DE19716229C2 - Vorrichtung für eine Stellgliedersteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Stell­ gliedersteuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Bauart ist als Teil einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage zur Betätigung von Luftregulier­ klappen bekannt.

Die Drehhebelmechanismen zur Klappenverstellung werden hierbei über zwei gemeinsam verdrehbare Kurvenscheiben betätigt. Hierzu dient ein Betätigungsglied in Form einer Stellwelle, auf der beide Kurvenscheiben drehfest sitzen. Diese Stellwelle kann manuell oder über geeignete Stellvorrichtungen, wie elektrische Stellmotoren oder druckmediumbetätigte Stellantriebe, parameterabhängig verdrehbar sein.

Bei Vorhandensein von wenigstens drei anzusteuernden Regu­ lierklappen ist hierbei die eine Kurvenscheibe zur entspre­ chenden Betätigung von zwei Regulierklappen mit nur einer Kurvenbahn ausgestattet, welch letztere mit je einem Folge­ glied der entsprechenden Hebelmechanismen in Eingriff ist.

Aus der koaxialen Zuordnung der Kurvenscheiben auf der Stellwelle resultieren Nachteile. Je nach Verlauf der Kurvenbahnen kann die Stellwelle im Bereich der die Kurven­ scheiben enthaltenden Ebenen auf Torsion derart beansprucht werden, dass sich daraus unerwünscht grosse Abweichungen in der Stellung der Regulierklappen zueinander ergeben können (Hysterese).

Je nach Bauart des die Betätigungsvorrichtung aufnehmenden Teils des Verteilergehäuses entsprechender Klimaanlagen kann es ausserdem notwendig sein, die Kurvenscheiben in verschiedenen Gehäuseräumen unterzubringen bzw. an einander gegenüberliegenden Seiten einer Gehäusewand anzuordnen. Dies zwingt dazu, die Stellwelle durch Gehäuseräume bzw. Wände des Verteilergehäuses hindurchzuführen.

Je nach Gehäuseaufbau ergibt sich dadurch ein hoher Monta­ geaufwand für den Einbau der Betätigungsvorrichtung bei entsprechend grosser Bautiefe. Die Luftumströmung der Stellwelle kann dabei zu unerwünschten Luftgeräuschen führen.

Insbesondere bei geteiltem Gehäuse, dessen üblicherweise aus Kunststoff bestehenden Gehäusehälften in der Regel mittels Clipsverbindungen zueinander festzulegen sind, ist dabei nicht auszuschliessen, dass durch geringfügige Verlagerungen der Gehäusehälften zueinander durch die in diesen vorgesehenen Wellenlagern die Stellwelle bzw. die Betätigungsvorrichtung dadurch schwergängig werden kann.

Aus der DE 33 29 791 A1 ist eine motorische Ansteuerung einer Drosselklappe bekannt. Dies erfolgt über zwei achsparallel nebeneinander gelagerte und über Außenverzahnungen miteinander kämmende Kurvenscheiben, von denen die eine auf der Welle der Drosselklappe sitzt, während die andere mittelbar, nämlich über ein zusätzliches Zahnradgetriebe verdrehbar ist. Für die Ansteuerung der Drosselklappen sind insgesamt vier Zahnräder erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass mit ihr die Regulierklappen variabel antreibbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung ermöglicht somit eine voneinander unabhängige Lagerung der Kurvenscheiben in einer gemeinsamen Ebene, so dass sie sich z. B. an der gleichen Seite eines entsprechenden Trägers, beispielsweise einer Wand eines Verteilergehäuses einer Klimaanlage, speziell lagern und entsprechend leicht anbauen lassen, ohne dazu mit einem Lagerteil einander gegenüberliegende Gehäusewände durchdringen zu müssen. Es sind somit auch in besonders vorteilhafter Weise Voraussetzungen für eine prozeßsichere bzw. maschinelle Montage der Betätigungsvorrichtung geschaffen.

Durch die gegenseitige, formschlüssige Drehverbindung der Kurvenscheiben über Verzahnungen lässt sich ein Höchstmaß an Präzision ihrer Drehbewegungen sicherstellen, so dass sich ein Optimum an Stellgenauigkeit anzusteuernder Regulierklappen bzw. eine erheblich verbesserte Hysterese erzielen lassen. Schliesslich zeichnet sich die erfindungsgemässe Konstruktion durch eine besonders geringe Bautiefe aus.

Dabei ist aus DE 195 31 248 A1 bereits eine Klappenkinematik für Luftregulierklappen bekannt, bei der die Klap­ peneinstellung über miteinander kämmende Zahnräder bewerk­ stelligt ist. Auf der Welle einer anzusteuernden Regulier­ klappe sitzt drehfest eine Betätigungsscheibe, die im Winkelabstand von 90° mit randoffenen Eingriffsschlitzen ausgestattet ist.

Jedem Eingriffsschlitz ist ein Schaltnocken zugeordnet, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung der Betätigungsscheibe mit dem Eingriffsschlitz zur Durchführung einer 90°-Scheibendrehung in Eingriff kommt.

Die Schaltnocken sind dabei an jeweils einem der beiden Zahnräder angeordnet, so dass diese zusammen mit der Betä­ tigungsscheibe einen Schrittschaltmechanismus bilden.

Diese Konstruktion arbeitet nicht mit Steuerkurven, gestattet demzufolge keine stufenlose Klappeneinstellung und benötigt bereits für eine Regulierklappe ein Zahnradpaar sowie für jede weitere anzusteuernde Regulierklappe jeweils ein Zahnrad und eine Betätigungsscheibe mehr.

Neben erheblichem technischen Aufwand erfordert diese Klappenkinematik im Falle einer Vielzahl von mit Regulier­ klappen auszustattenden Luftführungskanälen zumindest im Bereich der Betätigungsvorrichtung einen parallelen Kanal­ verlauf, was wiederum auf Kosten der Gestaltungsfreiheit bei der Konzeption des Anlagengehäuses geht.

Erfindungsgemäß sind die Verzahnungen an den Kurvenscheiben vorgesehen, was besondere herstellungstechnische Vorteile bietet, da in diesem Falle z. B. auf eine besondere Ausgestaltung der Kurvenscheiben mit an diesen stirnseitig zusätzlich vorzusehenden Zahnkränzen verzichtet werden kann.

Sind mittels der Betätigungsvorrichtung beispielsweise drei oder vier Regulierklappen in einer gewünschten Einsatzfolge anzusteuern, ist eine Antriebsverbindung der beiden Kurven­ scheiben ausreichend, deren Zahnkränze miteinander permanent kämmen. Im Falle von vier anzusteuernden Regulierklappen können dann beide Kurvenscheiben jeweils mit zwei Steuerkurven ausgestattet sein.

Eine Alternative für den gegenseitigen Antrieb der Kurven­ scheiben ist Gegenstand des Anspruches 2. Eine solche Antriebsverbindung der beiden Kurvenscheiben kann u. U. durch die spezielle Geometrie des Gehäuses einer Klimaanlage oder durch die besondere räumliche Zuordnung von mit Regulierklappen zu bestückenden Luftkanälen notwendig werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gemäss Anspruch 3 möglich, indem sich die Betätigungsvor­ richtung beispielsweise vor deren Einbau in eine Klimaanlage zu einer Baueinheit komplettieren und diese als Ganzes montieren lässt. Dabei bietet es sich an, gemäss Anspruch 4 kurvenbetätigte Teile der Drehhebelmechanismen gleichfalls in die Baueinheit zu integrieren.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stark schematisiert dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine Kraftfahrzeug- Klimaanlage, deren Gehäuse beispielsweise mit drei mit Regulierklappen ausgerüsteten Luftaustrittsdüsen ausgestattet ist, zur Veranschaulichung der Einbaulage der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung;

Fig. 2: eine Vorderansicht der als Baugruppe in das Gehäuse der Klimaanlage einbaubaren Betätigungsvorrichtung, in grösserem Maßstab als in Fig. 1;

Fig. 3: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Regulierklappenbewegungen über einen Drehwinkel von 360° der die Kurvenscheiben verdrehenden Stellwelle der Betätigungsvorrichtung.

Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Klimaanlage wird beispielsweise in Personenkraftfahrzeugen zwischen Fahrer- und Beifahrersitz unterhalb des Armaturenbrettes installiert und weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse auf. Dasselbe ist beispielsweise mit drei Luftaustrittskanälen 12, 14, 16 ausgestattet, die jeweils mit einer Regulier­ klappe 18 bzw. 20 bzw. 22 ausgerüstet sind.

Der Luftaustrittskanal 12 bildet z. B. eine Defrosterdüse, der Luftaustrittskanal 14 eine Belüftungsdüse für Kalt- oder Warmluft und der Luftaustrittskanal 16 eine seitlich in den Fussraum der Fahrgastzelle einmündende Belüftungsdüse für Kalt- oder Warmluft. 17 bezeichnet einen Verdampfer und 19 eine Heizvorrichtung der Klimaanlage.

Sämtliche Regulierklappen 12, 14, 16 sind jeweils um eine gehäusefeste Schwenkachse 24 bzw. 26 bzw. 28 mittels einer als Ganzes mit 30 bezeichneten Betätigungsvorrichtung gleichzeitig in gewünschte, aufeinander abgestimmte Regu­ lierpositionen verschwenkbar.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sollen durch sie beispielsweise die Belüftungsdüsen 14 und 16 zum gleichen Zeitpunkt maximal schliessbar sein, während zugleich die Defrosterdüse 12 ihren maximalen Durchlassquerschnitt haben soll. Eine solche, aufeinander abgestimmte Regulierklappen­ steuerung erfolgt über durch die Betägigungsvorrichtung 30 aktivierbare und als Ganzes mit 32 bzw. 34 bzw. 36 bezeich­ nete Drehhebelmechanismen.

Jeder dieser Drehhebelmechanismen 32, 34, 36 wird, wie insbesondere Fig. 2 deutlich zeigt, durch eine Steuerkurve 38 bzw. 40 bzw. 42 gesteuert, die über eine Stellwelle 44 als gemeinsames Betätigungsglied um jeweils eine Achse 46 bzw. 48 verlagerbar sind. Die Verstellung dieser Stellwelle 44 kann manuell oder selbsttätig parametergesteuert erfol­ gen.

Die Steuerkurven 38, 40, 42 sind Bestandteil von zwei Kurvenscheiben 50 und 52, die parallelachsig auf der glei­ chen Flachseite einer Montageplatte 54 gemeinsam verdrehbar gelagert sind.

Aufgrund der gehäuseseitigen Zuordnung der Luftaustrittska­ näle 12, 14 am Gehäuse 10 konnten dabei die deren Regulier­ klappen 18, 20 steuernden Steuerkurven 38, 40 gemeinsam in die Kurvenscheibe 50 als jeweils geschlossene Kurvenbahn exzentrisch eingeformt werden, so dass für alle Regulier­ klappen 18, 20, 22 mit nur zwei Kurvenscheiben 50, 52 auszukommen war.

Die Antriebsverbindung der Kurvenscheiben 50, 52 ist mittels vorzugsweise an deren Aussenumfang angeformten Zahnkränzen 56 und 58 bewerkstelligt, die miteinander kämmen.

In Fällen anderer Gehäusegeometrien kann u. U. ein Achsab­ stand der Kurvenscheiben 50, 52 notwendig sein, der über den Scheibendurchmesser nicht mehr kompensierbar ist. In diesem Falle lässt sich dann zwischen beide Kurvenscheiben 50, 52 wenigstens ein Zahnrad zwischenschalten, wobei aufgrund der sich dadurch ändernden Drehrichtung der Steuerscheibe 52 eine andere Auslegung der Steuerkurve 42 notwendig ist.

Jeder Drehhebelmechanismus 32, 34, 36 bildet einen doppel­ armigen, plattenseitig angelenkten Hebel, dessen einer Hebelarm 32' bzw. 34' bzw. 36' mit der zugeordneten Steuer­ kurve 38 bzw. 40 bzw. 42 in Eingriff ist.

Der zur Steuerung der Regulierklappe 18 vorgesehene Doppel­ hebel 32 wirkt mit seinem anderen Hebelarm 32", an den ein Zahnsegment 33 angeformt ist, unmittelbar mit einem auf der Klappenschwenkachse 24 drehfest sitzenden Gegenzahnsegment 35 zusammen. Die beiden anderen Doppelhebel 34 und 36 wirken mit deren Hebelarm 34" bzw. 36" über jeweils eine an diesem angelenkte Verbindungslasche 60 bzw. 62 mit der zugeordneten Regulierklappe 20 bzw. 22 zusammen.

Sämtliche Komponenten der Betätigungsvorrichtung 30 lassen sich auf die Montageplatte 54 vormontieren. Die dadurch zustandekommende Baueinheit lässt sich danach als Ganzes gegebenenfalls maschinell in das Gehäuse 10 einbauen, wonach lediglich noch die an den Regulierklappen 22 angelenkten Verbindungslaschen 60 und 62 an die Hebelarme 34" bzw. 36" anzulenken sind.

Der Achsabstand der beiden Kurvenscheiben 50, 52 kann mit hoher Genauigkeit eingehalten werden. Das Spiel zwischen den Zahnflanken ihrer beiden Zahnkränze 56 und 58 lässt sich dadurch auf einem Kleinstwert halten. Dies gewährleistet ein hohes Maß an Stellgenauigkeit von aufeinander abzustimmenden Klappenschwenkbewegungen.

Die Ausbildung der Steuerkurven 38, 40, 42 als geschlossene Kurvenbahnen erlaubt eine 360°-Drehung der Stellwelle 44.

Die spezielle Zuordnung von wenigstens zwei Kurvenbahnen 38, 40 an wenigstens einer der Kurvenscheiben 50 bzw. 52 ermög­ licht dabei über die volle Umdrehung (360°) dieser Kurven­ scheiben kundenspezifisch den gewünschten Zeitpunkt und den Drehwinkel von gegenseitigen Bewegungen der Regulierklappen 18, 20 festzulegen, wie dies aus dem Klappenbewegungsdia­ gramm der Fig. 3 ersichtlich ist.

Es ist klar, dass sich die erfindungsgemässe Betätigungsvor­ richtung nicht nur auf Klima- bzw. Heizungs- und Belüftungs­ anlagen für Kraftfahrzeuge beschränkt. Ihre Verwendung ist vielmehr auch in anderen Systemen mit einer Vielzahl von Stellgliedern denkbar.

Claims (5)

1. Vorrichtung für eine Stellgliedersteuerung für Luftströme bei Kraftfahrzeugen, mit zwei achsparallel nebeneinander gelagerten, durch ein Betätigungsglied (Stellwelle) gemeinsam verdrehbaren und über Außenverzahnungen miteinander kämmenden Kurvenscheiben zur Ansteuerung einer Regulierklappe, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben durch stirnseitig jeweils wenigstens eine Steuerkurve (38 bzw. 40, 42) tragende, rotations­ symmetrische Zahnräder (50, 52) gebildet sind, von denen das eine durch das Betätigungsglied (44) verdrehbar ist und dass durch die Steuerkurven (38 bzw. 40, 42) mittels jeweils eines ihrer Kurvenfläche folgenden Drehhebel­ mechanismus (32 bzw. 34, 36) jeweils eine Regulierklappe (18 bzw. 20, 22) verschwenkbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen den Kurvenscheiben (50, 52) mindestens ein mit deren Zahnkränzen (56, 58) kämmendes Zwischenrad (-) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben (50, 52) und gegebenenfalls ein oder mehrere diesen zugeord­ nete Zwischenräder (-) auf einer gemeinsamen Montage­ platte (54) gelagert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Kurvenscheiben (50, 52) zusammenwir­ kenden Drehhebelmechanismen (32, 34, 36) an der die Kurvenscheiben (50, 52) und gegebenenfalls Zwischenrä­ der (-) tragenden Seite der Montageplatte (54) ange­ lenkt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kurven­ scheiben (50 bzw. 52) wenigstens zwei Steuerkurven (38, 40) zur gegenseitig stellungsabhängigen Ansteuerung ei­ nes Paares von Stellgliedern (18, 20) aufweist.