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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs
(HVAC-)System von der Art, die ein Ventil zum Steuern einer Luftströmung umfasst.
Im Spezielleren umfassen die HVAC-Systeme ein Folienventil, das
linear bewegbar ist, um eine Luftströmung zu steuern.
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Hintergrund der Erfindung
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Diese
HVAC-Systeme sind im Stand der Technik für die Verwendung in Fahrzeugen
bekannt und umfassen ein Gehäuse,
das einen Luftdurchgang definiert, um eine Luftströmung durch
das Gehäuse
zu leiten. Ein Ventil umfasst einen Film mit Seitenkanten und einer Öffnung,
die zwischen den Seitenkanten angeordnet ist. Der Film ist von dem
Gehäuse
getragen, sodass er sich über
den Durchgang erstreckt, um eine Luftströmung durch den Durchgang zu
steuern. Die Systeme umfassen einen Mechanismus zum linearen Bewegen
des Films, um eine Luftströmung
zu sperren und zuzulassen, dass eine Luftströmung durch die Öffnung in
dem Film strömt.
Solche Mechanismen umfassen oft eine Zahnstange, die sich entlang
des Films erstreckt und an ihr entlang angeordnete Zähne aufweist,
und ein Ritzel mit Ritzelzähnen,
die mit den Zähnen
in Eingriff stehen, um die Zahnstange und den Film linear zu bewegen.
Das
US-Patent Nr. 6,669,549 an Uemura et
al. offenbart ein HVAC-System wie oben beschrieben.
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Eines
der Probleme bei HVAC-Systemen nach dem Stand der Technik, die den
Film umfassen, besteht darin, dass das Gehäuse des HVAC-Systems nur darauf
beruht zu verhindern, dass der Film einer auf den Film ausge übten Kraft
von der Luftströmung
und Vibration unterworfen ist. Im Spezielleren ist der Film zwischen
dem Gehäuse
angeordnet, was die Zähne
der Zahnstange mit dem Ritzel in Kontakt hält. Jegliche Fehlausrichtung
des Films durch Festhalten an dem Gehäuse, eine Bewegung innerhalb des
Gehäuses
auf Grund einer Luftbelastung oder eine Vibration kann bewirken,
dass die Zähne
mit dem Ritzel fehlausgerichtet werden. Die Fehlausrichtung kann
zu übermäßigem Lärm oder
schließlich
zu einem Verlust der Ventilfunktion führen. Somit bietet sich die
Gelegenheit, die Nachteile von HVAC-Systemen nach dem Stand der
Technik zu überwinden,
um einen Film und einen Mechanismus vorzusehen, um den Film linear
zu bewegen, der nicht fehleranfällig infolge
einer Fehlausrichtung zwischen den Zähnen und dem Ritzel ist.
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Das
Dokument
FR 2 815 107 ,
das als nächster
Stand der Technik betrachtet wird, offenbart ein HVAC-System wie
oben beschrieben, bei dem eine Halterung verwendet wird, um das
Folienventil zu halten. Diese HVAC kann jedoch noch weiter verbessert
werden, um eine Fehlausrichtung zwischen den Zähnen und dem Ritzel zu vermeiden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
System gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
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Die
Erfindung sieht ein Heizungs-, Lüftungs- und
Klimatisierungs (HVAC-)System vor, das ein Gehäuse umfasst, das einen Luftdurchgang
definiert, um eine Luftströmung
durch das Gehäuse
zu leiten. Ein Ventil umfasst einen Film, der Seitenkanten und eine Öffnung aufweist,
die zwischen den Seitenkanten angeordnet ist. Der Film ist von dem
Gehäuse
getragen, um sich über
den Durchgang zu erstrecken. Eine Zahnstange erstreckt sich entlang
des Films und weist Zähne
auf, die daran entlang angeordnet sind. Ein erstes Ritzel ist von
dem Gehäuse
für eine Drehung
um eine Achse drehbar getragen. Das erste Ritzel steht mit den Zähnen in
Eingriff, um die Zahnstange und den Film linear zu bewegen. Die
Erfindung sieht vor, dass die Zahnstange eine Halterung umfasst,
um die Ritzelzähne
in Eingriff mit den Zähnen
an der Zahnstange zu halten.
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Demgemäß umfasst
die Zahnstange ein integriertes Positioniermerkmal, um den Ventilaufwand zu
minimieren und Gleitgeräusche
zu minimieren. Das System kann auch Führungsstifte oder dergleichen
an den Kanten des Films zum Führen
oder Steuern einer Kantenbewegung beseitigen. Überdies sorgt die Halterung
im Vergleich mit Systemen nach dem Stand der Technik für einen
robusteren Eingriff zwischen dem Antriebsmechanismus und dem Film, um
einen Defekt auf Grund einer Fehlausrichtung zwischen dem Ritzel
und den Zähnen
zu verhindern. Der Film ist auch so entworfen, dass Spannungskonzentrationen
beseitigt sind, was den Film robuster gegenüber Verschleiß macht.
Des Weiteren ermöglicht die
Positionierung der Zahnstange an dem Film eine flexible technische
Ausführung
der Öffnungen
in dem Film, sowohl in Bezug auf die Geometrie der Öffnungen
als auch was die Position der Öffnungen
innerhalb des Films betrifft.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf
die nachfolgende detaillierte Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen einfach ersichtlich und besser verständlich.
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1 ist
eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines
HVAC-Systems, welches das Ventil der gegenständlichen Erfindung verwendet;
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2 ist
eine perspektivische Darstellung wie 1, die teilweise
aufgeschnitten ist, um das Ventil der gegenständlichen Erfindung zu zeigen;
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3 ist
eine Querschnittsansicht des HVAC-Systems von 1 entlang
der Linie 3-3.
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4 ist
eine perspektivische Darstellung von der Unterseite des Ventils
kombiniert mit einem Abschnitt des HVAC-Systems;
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5 ist
eine perspektivische Darstellung von der Unterseite des Ventils,
die ein Paar Zahnstangen und eine gewellte hintere Kante des Films zeigt;
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6 ist
eine perspektivische Darstellung ähnlich 5, zeigt
jedoch Anschläge
zum Begrenzen einer Bewegung des Films; und
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7 ist
eine Draufsicht des Films, die die Ausgestaltung der optionalen Öffnungen
darin zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
Heizungs-, Lüftungs-
und Klimatisierungs (HVAC-)System ist allgemein in 1 gezeigt, wobei
das Gehäuse 20 teilweise
entfernt ist, um das Ventil der gegenständlichen Erfindung zu zeigen.
Typischerweise ist das Gehäuse 20 aus
einem Harz hergestellt und etwa zentral in dem Fahrzeug (nicht gezeigt)
hinter einem Armaturenbrett in dem Fahrgastraum befestigt. Das Gehäuse 20 definiert
einen Luftdurchgang 54, der sich durch das gesamte Gehäuse 20 erstreckt,
um eine Luftströmung
durch das Gehäuse 20 zu
leiten. Das Gehäuse
umfasst einen Lufteinlass 56, um dem Luftdurchgang 54 Luft
zuzuführen.
Das Gehäuse 20 umfasst
auch einen oder mehrere Auslässe,
z. B. für
den Fahrgastraum und/oder zum Enteisen etc. Die Luftströmung wird durch
das Gehäuse 20,
d. h. durch den Luftdurchgang 54, zu den Auslässen geleitet.
Ein Ventilator (nicht gezeigt) ist an dem Gehäuse 20 befestigt,
um Luft durch den Luftdurchgang 54 zu bewegen. Das Gehäuse 20 kann
auch zusätzliche
Luftdurchgänge (nicht
gezeigt) definieren. Wenn das Gehäuse 20 zusätzliche
Luftdurchlässe
definiert, leiten die zusätzlichen
Luftdurchgänge
in Übereinstimmung
mit dem Luftdurchgang 54 auch eine Luftströmung durch
das Gehäuse 20.
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Unter
Bezugnahme auf 3 sind ein Verdampferblock 66 und
ein Heizungswärmetauscher 68 üblicherweise
in dieser Reihenfolge von einer oberstromigen Seite her im Inneren
des Gehäuses 20 angeordnet.
Der Verdampferblock 66 ist Teil eines üblichen Kühlkreises und wird als ein
Kühl-Wärmetauscher
verwendet, um eine Luftströmung
durch das Gehäuse 20 zu
kühlen.
Kältemittel
in dem Verdampferblock 66 wird verdampft, indem Wärme aus
der Luft, die durch den Luftdurchgang 54 strömt, aufgenommen
wird, sodass die durch den Verdampferblock 66 strömende Luft
gekühlt
wird. Der Heizungswärmetauscher 68 ist
ein in dem Gehäuse 20 getragener
Wärmetauscher
zum Austausch von Wärme mit
Luft, die durch den Luftdurchgang 54 strömt, d. h., Luft
im Inneren des Gehäuses 20 wird
durch Verwendung von hierdurch strömendem heißem Wasser (Motorkühlwasser)
als Wärmequelle
erwärmt.
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Das
Gehäuse 20 umfasst
eine Vielzahl der Auslässe
und ein Ventil mit einem Film 22 ist derart angeordnet,
dass es sich über
den Durchgang 54 erstreckt, um eine Luftströmung durch
die Auslässe nach
außen
zu steuern. Zwischen den Auslässen
ist eine Defrosteröffnung 58 mit
einem Defrosterkanal (nicht gezeigt) verbunden, sodass klimatisierte
Luft durch eine Defrosterdüse
(nicht gezeigt) an einem oberen Ende des Defrosterkanals in Richtung
einer Innenseite einer Windschutzscheibe (nicht gezeigt) des Fahrzeugs
geblasen wird. Ein Kanal für
das Gesicht (nicht gezeigt) ist mit einer Öffnung 60 für das Gesicht
verbunden, sodass klimatisierte Luft von einer Düse für das Gesicht (nicht gezeigt)
an einem oberen Ende des Kanals für das Gesicht in Richtung des
Oberkörpers
eines Insassen in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs geblasen wird.
Auch ist ein Kanal für
die Füße (nicht
gezeigt) mit einer Öffnung 62 für die Füße und Fußdüsen (nicht
gezeigt) verbunden, um klimatisierte Luft in Richtung des Fußbereiches
des Insassen in dem Fahrgastraum zu blasen. Die Fußdüsen sind
an den Enden von Verzweigungen (nicht gezeigt) des Kanals für die Füße an dem Gehäuse 20 vorgesehen.
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Der
Film 22 besitzt Seitenkanten und eine Öffnung 24, die zwischen
den Seitenkanten angeordnet ist. Der Film 22 umfasst vorzugsweise
eine Vielzahl der Öffnungen 24.
Ein Streifen 26 des Films 22 erstreckt sich linear
des Films 22 zwischen den Öffnungen 24. Die Streifen 26 können alle
im Wesentlichen dieselbe Größe aufweisen,
um eine Unterstützung
für den
Film 22 im Bereich der Öffnungen 24 bereitzustellen.
Alternativ können
einige der Streifen 26, wie in größerem Detail unten stehend
erläutert, breiter
als andere sein, um dort, wo es notwendig ist, eine zusätzliche
Unterstützung
für den
Film 22 vorzusehen.
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Jede Öffnung 24 in
dem Film 22 ist länglich mit
parallelen Seiten und abgerundeten Ecken. Wie unten stehend offensichtlich
wird, kann der Film 22 in einer gekrümmten Form gehalten werden,
die den Film 22 einer konstanten Biegespannung unterwirft. Des
Weiteren übt
die konstante Luftströmung
Kräfte auf
den Film 22 aus, die innere Spannungen verursachen. Die
abgerundeten Ecken verhindern, dass der Film 22 reißt, wenn
der Film 22 einer Spannung unterworfen ist. Die Verminderung
von Spannung reduziert das Reißen,
Brechen oder einen anderen mechanischen Defekt des Films 22.
Der Film 22 weist mindestens ein kreisförmiges Loch 28 in
dem Film 22 neben jeder Öffnung 24 darin auf,
das weiter Spannung abbaut, indem die Spannung von den Öffnungen 24 weg
gerichtet wird. Vorzugsweise ist eines der Löcher 28 neben jeder
der Ecken einer jeden Öffnung 24 angeordnet,
wobei ein Abschnitt eines jeden Loches 28 zwischen den
parallelen Seiten der Öffnung 24 angeordnet
ist. Anders ausgedrückt,
die Löcher 28 überlappen
zumindest teilweise die Öffnungen 24 in
der linearen Richtung des Films 22. Die Position der Löcher 28 minimiert
Geräusche,
da die Biegespannung an dem Film 22 verändert ist. Unter Bezugnahme
auf 7 können
die Öffnungen 24 verschiedene
Längen
aufweisen, sodass die Spannung nicht entlang einer einzigen Achse
konzentriert ist, die durch die Enden der Öffnungen 24 verläuft. Ferner
können
die verschiedenen Längen
der Öffnungen 24 auf
Grund einer kundenspezifischen Anpassung vorhanden sein, die oft
erforderlich ist, um Leistungsziele zu erreichen wie z. B. ein gewünschtes
Luftströmungsprofil
zu erreichen ohne unannehmbare Geräuschpegel zu verursachen.
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Zusätzlich zu
den Öffnungen 24 kann
entweder die vordere Kante oder die hintere Kante eine weitere Öffnung 24 mit
dem Gehäuse 20 definieren, um
die Luftströmung
aus dem Durchgang 24 hinaus zu erleichtern. Dies lässt zu,
dass gewünschte
Luftverteilungen erreicht werden, ohne eine längere Länge des Films zu verwenden,
die dem HVAC-System Kosten hinzufügt. Des Weiteren würde die
Verwendung eines zusätzlichen
Films 22 zusätz lich
Zeit erfordern, um den Film 22 zu positionieren, um das
gewünschte
Luftströmungsprofil
zu erreichen.
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Die
Kanten des Films 22 sind durch die Seiten eines Rahmens
in dem Gehäuse 20 getragen. Der
Rahmen umfasst eine Vielzahl von parallelen und beabstandeten Rippen 30,
die mit den Streifen 26 zwischen den Öffnungen 24 in Eingriff
stehen, um den Film 22 zu tragen. Damit die Größe des Gehäuses 20 kompakt
gemacht werden kann, erstrecken sich der Tragrahmen und der Film 22 entlang
einer Krümmung,
wobei sich der Film 22 linear auf einem gebogenen oder
gekrümmten
Weg bewegt. Vorzugsweise ist die Krümmung zwischen flach und einem Radius
von 100 mm. Demgemäß ist der
Film 22 aus einem flexiblen Kunststoffmaterial wie z. B.
Polypropylen mit einer Dicke zwischen 0,001 und 0,03 Zoll und einem
Biegemodul zwischen 100 000 und 300 000 psi hergestellt. Alternativ
kann ein Polypropylen-Copolymer oder ein Harzmaterial wie z. B.
PTFE (Polytetrafluorethylen) verwendet werden, das flexibel ist
und einen geringen Reibungswiderstand aufweist. Ein Elastomer mit
einer geeigneten Steifigkeit kann ebenfalls verwendet werden.
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Der
Film 22 umfasst eine vordere Kante, die sich zwischen den
Seitenkanten erstreckt, und eine hintere Kante, die sich zwischen
den Seitenkanten erstreckt. Um eine Bewegung des Films 22 zu
erleichtern, die Flexibilität
des Films 22 zu erhöhen
und Lärm
zu reduzieren, kann zumindest eine von der vorderen Kante und der
hinteren Kante gewellt sein 32, wie in 5 gezeigt.
Die Wellung 32 kann ein kontinuierlicher Bogen in der Form
einer Welle oder gezackt in der Form einer Vielzahl von Spitzen
sein.
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Ein
Mechanismus zum linearen Bewegen des Films 22 umfasst mindestens
eine Zahnstange 34, die sich entlang des Films 22 erstreckt
und Zähne 36 aufweist,
die daran entlang angeordnet sind. Die Zähne 36 kön nen profilförmig oder
nicht linear sein. Ein Paar von den Zahnstangen 34 ist
auf dem Film 22 in einer beabstandeten parallelen Beziehung
zueinander angeordnet und vom Zentrum des Films 22 in Richtung
der jeweiligen Seitenkanten des Films 22 beabstandet, um
den Film 22 zu stabilisieren, wenn der Film 22 bewegt
wird. Beide Zahnstangen 34 erstrecken sich linear entlang
der Krümmung
der Rippen 30 und des Films 22, wobei die Zahnstangen 34 starr
sind, um den flexiblen Film 22 auf einem gekrümmten und
linearen Weg oder Bogen zu tragen. Darüber hinaus ist jede Zahnstange 34 mit
einem der Streifen 26 des Films 22 zwischen benachbarten Öffnungen 24 ausgerichtet.
Die Streifen 26, die mit den Zahnstangen 34 ausgerichtet
sind, sind vorzugsweise breiter als die Streifen 26, die
von den Zahnstangen 34 beabstandet sind, um eine zusätzliche
Unterstützung
vorzusehen, um Kräften
standzuhalten, die durch die Zahnstangen 34 auf den Film 22 aufgebracht
werden. Jede Zahnstange 34 erstreckt sich entlang zumindest
eines Abschnitts eines der Streifen 26, wobei jede Zahnstange 34 einen
Streifen 26 überlappt,
d. h. koextensiv mit zumindest einem Abschnitt einer jeden Zahnstange 34 und
ihrem zugehörigen
Streifen 26 ist. Die Zahnstangen 34 können mit einem
Klebstoff, durch Heat-Staking oder durch ein/e mechanische/s Befestigungselement
oder -verbindung an dem Film 22 befestigt sein. Das mechanische
Befestigungselement kann im Spezielleren als ein schlüssellochartiges
Merkmal in dem Film 22 definiert sein, das einen breiten
Abschnitt (nicht gezeigt) und einen schmalen Abschnitt (nicht gezeigt)
umfasst. Die Zahnstangen 34 umfassen einen Vorsprung, der
klein genug ist, um in den breiten Abschnitt, nicht jedoch in den
schmalen Abschnitt zu passen. Die mechanische Verbindung wird erreicht, indem
der Vorsprung in den breiten Abschnitt eingesetzt wird und der Vorsprung
in den schmalen Abschnitt hinein geschoben wird. Alternativ können die Zahnstangen 34 einteilig
mit dem Film 22 gebildet sein. Das Paar von Zahnstangen 34 und
die Positionierung der Zahnstangen 34 auf dem Film 22 erlauben
eine flexible tech nische Ausführung
der Öffnungen 24,
sowohl in Bezug auf die Geometrie der Öffnungen 24 als auch
was die Position der Öffnungen 24 innerhalb
des Films 22 betrifft. Da es bei verschiedenen HVAC-Systemen
oft erforderlich ist, dass solch eine technische Ausführung übermäßigen Lärm beseitigt
und eine gewünschte
Luftströmung
erzielt, ist der Mechanismus, der die Zahnstangen 34 verwendet,
auf einem weiten Gebiet von HVAC-Systemen
von Nutzen. Die gleiche Zahnstange 34 kann in allen Systemen
verwendet werden.
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Ein
erstes Ritzel 38 und ein zweites Ritzel 38 sind
durch eine Welle 40 angetrieben, die sich zwischen den
Ritzeln 38 erstreckt, sodass sie durch das Gehäuse 20 für eine Drehung
um die Achse der Welle 40 drehbar getragen ist. Die Ritzel 38 stehen
mit den Zähnen 36 der
Zahnstangen 34 in Eingriff, um die Zahnstangen 34 und
den Film 22 linear zu bewegen. Die Zähne 36 können auch
unter verschiedenen Abständen
von dem Film 22 entlang der Länge der Zahnstangen 34 beabstandet
sein, um eine weitere Steuerung der Positionierung des Films 22 innerhalb des
HVAC-Systems zuzulassen. Die Welle 40 kann durch eine Getriebe-
und Motoranordnung 42 wie im Stand der Technik gut bekannt
oder durch andere Mechanismen wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Seilantriebsvorrichtungen
(nicht gezeigt) gedreht sein.
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Jede
Zahnstange 34 umfast eine Halterung, die durch ein Band 44 und
ein Auflageelement 46 definiert, um das Ritzel 38 in
Eingriff mit den Zähnen 36 zu
halten. Im Spezielleren verhindern das Band 44 und das
Auflageelement 46, dass das Ritzel 38 sich von
den Zähnen 36 löst, wenn
die Luftströmung Druck
auf den Film 22 ausübt
oder wenn eine Vibration verursacht wird. Das Band 44 bietet
eine Auflagefläche 48,
die von den Zähnen 36 beabstandet
ist und sich parallel zu diesen erstreckt. Das Auflageelement 46 ist
kreisförmig
und steht vorzugsweise in rollendem Ein griff mit der Auflagefläche 48,
wenn es sich mit der Welle 40 und den Ritzeln 38 dreht.
Das Auflageelement 46 und das Band 44 sind entlang
einer Seite des Ritzels 38 und der Zähne der 36 zugehörigen Zahnstange 34 angeordnet.
Die Auflagefläche 48 definiert
denselben Weg wie die Zähne 36, sodass,
wenn das Auflageelements 46 entlang der Auflagefläche 48 rollt,
das Ritzel 38 in Position mit den Zähnen 36 gehalten wird.
Infolgedessen wird verhindert, dass das Ritzel 38 gegen
die Zähne 36 drückt, was
zu übermäßigem Lärm führt und
den Ventil-Wirkungsgrad verringert, z. B. einen Betrag eines Drehmoments
erhöht,
das erforderlich ist, um die Welle 40 zu drehen.
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Das
Auflageelement 46 und das Ritzel 38 umfassen ein
einziges integrales organisches Polymermaterial, wobei sich das
Auflageelement 46 von dem Ritzel 38 axial weg
erstreckt. Jede Zahnstange 34 umfasst einen Bundabschnitt,
der einteilig mit den Zähnen 36 und
entlang von diesen angeordnet ist. Der Bundabschnitt weist Enden 50 auf,
die das Band 44 integral verbinden, um das Band 44 und
einen Längsschlitz
an der Außenseite
und einen Anschlag 52 neben den Zähnen 36 zu definieren.
Die Zähne 36 der
Zahnstange 34 erstrecken sich von dem Anschlag 52 axial
weg, wobei eine axiale Bewegung des Ritzels 38 durch einen
Eingriff mit dem Anschlag 52 begrenzt ist. Die Zähne 36 und
das Band 44 umfassen ein einziges integrales organisches
Polymermaterial. Die Bewegung des Auflageelements 46 entlang
der Zahnstange 34 ist auch durch ein Eingreifen in die
Enden 50 des Längsschlitzes
begrenzt. Unter Bezugnahme auf 6 kann das
Gehäuse 20 auch Anschlagelemente 64 umfassen,
um die Bewegung des Films 22 zu begrenzen. Im Spezielleren
kann es wünschenswert
sein, dass zumindest eine der Zahnstangen 34 in Kontakt
mit dem jeweiligen Anschlagelement 64 tritt, das aus einem
Dämpfungsmaterial gebildet
sein kann, um die Bewegung des Films 22 zu begrenzen und
ein Geräusch
am Ende der Bewegung des Films 22 zu reduzieren, indem
ver hindert wird, dass das Ritzel 38 in das Ende 50 der
Zahnstange 34 eingreift.
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Auf
Grund des Vorhandenseins des Bundabschnitts mit dem Anschlag 52 kann
zumindest eines von dem Ritzel 38 oder dem Auflageelement 46 einen
konzentrischen Rücken
(nicht gezeigt) aufweisen, der neben dem Anschlag 52 angeordnet
ist. Der Rücken
minimiert einen Kontakt zwischen dem Ritzel 38 und dem
Anschlag 52 und dem Auflageelement 46 und der
Auflagefläche 48,
wobei der Kontakt andernfalls zu übermäßigem Lärm und Aufwand während der
Bewegung des Films 22 führen
kann.