DE4135349A1 - Heiz- und/oder klimaanlage fuer den innenraum von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heiz- und/oder Klimaanlage für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, insbesondere für ein Nutzfahrzeug-Fahrerhaus, mit im wesentlichen verti­ kalen Luftausströmern zum Kopf-/Scheibenbereich sowie im wesentlichen horizontalen Luftausströmern zum Körper-/Kopf­ bereich, wobei den Luftausströmern im Strömungskanal ein Wärmetauscher und letzterem eine Bypaß-Klappe vorgeordnet sind, um Luft je nach Klappenstellung durch den Tauscher und/oder durch einen Bypaß-Kanal zu den Luftausströmern zu leiten.

Zur Herstellung von behaglichen Innenraumtemperaturen in Fahrerhäusern/Fahrgastzellen wird nach heutigem Stand der Technik über kombinierte Heiz- und Klimageräte temperierte Luft in die Fahrgastzelle über verschiedene Luftverteiler­ systeme und -ausströmer eingeblasen.

Im allgemeinen wird die ausgeblasene Luft wie folgt in der Fahrgastzelle verteilt:

• - vertikal nach oben bzw. zur Scheibe (Defrost-Ausströmer für Front- und Seitenscheiben)
• - horizontal nach hinten (Zentral- und Seitendüsen)
• - vertikal nach unten (Fußraum-Ausströmer)

Diese Luftverteilung sowie die Regelung der ausgeblasenen Luft kann manuell oder automatisch bis auf Zentral- und Seitendüsen (über Elektronik und Stellmotoren) erfolgen.

Bei elektronisch geregelten kombinierten Heizungs-/Klima­ anlagen unterscheidet man drei Betriebszustände:

• - Heizbetrieb, insbesondere beim Start und/oder tiefen Außentemperaturen wird die austretende Warmluft vor­ wiegend nach unten in den Fußraum verteilt (bei Defroster- Betrieb zur Scheibe).
• - Reheat-Betrieb (Heiz- und Klimabetrieb kombiniert), insbe­ sondere bei einer Fahrt bei mäßigen Außentemperaturen (z. B. im Bereich von 5°C bis 25°C Außentemperatur), wird die Warm­ luft vertikal nach unten und kombinierte Warm- und Kaltluft horizontal nach hinten bzw. vertikal nach oben (Kaltluft) verteilt.
• - Klimabetrieb, insbesondere bei höheren Außentemperaturen wird die austretende Kaltluft vorwiegend vertikal nach oben bzw. horizontal nach hinten verteilt.

Eine während der Fahrt auftretende höhere Sonneneinstrah­ lung, welche zu einer Erhöhung der Kopftemperatur im Fahrerhaus führen würde, wird im allgemeinen durch hori­ zontal nach hinten austretende kältere Luft mehr oder weniger kompensiert.

Von Nachteil ist, daß die aus den Zentraldüsen austreten­ de Kaltluft bei einem Klima- und einem Reheat-Betrieb grundsätzlich unangenehme Zugerscheinungen für die Fahr­ zeuginsassen hervorruft, insbesondere bei ungünstiger Düsenanordnung. Ferner kann die Luftschichtung im Fah­ rerhaus (kühler Kopfbereich, warmer Fußbereich) vor allem bei starker Sonneneinstrahlung nicht optimal oder überhaupt nicht beeinflußt werden. Ein Ausblasen von Kaltluft (z. B. bei einem Klimabetrieb durch Sonneneinfluß) über die vertikal nach oben zur Scheibe hin gerichteten Defroster-Düsen ist nur bedingt möglich, da es dort, hervorgerufen durch die teilweise sehr niedrigen Ausblastemperaturen, zu Vereisungserschei­ nungen innen an der Windschutzscheibe kommen kann. Die Zentralausströmer müssen von Hand mehr oder weniger ge­ öffnet bzw. geschlossen werden. Nur beispielhaft wird zum Stand der Techik auf die Heizanlage gemäß DE 31 12 684 C2 EP 02 10 548 B1, EP 01 02 611 A3 und DE-U-69 29 387 verwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Heiz- und/ oder Klimaanlage der eingangs genannten Art, welche bei einfachem Aufbau sehr behagliche Innenraumtemperaturen bei Fahrzeugen zuverlässig einrichtet, wobei Zugerscheinun­ gen weitgehend minimiert sind.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und/oder 2 angegebenen Mittel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 3 bis 11.

Wesen der Erfindung ist, zumindest in einem der im wesent­ lichen horizontalen Luftausströmer zumindest mit einer im wesentlichen nach oben gerichteten Abzweigleitung zu versehen, welche eine Zusatzklappe enthält, die zwischen einer die Abzweigleitung im wesentlichen versperrenden und im wesentlichen vollständig freigebenden Stellung selbst­ tätig verstellbar, insbesondere verschwenkbar ist.

Wesen der Erfindung ist gleichrangig zur vorgenannten Alter­ native die Ausbildung des im wesentlichen horizontalen Luft­ ausströmers mit einer (fahrerhausinnenseitigen) Schwenkklappe, welche zwischen einer den Luftausströmer versperrenden Stellung in eine Öffnungsstellung selbsttätig verstellt werden kann, in welcher eine im wesentlichen nach oben gerichtete Verti­ kalausströmung der Luft erfolgt.

Am oberen Ende der Abzweigleitung sind sogenannte Vertikal­ ausströmdüsen bzw. Topdüsen angeordnet, die vorzugsweise zusätzlich zu den in der Nähe der Windschutzscheibe gelege­ nen sogenannten Defrosterdüsen vorgesehen sind. Ist z. B. bedingt durch konstruktiv ungünstige Einbauräume eine Mon­ tage einer sogenannten Topdüsen-Einheit nicht möglich, so kann der im wesentlichen horizontale Luftausströmer, vorzugsweise eine Zentraldüse, mit der vorgenannten Schwenk­ klappe ausgestattet sein, um eine vertikale Luftauswurf­ richtung in den Kopfraum des Fahrerhauses zu ermöglichen.

Die selbsttätigen Verstellmittel können Stellvorrichtungen wie z. B. Mikromotoren sein, die elektronisch insbesondere in Abhängigkeit der kalkulierten oder gemessenen Ausström­ temperatur der Luft gesteuert sind.

Die Zusatzklappen der Topdüsen bzw. die Schwenkklappe der Zentraldüse können auch durch eine mechanische Kopplungsein­ richtung mit der Bypaß-Klappe des Wärmetauschers verbunden sein. Dadurch wird ein automatisches Öffnen und Schließen der zugeordneten Ausströmer erreicht. Eine Verstellung von Hand ist mithin entbehrlich.

Über die Bypaß-Klappe wird der Anteil der Kaltluft speziell auf eine Zentraldüsen-Einheit bzw. einen Mischraum der Heiz-/Klimaanlage gelenkt, welcher den einzelnen Ausströmern in Luftströmungsrichtung vorgeordnet ist. Der Kaltluftanteil steigt beispielsweise proportional zu dem Öffnungswinkel der Bypaß-Klappe an. Öffnen und Schließen der Bypaß-Klappe kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei automatischer Temperaturrege­ lung wird die Bypaß-Klappe und somit auch die Zusatzklappe bzw. die Schwenkklappe zusätzlich vorzugsweise durch einen Sonnensensor beeinflußt.

Die Bypaß-Klappe ist mechanisch oder elektrisch mit einer Zu­ satzklappe dergestalt gekoppelt, daß letztere einen entsprech­ enden Luftauslaßkanal für die sogenannten Topdüsen beispiels­ weise proportional zum Öffnungswinkel der Bypaß-Klappe frei­ gibt. Ist eine Schwenkklappe für eine vertikal ausblasende Zentraldüse vorgesehen, so wird auch hier beispielsweise pro­ portional zum Öffnungswinkel der Bypaß-Klappe ein vertikal nach oben zeigender Öffnungswinkel bei der Schwenkklappe ein­ gerichtet.

Durch die Erfindung wird eine Verringerung bzw. eine Eliminie­ rung von Zugerscheinungen im Innenraum eines Fahrzeugs, insbe­ sondere im Fahrerhaus eines Nutzfahrzeuges erreicht, und zwar besonders bei einem Reheat- und Klimabetrieb. Von Vorteil ist die bessere Luftschichtung im Fahrerhaus (kälterer Kopfbereich, wärmerer Fußbereich) im Vergleich zu bekannten Anlagen und so­ mit eine behaglichere Innenraumtemperatur. Es ergibt sich eine von der Stellung bzw. vom Öffnungsquerschnitt der manuell ein­ zustellenden Zentraldüsen unabhängige optimale automatisch ge­ regelte Luftverteilung im Fahrerhaus. Sind Sonnensensoren vor­ gesehen, ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise ein auto­ matischer Angleich der "Schichtanhebung" im Kopfbereich durch Sonneneinstrahlung. Von Vorteil ist ferner die Einrichtung einer unabhängigen und somit in der Funktion nicht außer Kraft zu setzenden Heiz-/Klimaanlage bei manuell einzustellenden Luft­ verteilern, z. B. Zentraldüsen. Vorteilhaft ist bei z. B. drei eingebauten Zentraldüsen die mittige Anordnung der automatischen Zentraldüse, um den Fahrerhausinsassen zur automatischen Luft­ verteilung zusätzlich eine individuelle Einstellung der Luftver­ teilung zu ermöglichen. Vorteilhaft ist besonders durch die Automatisierung der Top- bzw. automatische Zentraldüse, daß ein Außerkraftsetzen der Heiz-/Klimaanlage (insbesondere im Klimabe­ trieb) infolge manueller Fehlbedienung vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbei­ spiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt einer Heiz-/ Klimaanlage im Innenraum eines Nutzfahrzeug-Fahrer­ hauses unterhalb der Windschutzscheibe, und

Fig. 2 eine andere Heiz-/Klimaanlage in einem Vertikal­ schnitt ähnlich Fig. 1.

Die Heiz-/Klimaanlage (1) im Innenraum (2) eines Nutzfahr­ zeug-Fahrerhauses unterhalb der Windschutzscheibe (16) enthält die üblichen Hauptbauteile, ein mehrteiliges Ge­ häuse (20), ein Luftgebläse (4), einen dem Luftgebläse (4) vorgeordneten Verdampfer (10) sowie eine Eingangsklappe (17).

Dem Luftgebläse (4) in Strömungsrichtung nachgeordnet ist ein Wärmetauscher (7), welcher zu einem zentralen Mischraum (21) führt. Parallel zum Wärmetauscher (7) ist ein Bypaßkanal (9) angeordnet, welcher vom Luftgebläse (4) einen direkten Zugang zum zentralen Mischraum (21) schafft, wobei die Eingangsseite des Bypaßkanals (9) durch eine Bypaßklappe (8) vollständig geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Bypaßklappe (8) ist eine sog. Flügelklappe und im Bereich des Wärmetauschers (7) beweglich aufgehängt. Der zentrale Mischraum (21) steht in einer Leitungsver­ bindung mit im wesentlichen vertikal verlaufenden Aus­ strömern (3), welche nach oben in Richtung Windschutz­ scheibe (16) verlaufen (Defroster-Düsen). Im wesentlichen vertikal verlaufende Ausströmer können auch für den (nicht veranschaulichten) Fußraum des Nutzfahrzeug-Fahrerhauses vorgesehen sein.

Dem zentralen Mischraum (21) nachgeordnet ist ferner ein im wesentlichen horizontal verlaufender Ausströmer (5), welcher in etwa fahrzeugmittig im Bereich des Armaturen­ bretts angeordnet ist und eine Luftausströmung horizontal nach hinten in das Fahrerhaus über Zentraldüsen (18) ermög­ licht. Die Zentraldüsen (18) weisen einen Verstell-/Schließ­ mechanismus auf, welcher von Hand betätigt werden kann.

An den im wesentlichen horizontalen Ausströmer (5) ist oberseitig eine im wesentlichen vertikal nach oben gerich­ tete Abzweigleitung (11) angeschlossen, welche am oberen Ende im Bereich des Armaturenbretts Vertikalausströmer­ oder Topdüsen (19) aufweist. Am Eingang der Abzweigleitung (11) ist eine als Flügelklappe ausgebildete Zusatzklappe (12) angelenkt, welche ein vollständiges Öffnen und Schließen der Abzweigleitung ermöglicht.

Zusatzklappe (12) und Bypaßklappe (8) sind durch eine Kopp­ lungseinrichtung in Form einer Koppel (13) und Hebel (14) mechanisch verbunden in einer Weise, daß bei geschlosse­ ner Bypaßklappe (8) gemäß ausgezogener Linie der Zeichnung, d. h. bei geschlossenem Bypaßkanal (9), die Zusatzklappe (12) gemäß ausgezogener Linie der Zeichnung, d. h. die Abzweigleitung (11), ebenfalls vollständig geschlossen ist. Die Gelenkstellen und Hebellängen der mechanischen Kopplungseinrichtung sind so getroffen, daß bei vollstän­ diger Öffnung der Bypaßklappe (8) die Zusatzklappe (12) ebenfalls im wesentlichen vollständig geöffnet ist. Der Öffnungswinkel der Zusatzklappe (12) folgt somit propor­ tional dem Öffnungswinkel der Bypaßklappe (8). Bei einer Betätigung der Bypaßklappe (8) wird somit automatisch auch die Zusatzklappe (12) geöffnet, geschlossen bzw. in eine Zwischenstellung gebracht. Die Aussteuerung der Top­ düse (19) bzw. Zusatzklappe (12) kann nicht nur mechanisch erfolgen, z. B. über ein Gestänge oder einen Bowdenzug, sondern auch elektrisch durch entsprechend angesteuerte Stellmotoren (Mikromotoren). Das Verhältnis der Öffnungs­ winkel der beiden Klappen (8) und (12) kann durch entsprech­ ende Einrichtungen auch unproportional sein.

Die jeweiligen Stellungen der Bypaßklappe (8) und der Zu­ satzklappe (12) können bei einer automatischen Klappen­ regelung zusätzlich durch einen Sonnensensor (15) auf der Oberseite des Armaturenbretts im Bereich der Windschutz­ scheibe (16) beeinflußt werden, so daß im Ergebnis eine Sonneneinstrahlung in die Kabine bei der Klappenregelung immer berücksichtigt wird.

Das Verhältnis der Luftströme durch die Zentraldüse (18) und durch die Topdüse (19) wird geregelt, indem in bekann­ ter Weise die Durchflußmenge durch die Zentraldüse (18) manuell geregelt wird.

Ersichtlich kann somit auf einfache Weise ein Heizbetrieb bei geschlossener Bypaßklappe (8) und geschlossener Zusatz­ klappe (12) sowie ein Klimatisierbetrieb insbesondere bei vollständig geöffneter Bypaßklappe (8) und Zusatz­ klappe (12) in einem Fahrerhaus eingerichtet werden.

Die in Fig. 2 veranschaulichte Heiz-/Klimaanlage (1) ande­ rer Konfigurationen entspricht im Grundsatz derjenigen nach Fig. 1, weist jedoch im Unterschied hierzu anstelle einer nach oben gerichteten Abzweigleitung (11) zumindest einen modifizierten im wesentlichen horizontalen Luftausströmer (5) in Form einer automatisierten Zentraldüse auf, welche fahrerhausinnenseitig mit einer Schwenkklappe (25) versehen ist. Die Schwenkklappe (25) ist um eine untere konsolenfeste horizontale Querachse zwischen einer den Luftausströmer (5) versperrenden Stellung in eine Öffnungsstellung selbsttätig verschwenkbar, in welcher eine im wesentlichen nach oben gerichtete Vertikalausströmung der Luft möglich ist. Eine derartige Zentraldüsenmodifikation ist dann vorteilhaft, wenn bedingt durch konstruktiv ungünstige Einbauräume eine sogenannte "Topdüsen-Einheit" der ersten, in Fig. 1 beschrie­ benen Ausführungsvariante nicht möglich ist.

Der Öffnungswinkel der Schwenkklappe (25) folgt beispiels­ weise proportional dem Öffnungswinkel der Bypaß-Klappe (8) unter Zwischenanordnung einer Kopplungseinrichtung in Form eines Bowdenzuges (27). Mithin wird die Schwenkklappe (25) bei einem Verstellen der Bypaß-Klappe (8) automatisch ge­ öffnet, geschlossen bzw. in eine Zwischenstellung gebracht.

Die Aussteuerung der vorgenannten modifizierten, eine Schwenk­ klappe (25) enthaltenden automatischen Zentraldüse kann auch anstelle eines Bowdenzuges durch ein Gestänge oder einen elektrischen Mikromotor erfolgen.

Die Kopplungseinrichtung weist ein Ausgleichs- oder Feder­ element (26) auf, welches bei manueller Betätigung der ge­ öffneten Schwenkklappe (25) wirksam wird, d. h. eine kurz­ zeitige Rückverschwenkung der Schwenkklappe ermöglicht. Dadurch wird eine Beschädigung der automatischen Zentral­ düse bzw. der mit dieser gekoppelten Elemente vermieden.

In jedem Fall erfolgt eine über die automatische Regelung gesteuerte Klappenregelung.

Alle in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung dargestellten neuen Merkmale allein oder in sinnvoller Kombination sind erfindungswesentlich, auch soweit sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich beansprucht sind.

Claims (11)

1. Heiz- und/oder Klimaanlage (1) für den Innenraum (2) von Kraftfahrzeugen, insbesondere für ein Nutzfahrzeug- Fahrerhaus, mit im wesentlichen vertikalen Luftausströ­ mern (3) zum Kopf-/Scheibenbereich sowie im wesentlichen horizontalen Luftausströmern (5) zum Körper-/Kopfbereich, wobei den Luftausströmern (3, 5) im Strömungskanal ein Wärmetauscher (7) und letzterem eine Bypaß-Klappe (8) vorgeordnet sind, um Luft je nach Klappenstellung durch den Tauscher (7) und/oder durch einen Bypaß-Kanal (9) zu den Luftausströmern (3, 5) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem der im wesentlichen horizontalen Luftausströmer (5) zumindest eine im wesentlichen nach oben gerichtete Abzweigleitung (11) mit Vertikalausström­ düse(n) (19) vorgesehen ist, wobei die Abzweigleitung (11) eine Zusatzklappe (12) enthält, welche zwischen einer die Abzweigleitung im wesentlichen versperrenden und im wesentlichen vollständig freigebenden Stellung selbsttätig verstellbar, insbesondere selbsttätig ver­ schwenkbar ist.

2. Heiz- und/oder Klimaanlage (1) für den Innenraum (2) von Kraftfahrzeugen, insbesondere für ein Nutzfahrzeug- Fahrerhaus, mit im wesentlichen vertikalen Luftausströ­ mern (3) zum Kopf-/Scheibenbereich sowie im wesentlichen horizontalen Luftausströmern (5) zum Körper-/Kopfbereich, wobei den Luftausströmern (3, 5) im Strömungskanal ein Wärmetauscher (7) und letzterem eine Bypaß-Klappe (8) vorgeordnet sind, um Luft je nach Klappenstellung durch den Tauscher (7) und/oder durch einen Bypaß-Kanal (9) zu den Luftausströmern (3, 5) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einem der im wesentlichen horizontalen Luftausströmer (5) eine Schwenkklappe (25) vorgesehen ist, welche zwischen einer den Luftausströmer (5) ver­ sperrenden Stellung in eine Öffnungsstellung selbsttätig verstellt werden kann, in welcher eine im wesentlichen nach oben gerichtete Vertikalausströmung der Luft erfolgt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzklappe (12) und/oder die Schwenkklappe (25) über eine Kopplungseinrichtung mit der Bypaß-Klappe (8) oder einem Wasserventil verbunden ist und im wesent­ lichen proportional zum Öffnungswinkel der Bypaß-Klappe (8) bzw. zur Öffnungsstellung des Wasserventils geöffnet werden kann.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine mechanische, an den Klappen (8, 12, 25) über Hebel (14) angelenkte Koppel (13) oder ein Bowdenzug (27) ist.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine hilfskraftbetätigte, insbesondere elektrische oder pneumatische Verstellein­ richtung aufweist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (8, 12, 25) durch Stellmotoren wie z. B. Mikromotoren verstellbar sind, die in Abhängigkeit der Luftausströmtemperatur betätigbar sind.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sonnensensor (15) vorzugsweise im Bereich der Windschutz­ scheibe (16) vorgesehen ist, der in einer Steuerver­ bindung mit der hilfskraftbetätigten Verstelleinrich­ tung steht, wobei bei Sonneneinstrahlung die Steuer­ einrichtung die Verstelleinrichtung im Sinne einer zusätzlichen Öffnung der Klappen (8, 12, 25) beeinflußt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Abzweigleitung (11) und/oder die Schwenk­ klappe (25) enthaltende, im wesentlichen horizontale Luftausströmer (5) zentral im Fahrzeug angeordnet ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Abzweigleitung (11) enthaltender, im wesent­ lichen horizontaler Luftausströmer (5) eine Zentraldüse (18) mit einer manuell betätigbaren Verstell- und/oder Schließeinrichtung aufweist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Fahrzeugquerrichtung sich erstreckende, voneinander beabstandete Vertikalausströmdüsen (19) in zumindest einer Abzweigleitung (11) vorgesehen sind.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schwenkklappe (25) verbundene Kopplungs­ einrichtung ein Ausgleichs- oder Federelement (26) auf­ weist, welches bei manueller Berührung der Schwenkklappe (25) wirksam wird, d. h. bei geöffneter Schwenkklappe eine kurzzeitige Rückverschwenkung der Schwenkklappe ermöglicht.