DE102005001970B4

DE102005001970B4 - Klappenanordnung zum Steuern des Frisch- und Umluftzustroms

Info

Publication number: DE102005001970B4
Application number: DE200510001970
Authority: DE
Inventors: Klaus Arold
Original assignee: Individual
Current assignee: AROLD, KLAUS, 71069 SINDELFINGEN, DE
Priority date: 2005-01-15
Filing date: 2005-01-15
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2025-01-16
Also published as: DE102005001970A1

Abstract

Klappenanordnung zum Steuern des Frisch- und Umluftzustroms zu einem Lufteinlass (11) eines Gebläses, insbesondere für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, mit einer aus einer Umluft-Endstellung mit maximalem Umluftzustrom und minimalem Frischluftzustrom in eine Frischluft-Endstellung mit maximalem Frischluftzustrom und minimalem Umluftzustrom und umgekehrt kontinuierlich schwenkbaren Luftklappe (13) und mit einer in Frischluft-Endstellung der Luftklappe (13) in den Frischluftzustrom zu dessen Drosselung einschwenkbaren Staudruckklappe (14), wobei die Luftklappe (13) und die Staudruckklappe (14) eine gemeinsame Schwenkachse (20) aufweisen und die Luftklappe (13) in Form eines Zylindermantelabschnitts ausgebildet ist und die Staudruckklappe (14) in einer Deckungslage im Innern der Luftklappe angeordnet und von dieser vollständig abgedeckt ist und ein Koppelgetriebe vorgesehen ist, mittels dessen die Staudruckklappe (14) in einer Frischluft-Endstellung in Deckungslage mit der Luftklappe (13) gehalten ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung einer Abtriebswelle (16) eines Stellantriebs (15) die Staudruckklappe (14) in Deckungslage mit der Luftklappe (13) in einliegender Position mit der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappenanordnung zum Steuern des Frisch- und Umluftzustroms zu einem Lufteinlass eines Gebläses, insbesondere für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Belüftungsvorrichtung für den Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs ( DE 42 40 440 C1 ) ist in einem einem Gebläse vorgeordneten Ansauggehäuse eine Frischluftöffnung und eine Umluftöffnung vorhanden. Die Frischluftöffnung ist deckungsgleich auf einem Durchbruch aufgesetzt, der in einer den Fahrzeuginnenraum von dem Motorraum trennenden Stirnwand ausgebildet und an einem Frischluft-Zuführkanal angeschlossen ist. Die Umluftöffnung ist an der Unterseite des Ansauggehäuses zum Fußraum des Fahrzeuginnenraums hin weisend angeordnet. Eine im Ansauggehäuse schwenkbar gehaltene Luftklappe ist wechselweise vor die Frischluftöffnung und die Umluftöffnung schwenkbar, wobei am Ende der Schwenkbewegung jeweils die Umluftöffnung und die Frischluftöffnung bis zu 100% freigegeben werden, so dass dann ausschließlich Umluft oder ausschließlich Frischluft in das Ansauggehäuse einströmt.
Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit steigt der bei vollständig freigegebener Frischluftöffnung in das Ansaggehäuse einströmende Frischluftstrom stark an, so dass eine den Bedürfnissen der Fahrzeuginsassen angepasste Dosierung der Belüftung und/oder Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums nicht zufriedenstellend möglich ist.
Um dem zu begegnen, ist es bekannt, mit zunehmendem Staudruck im Frischluftzuführkanal zum Ansauggehäuse aufgrund anwachsender Fahrzeuggeschwindigkeit die Gebläsedrehzahl zu reduzieren. Weiterhin ist es z. B. aus der DE 44 14 036 A1 bekannt, zusätzlich zur Luftklappe eine sog. Staudruckklappe vorzusehen. Diese Staudruckklappe wird mittels eines Schrittmotors, der zusätzlich zu dem die Luftklappe verstellenden Schrittmotor eingesetzt wird, mehr oder weniger weit vor die von der Luftklappe vollständig freigegebene Frischluftöffnung geschwenkt und so der Staudruck reguliert.
Eine weitere Klappenanordnung zum Steuern des Frisch- und Umluftstroms ist aus der DE 198 32 337 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Klappenanordnung mit Luft- und Staudruckklappe zu schaffen, die zur Klappensteuerung nur einen einzigen Stellantrieb erfordert.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des einzigen Anspruchs gelöst.
Die erfindungsgemäße Klappenanordnung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung und Kopplung von Luftklappe und Staudruckklappe alle für die Einstellung verschiedener Umluft-/Frischluftverhältnisse erforderlichen Klappenstellungen folgerichtig mit demselben Stellantrieb gesteuert werden. Das hierzu eingesetzte, mechanische Koppelgetriebe ist konstruktiv einfach konzipiert und fertigungstechnisch kostengünstig zu realisieren. Es ist robust und wenig störanfällig.
Die Staudruckklappe ist so angeordnet, dass sie in ihrer Deckungslage von der Luftklappe vollständig abgedeckt ist, bezüglich des Luftstroms gesehen also in ihrer Deckungslage im ”Windschatten” der Luftklappe liegt. Alternativ ist es auch möglich, die Staudruckklappe nicht innerhalb der Luftklappe, sondern umgekehrt die Luftklappe innerhalb der Staudruckklappe anzuordnen, so das die Staudruckklappe in ihrer Deckungslage die Luftklappe gegenüber dem Frisch- oder Umluftstrom vollständig abdeckt.
Die Klappen sind haubenförmig mit zwei ebenen Seitenflächen und einer die beiden Seitenflächen miteinander verbindenden Haubenfläche ausgebildet, die die Form eines Zylindermantelabschnitts aufweist. In der Umluft-Endstellung oder Frischluft-Endstellung der Luftklappe überdecken die Klappen in etwa den halben Querschnitt des Lufteinlasses für das Gebläse.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 jeweils eine schematische Darstellung der Klappenanordnung in drei verschiedenen Schwenkstellungen zur Illustrierung ihrer Funktion,
4 ein Diagramm des Luftzustroms in Abhängigkeit vom Schwenkweg x der Luftklappe und vom Schwenkweg y der Staudruckklappe in der Klappenanordnung in 1 bis 3,
5 ausschnittweise eine perspektivische Draufsicht einer konstruktiven Ausführung der Klappenanordnung in 1 bis 3,
6 eine Seitenansicht der Klappenanordnung in Richtung Pfeil VI in 5 bei von der Abtriebswelle abgenommenem Stellantrieb.
Die in 1 bis 3 schematisiert und in 5 und 6 in einer realen Ausführung dargestellte Klappenanordnung dient zum Steuern eines Frischluftzustroms und eines Umluftzustroms zu einem Lufteinlass 11, der in einem in 1 bis 3 nur angedeuteten Ansauggehäuse 12 für ein Gebläse ausgebildet ist. Das Gebläse ist insbesondere Teil einer Heizungs- oder Klimaanlage für den Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, kann aber auch lediglich zur Belüftung des Fahrzeuginnenraums mit aus der Fahrzeugumgebung angesaugter Frischluft oder aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugter Umluft eingesetzt werden.
Die Klappenanordnung umfasst eine Luftklappe 13, die aus einer Umluft-Endstellung mit maximalem Umluftzustrom und minimalem Frischluftzustrom zum Lufteinlass 11 (1) in eine Frischluft-Endstellung mit maximalem Frischluftzustrom und minimalem Umluftzustrom zum Lufteinlass 11 (2) und umgekehrt kontinuierlich schwenkbar ist, wobei die Luftklappe 13 einen Schwenkweg x (1) durchläuft. Die Klappenanordnung weist weiterhin eine Staudruckklappe 14 auf, die während des Schwenkweges x der Luftklappe 13 von einer Rückstellkraft in Deckungslage mit der Luftklappe 13 gehalten wird und in der Frischluft-Endstellung der Luftklappe 13 (2) kontinuierlich um den Schwenkweg y aus ihrer Deckungslage herausschwenkbar ist, wobei sie zunehmend den von der Luftklappe 13 vollständig freigegebenen Frischluftzustrom zum Lufteinlass 11 drosselt (3).
Im Diagramm der 4 ist die Abhängigkeit der beiden Luftzuströme vom Schwenkweg x der Luftklappe 13 und vom Schwenkweg y der Staudruckklappe 14 graphisch dargestellt. Ausgehend von der Position mit maximalem Umluftzustrom zum Lufteinlass 11, in der die Luftklappe 13 mit in Deckungslage befindlicher Staudruckklappe 14 ihre in 1 dargestellte Position einnimmt, reduziert sich mit zunehmendem Stellweg x der Luftklappe 13 der Umluftzustrom und wächst der Frischluftzustrom zum Lufteinlass 11 in gleichem Maße an. In der in 2 dargestellten Position der Luftklappe 13 mit in Deckungslage sich befindlicher Staudruckklappe 14 hat die Luftklappe 13 den Schwenkweg x vollständig durchlaufen, und der Lufteinlass 11 ist vollständig von dem Umluftzustrom abgeschottet und zu 100% mit dem Frischluftstrom beaufschlagt. Falls aufgrund einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit der zu dem Lufteinlass 11 gelangende Frischluftzustrom zu groß ist, wird nunmehr die Staudruckklappe 14 kontinuierlich um den Schwenkweg y aus ihrer Deckungslage mit der Luftklappe 13 herausgeschwenkt, bis am Ende des Stellwegs y die Staudruckklappe 14 eine maximale Staudruckdrosselung bewirkt. In dieser Stellung hat die Staudruckklappe 14 ihre in 3 dargestellte Position eingenommen, während nach wie vor die Luftklappe 13 ihre in 2 eingenommene Position beibehalten hat.
Die beschriebene Steuerung der Klappen 13, 14 wird mittels eines einzigen Stellantriebs 15 (5 und 6) durchgeführt. Hierzu greift eine Abtriebswelle 16 eines Stellantriebs 15 über ein Koppelgetriebe 17 an den Klappen 13, 14 an. In 1 bis 3 ist der Stellantrieb 15 mit Koppelgetriebe 17 nur als Kasten 18 angedeutet, während in 5 und 6 eine konstruktive Realisierung des Koppelgetriebes 17 perspektivisch dargestellt ist. Von dem Stellantrieb 15 ist in 5 lediglich das Stellergehäuse 19 und die aus dem Stellergehäuse 19 herausgeführte Abtriebswelle 16 zu sehen. Üblicherweise nimmt das Stellergehäuse 19 einen elektrischen Stellmotor und ein Getriebe auf.
Wie 5 und 6 zeigen, sind die Luftklappe 13 und die Staudruckklappe 14 um eine gemeinsame Schwenkachse 20 schwenkbar und konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Staudruckklappe 14 im Innern der Luftklappe 13 angeordnet ist und von einer später noch eingehend beschriebenen Rückstellkraft mit einem Gegenanschlag 21 gegen einen an der Luftklappe 13 ausgebildeten Anschlag 22 (1 bis 3) angepresst und so in Deckungslage mit der Luftklappe 13 gehalten wird. Die beiden Klappen 13, 14 sind haubenförmig ausgebildet und überdecken jeweils mit ihrer Haubengrundfläche etwa den halben Querschnitt des Lufteinlasses 11. Die Luftklappe 13 weist zwei voneinander beabstandete Seitenflächen 131 und eine die beiden Seitenflächen 131 miteinander verbindende Haubenfläche 132 in Form eines Zylindermantelabschnittes auf. In gleicher Weise besitzt die Staudruckklappe 14 zwei voneinander beabstandete Seitenflächen 141 und eine die beiden Seitenflächen 141 miteinander verbindende Haubenfläche 142 in Form eines Zylindermantelabschnitts. Die in 5 und 6 dargestellte Position der beiden Klappen 13, 14 entspricht der in 2 dargestellten Klappenposition, in der der Frischluftzustrom zum Lufteinlass 11 von der Luftklappe 13 vollständig freigegeben ist und die Staudruckklappe 14 von der Rückstellkraft gegen den Anschlag 22 an der Luftklappe 13 gedrückt wird.
Wie 5 nur ausschnittweise zeigt, ist die Staudruckklappe 14 über ihre beiden Seitenflächen 141 drehfest auf einer Staudruckklappen-Welle 23 angeordnet, die in zwei Gleitlagern 24 aufgenommen ist, die an den beiden Seitenflächen 131 der Luftklappe 13 ausgebildet ist. In 5 ist nur ein Gleitlager 24 zu sehen. Die Luftklappe 13 ist ihrerseits mit ihren Gleitlagern 24 schwenkbar im Ansauggehäuse 12 gelagert.
Das Koppelgetriebe 17 weist einen auf der Abtriebswelle 16 drehfest sitzenden, zweiarmigen Antriebshebel 25, dessen einer Hebelarm 251 ein am Hebelarmende ausgebildetes erstes Zahnradsegment 26 trägt, sowie ein mit diesem Zahnradsegment 26 zusammenwirkendes zweites Zahnradsegment 27 auf, das fest mit der Luftklappe 13 verbunden ist. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das zweite Zahnradsegment 27 auf einer die Staudruckklappen-Welle 23 umschließenden Hülse 28 angeordnet, die mit dem Gleitlager 24 an der Seitenfläche 141 der Luftklappe 13 starr verbunden ist. Wie 6 zeigt, kämmen die beiden Zahnradsegmente 26, 27 im Schwenkweg x der Luftklappe 13. Dreht die Abtriebswelle 16 in 6 entgegen Uhrzeigersinn, so wird der Antriebshebel 25 entgegen Uhrzeigersinn geschwenkt, und das Zahnradsegment 26 treibt das zweite Zahnradsegment 27 im Uhrzeigersinn an, wodurch die Luftklappe 13 mit einliegender Staudruckklappe 14 in ihre in 1 dargestellte Position überführt wird. Wird in letztgenannter Position der Luftklappe 13 die Drehrichtung der Abtriebswelle 16 umgekehrt, so wird durch den nunmehr invers schwenkenden Antriebshebel 25 und dessen Zahnradsegment 26 das zweite Zahnradsegment 27 entgegen Uhrzeigersinn angetrieben, und dieses schwenkt die Luftklappe 13 mit einliegender Staudruckklappe 14 in die in 2 dargestellte Position zurück.
Das Koppelgetriebe 17 weist ferner einen mit der Staudruckklappen-Welle 23 drehfest verbundenen, zweiarmigen Schwenkhebel 29 auf, dessen einer Hebelarm 291 am wellenfernen Ende einen Führungszapfen 30 trägt und an dessen anderem Hebelarm 292 eine als Zugfeder ausgebildete Rückstellfeder 34 angreift, die die eingangs erwähnte Rückstellkraft erzeugt, um die Staudruckklappe 14 mit deren Gegenanschlag 21 an dem Anschlag 22 der Luftklappe 13 zu halten. Das Koppelgetriebe 17 weist ferner einen Koppelhebel 31 auf, der mit seinem einen Ende im Gelenkpunkt 32 an dem zahnradsegmentfernen anderen Hebelarm 252 des Antriebshebels 25 angelenkt ist und in seinem gelenkpunktfernen Bereich mit einem Langloch 33 versehen ist, in dem der Führungszapfen 30 des Schwenkhebels 29 geführt ist. Der Koppelhebel 31 ist so geformt und das Langloch 33 so im Koppelhebel 31 integriert, dass beim Drehen der Abtriebswelle 16 in 6 im Uhrzeigersinn der Koppelhebel 31 den Schwenkhebel 29 im Uhrzeigersinn gegen die Kraft der Rückstellfeder 34 schwenkt und so über die Staudruckklappen-Welle 23 die Staudruckklappe 14 aus ihrer Deckungslage im Windschatten der Luftklappe 13 zunehmend in den Frischluftstrom hineinschwenkt, bis in der in 3 dargestellten Position der Staudruckklappe 14 der Frischluftstrom zum Lufteinlass 11 maximal gedrosselt ist.
Bei dem beschriebenen Ausschwenken der Staudruckklappe 14 aus der Luftklappe 13 ist zwischen dem Antriebshebel 25 und der Luftklappe 13 eine Kulissenführung 35 wirksam, die die Luftklappe 13 in ihrer in 2, 5 und 6 dargestellten Frischluft-Endstellung hält.
Wie aus 5 und 6 zu erkennen ist, umfasst die Kulissenführung 35 einen Kulissenstein 36, der auf einem drehfest auf der Abtriebswelle 16 sitzenden Kulissenhebel 37 angeordnet ist und eine Kulisse 38 mit zwei Kulissenästen 381, 382, die an einer drehfest mit der Luftklappe 13 verbundenen Kulissenscheibe 39 ausgebildet ist. Der in 6 obere Kulissenast 381 verläuft konzentrisch zur Abtriebswelle 16, während der sich vom oberen Kulissenast 381 fortsetzende untere Kulissenast 382 eine endseitige Öffnung 383 aufweist, über die der Kulissenstein 36 aus der Kulisse 38 auszutreten bzw. wieder in die Kulisse 38 einzutreten vermag. Wird – wie vorstehend bereits beschrieben – die Abtriebswelle 16 vom Stellantrieb 15 entgegen Uhrzeigersinn in 6 angetrieben und dadurch die Luftklappe 13 in ihre in 1 dargestellte Position verschwenkt, so tritt der Kulissenstein 36 nach kurzem Schwenkweg aus dem Kulissenast 382 aus. Wird durch Umkehrung der Drehrichtung der Abtriebswelle 16 die Luftklappe 13 wieder in ihre in 2 dargestellte Position zurückgeschwenkt, so tritt kurz vor Ende der Schwenkbewegung der Kulissenstein 36 in den unteren Kulissenast 382 ein und verschiebt sich hin zum oberen Kulissenast 381, ohne in diesen einzudringen (6). Wird nunmehr diese Drehrichtung der Abtriebswelle 16 im Uhrzeigersinn beibehalten und der Antriebshebel 25 weiter im Uhrzeigersinn geschwenkt, wodurch – wie bereits zuvor beschrieben – die Staudruckklappe 14 aus ihrer Deckungslage in der Luftklappe 13 herausbewegt wird, verschiebt sich der Kulissenstein 36 in dem oberen Kulissenast 381 nach oben und hält, da dieser Kulissenast 381 konzentrisch zur Abtriebswelle 16 verläuft, die Luftklappe 13 in ihre in 2, 5 und 6 dargestellten Position.
Um einen noch größeren Regelbereich für die Staudruckregelung zu erhalten, kann zusätzlich vorgesehen werden, dass das Gebläse in Abhängigkeit von dem Schwenkweg x der Luftklappe 13 so gesteuert wird, dass mit zunehmender Verschwenkung der Luftklappe 13, also mit zunehmendem Stellweg x der Luftklappe 13 aus ihrer in 2 dargestellten Position heraus, die Gebläsedrehzahl reduziert wird.

Claims

Klappenanordnung zum Steuern des Frisch- und Umluftzustroms zu einem Lufteinlass (11) eines Gebläses, insbesondere für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, mit einer aus einer Umluft-Endstellung mit maximalem Umluftzustrom und minimalem Frischluftzustrom in eine Frischluft-Endstellung mit maximalem Frischluftzustrom und minimalem Umluftzustrom und umgekehrt kontinuierlich schwenkbaren Luftklappe (13) und mit einer in Frischluft-Endstellung der Luftklappe (13) in den Frischluftzustrom zu dessen Drosselung einschwenkbaren Staudruckklappe (14), wobei die Luftklappe (13) und die Staudruckklappe (14) eine gemeinsame Schwenkachse (20) aufweisen und die Luftklappe (13) in Form eines Zylindermantelabschnitts ausgebildet ist und die Staudruckklappe (14) in einer Deckungslage im Innern der Luftklappe angeordnet und von dieser vollständig abgedeckt ist und ein Koppelgetriebe vorgesehen ist, mittels dessen die Staudruckklappe (14) in einer Frischluft-Endstellung in Deckungslage mit der Luftklappe (13) gehalten ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung einer Abtriebswelle (16) eines Stellantriebs (15) die Staudruckklappe (14) in Deckungslage mit der Luftklappe (13) in einliegender Position mit der Luftklappe (13) in einer ersten Drehrichtung dieser Klappen von der Frischluft-Endstellung bis zur Umluft-Endstellung schwenkbar ist und ausgehend von der Frischluft-Endstellung der Luftklappe (13) bei Drehung der Abtriebswelle (16) in eine zweite, invers zur ersten Drehrichtung gerichtete Drehrichtung die Staudruckklappe (14) aus ihrer Deckungslage bis zum maximalen Drosseln des Frischluftstroms herausschwenkbar ist.