zu Fig. 1 sind hier der Zusatzwärmetauscher 24 und die Hilfskraftlenkung
26 ständig in Reihe geschaltet. Außerdem findet als Stauventil die Verstelldrossel
23 Anwendung.
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Die Verstelldrossel 23 ist durch drei Signale folgender Betriebszustände
ansteuerbar: 1. Schaltstellung des Heizventils 16 (Steuerleitung 25)
2.
Motortemperatur (Steuerleitung 30) 3. Rückwirkungsdruck der Hilfskraftlenkung (Steuerleitung
31) Bei ausgeschaltetem Heizventil 16, d. h. der Wärmetauscher 17 wird umgangen,
ist die Verstelldrossel 23 ganz geöffnet. Der von der Pumpe 22 gelieferte Druckölstrom
wird der Hilfskraftlenkung 26 ungehindert zugeleitet und steht dort im Falle einer
Lenkungsbetätigung als Arbeitsstrom zur Verfügung.
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Bei eingeschaltetem Heizventil 16, d. h. der Wärmetauscher 17 wird
durchströmt, übernimmt die Verstelldrossel 23 ihre Staufunktion, so daß die erzeugte
Wärmeenergie des Öles über den Zusatzwärmetauscher 24 abgegeben wird. Sobald eine
Lenkungsbetätigung vorgenommen wird, wirkt der sich aufbauende Arbeitsdruck als
Rückwirkungsdruck über die Steuerleitung 31 auch auf die Verstelldrossel 23 ein
und steuert diese auf. Die Stauwirkung wird also während eines Lenkvorganges in
Abhängigkeit vom jeweiligen Arbeitsdruck mehr oder weniger aufgehoben.
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Hat der Antriebsmotor 18 seine Betriebstemperatur erreicht, so erfolgt
ein selbsttätiges Aufsteuern der Verstelldrossel 23 über die Steuerleitung 30, welche
mit einem Temperaturfühler des Antriebsmotors 18 verbunden ist. An der Verstelldrossel
23 findet jetzt keine Energieumwandlung mehr statt. Der Zusatzwärmetauscher 24 gibt
also keine Wärmeenergie mehr ab. Der Wärmetauscher 17 reicht nunmehr für die weitere
Wärmeversorgung alleine aus.
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Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß die Nennleistung
der Pumpe 22 geringer sein kann, da diese für einen geringeren Höchstdruck ausgelegt
werden kann.
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In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein Zusatzwärmetauscher 32
zum schnellen Aufheizen des Wärmemittelkreises 33 eines Antriebsmotors 34 vorgesehen.
Die in der Einschaltstellung eines Heizventils 35 mittels eines Stauventils 36 erzeugte
Wärmeenergie dient also zum raschen Erreichen der Motortemperatur. Bei gleichzeitig
durch ein weiteres Heizventil 37 eingeschaltetem Wärmetauscher 38 ist ein schnelles
Ansprechen der Fahrgastraumheizung 40 gesichert. Außerdem wird durch diese Anordnung
der Kaltstartverschleiß des Motors 34 verringert.
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Bezugszeichen Fig. 1 1 Antriebsmotor 2 Kühler 3 Leitung 4 Leitung
5 Wärmetauscher 6 Heizventil 7 Gebläse 8 Ölkreis 9 Fahrgastraumheizung 10 Zusatzwarmetauscher
11 Pumpe 12 Stauventil 13 Rücklaufleitung 14 Hilfskraftlenkung 15 Umgehungsleitung
15A fleizventil Fig. 2 16 Heizventil 17 Wärmetauscher 18 Antriebsmotor 19 20 Kühler
21 Umgehungsleitung 22 Pumpe 23 Verstelldrossel 24 Zusatzwärmetauscher 25 Steuerleitung
an 16 26 Hilfskraftlenkung 27 Gebläse 28 Fahrgastraumheizung 29 -30 Steuerleitung
an 18 31 Steuerleitung an 26 Fig. 3 32 Zusatzwärmetauscher 33 Wärmemittelkreis 34
Antriebsmotor 35 Heizventil 36 Stauventil 37 Heizventil 38 Wärmetauscher 39 -40
Fahrgastraumheizung
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