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Die Erfindung betrifft eine Luftzirkulationsvorrichtung, ein Fahrzeug mit einer Luftzirkulationsvorrichtung, ein Verfahren zur Luftzirkulation und eine Steuerungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Derzeit wird eine Klimatisierung und somit eine Luftzirkulation in Kraftfahrzeugen insbesondere durch eine große Anzahl von Abluftöffnungen realisiert, die je nach Temperatursollwert eine bestimmte Luftmenge mit einer bestimmten Temperatur ausblasen. Hierdurch muss insbesondere bei hohen Außentemperaturen und bei äußerer Sonneneinstrahlung eine große Luftmenge mit kalter Temperatur und starkem Luftimpuls insbesondere in die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs eingeblasen werden. Die Abluftöffnungen sind insbesondere erforderlich, da im Falle eines Unfalls ein durch Airbags entstehender schlagartiger Überdruck mittels der Abluftöffnungen ausgeglichen werden muss. Durch die Zuluftauslässe, erfolgt somit ein ständiges Einblasen entsprechend temperierter Zuluft in die Fahrgastzelle, wobei diese entsprechend schnell, insbesondere unkontrolliert und/oder ungeregelt durch die Abluftöffnungen aus der Fahrgastzelle abgeführt wird.
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Mit anderen Worten wird bei der Fahrt ein mehr oder weniger hoher Unterdruck in Abhängigkeit zur Geschwindigkeit erzeugt. Das heißt, dass insbesondere mit zunehmender Geschwindigkeit der Unterdruck zunimmt bzw. der atmosphärische Druck abnimmt. Der Unterdruck wird insbesondere im Radhaus und Unter-Randseite der Türen gebildet und gelangt insbesondere hierüber in eine Fahrgastzelle. Mit anderen Worten wird ein Unterdruck in der Fahrgastzelle erzeugt, welcher von den Insassen als unangenehm empfunden wird. Des Weiteren erfordern die Lüftungskanäle sehr viel wertvollen Bauraum nicht nur im vorderen Instrumententafelbereich, sondern auch im hinteren Fahrzeugbereich.
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Durch die nicht gewollten hohen Fortluftmengen, muss sehr viel Frischluft in die Fahrgastzelle eingebracht werden, um ein einigermaßen erträgliches Klima in der Fahrgastzelle zu erreichen. Durch die ständige Zirkulation und Produktion von temperierter Zuluft durch die Klimaanlage bzw. Luftzirkulationsvorrichtung ist auch eine entsprechende Energiekapazität erforderlich, so dass insbesondere Elektrofahrzeuge beim Betreiben der Klimaanlage schnell wieder aufgeladen werden müssen bzw. ihre Reichweite durch ein Betreiben der Klimaanlage begrenzt wird. Die Dauerbelastung liegt bei moderaten Temperaturen, beispielsweise 20°C bei ca. 500 Watt und steigt bei niedrigeren oder höheren Temperaturen deutlich an. Hierbei kann der Energieverbrauch bei größer 5 Kilowatt liegen. Hinzu kommt, dass im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen bei Elektrofahrzeugen deutlich weniger nutzbare Abwärme zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums bzw. der Fahrgastzelle vorhanden ist.
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Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft Luftzirkulationsvorrichtungen zum Einsatz kommen, die ein Energie sparen und für ein Wohlbefinden der Insassen in der Fahrgastzelle kombinieren, wobei im Falle eines plötzlichen Überdrucks ein entsprechend schnelles Abführen realisierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schafft eine Luftzirkulationsvorrichtung nach Anspruch 1, ein Fahrzeug mit einer Luftzirkulationsvorrichtung nach Anspruch 11, ein Verfahren zur Luftzirkulation nach Anspruch 13 und eine Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 14.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Luftzirkulationsvorrichtung eine Zelle mit zumindest einem Zuluftkanal zum Einführen von Luft in die Zelle, wobei mit einer in den Zuluftkanal eingebrachten Kühl- und/oder Heizvorrichtung eine Temperatur der Luft in der Zelle steuerbar ist. Ferner umfasst die Luftzirkulationsvorrichtung zumindest einen Abluftkanal und/oder zumindest ein Umluftkanal und/oder zumindest eine Abluftöffnung, wobei mit einem in den zumindest einen Abluftkanal eingebrachten Abluftmotor und/oder dem zumindest einen Umluftkanal die Luft durch den zumindest einen Abluftkanal und/oder die zumindest eine Abluftöffnung abführbar ist, und wobei mit dem Abluftmotor und/oder dem zumindest einen Umluftkanal und/oder der zumindest einen Abluftöffnung in der Zelle ein vorbestimmter Überdruck gegenüber einem Außendruck der Zelle steuerbar ist. Hierbei kann eine Abluftmenge in der Zelle durch den Abluftmotor und/oder dem zumindest einen Umluftkanal und/oder durch die zumindest eine Abluftöffnung abgeführt werden. Insbesondere kann in einem Fahrzeug auf den Abluftmotor verzichtet werden.
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Insbesondere durch eine Veränderung der Größe der zumindest einen Abluftöffnung kann somit der vorbestimmte Überdruck in der Zelle gesteuert werden. Ferner kann je nach Funktion unter der zumindest einen Abluftöffnung auch eine Fortluftöffnung verstanden werden. Insbesondere kann durch variable Zuluftmengen und/oder Abluftmengen der vorbestimmte Überdruck in der Zelle aufrechterhalten bleiben bzw. gesteuert werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Luftzirkulationsvorrichtung Einsatz in der Automobilindustrie findet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer hier beschriebenen Luftzirkulationsvorrichtung, wobei die Temperatur und der vorbestimmte Überdruck in einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs mit der Luftzirkulationsvorrichtung steuerbar ist.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass aufgrund eines in der Zelle befindlichen leichten Überdrucks lästige Zugerscheinungen weitestgehend reduziert werden und eine Luftzirkulation von temperierter Luft deutlich reduziert, und somit geräuschärmer und effizienter erfolgt. Aufgrund der hier beschriebenen Luftzirkulationsvorrichtung reduziert sich die erforderliche Luftmenge zum Temperieren der Fahrgastzelle und dementsprechend wird Energie zum Temperieren der Luft eingespart.
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Ferner ergeben sich Einsparungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Luftzirkulationsvorrichtung und dem erforderlichen Energiespeicher für ein Betreiben der Luftzirkulationsvorrichtung. Somit lassen sich auch Gewichtseinsparungen in der Fahrzeugkonstruktion realisieren, was letztendlich auch zu einer deutlichen Kostenreduktion führt. Hierdurch ergeben sich insbesondere für Fahrzeuge, die auf alternativen umweltfreundlichen Ressourcen basieren, wesentlich höhere Reichweiten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Abluftmotor und/oder der zumindest eine Umluftkanal und/oder die zumindest eine Abluftöffnung einen Druckregler, der zum Zwecke eines diffusen Durchmischens der Luft einen Differenzdruck zwischen der Zelle und dem Außendruck misst, so dass der vorbestimmte Überdruck gegenüber dem Außendruck in der Zelle steuerbar ist. Hierbei kann insbesondere auch ein in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit fest eingestelltes Verhältnis zwischen Zu-, Um- und Ab-/Fortluft Einsatz finden. Das fest eingestellte Verhältnis zwischen Zu-, Um- und Ab-/Fortluft kann alternativ zum Steuern des vorbestimmten Überdrucks dienen, wobei ebenfalls ein diffuses Durchmischen der Luft erfolgen kann. Somit kann auf Basis des Druckreglers und/oder des zu bestimmenden fest eingestellten Verhältnisses auf einfache Art und Weise ein leichter Überdruck in der Zelle gesteuert werden. Ferner lässt sich mittels des Druckreglers das diffuse Durchmischen der Luft in der Zelle besonders effizient und energiesparend durchführen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung führt der zumindest eine Abluftkanal und/oder die zumindest eine Abluftöffnung im Falle eines schlagartigen Ansteigens des vorbestimmten Überdrucks in der Zelle den Überdruck aus der Zelle durch zusätzliches Öffnen weiterer Abluftkanäle und/oder weiterer Abluftöffnungen ab. Das Abführen ist beispielsweise notwendig, wenn im Falle eines Unfalls die Airbags zünden und somit schlagartig zusätzliches Gas bzw. Luft in die Zelle entweicht. Das insbesondere schlagartige Abführen kann alternativ durch Reißen von Folien, welche die Abluftöffnungen abdecken, erfolgen. Somit kann beispielsweise im Falle einer Airbagaktivierung bzw. Airbagzündung der sich in der Zelle schlagartig aufbauende Überdruck entsprechend schnell abgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der zumindest eine Abluftkanal und/oder die zumindest eine Abluftöffnung eine steuerbare Klappe und die steuerbare Klappe ist zwischen einer offenen, teils offenen oder geschlossenen Position steuerbar. Somit lassen sich der Abluftkanal mit dem Abluftmotor und/oder die zumindest eine Abluftöffnung oder der Druckregler durch entsprechendes Steuern der Klappen besonders energiesparend betreiben. Beispielsweise sind der Abluftmotor und der Druckregler mit einem Abluftkanal verbunden und die weiteren Abluftkanäle und/oder Abluftöffnungen bleiben in der geschlossenen Position bis in der Zelle ein hoher bzw. plötzlicher Überdruck detektiert wird. So lässt sich ein energiesparendes Betreiben des Abluftmotors und/oder des Druckreglers realisieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das diffuse Durchmischen der Luft aufgrund des Überdrucks in der Zelle zugfrei. Aufgrund des Überdrucks in der Zelle kommt es zu einem raschen diffusen Durchmischen der Luft mit einer einheitlichen Strömungsgeschwindigkeit.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Schichtung der Temperatur der Luft in der Zelle über eine Höhe der Zelle steuerbar. Mit anderen Worten liegt in der Zelle ein geringer Temperaturgradient vor, so dass in der gesamten Zelle eine homogene Temperatur messbar ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Zelle zumindest einen Sensor, wobei der zumindest eine Sensor zum Detektieren eines Gasverhältnisses oder einer thermographischen Abbildung geeignet ist. So lässt sich ein Steuern der Luftzirkulationsvorrichtung auf Basis der Sensoren automatisieren und eine Luftqualität verbessern. Ferner ist denkbar, dass insbesondere in einem Fahrzeug die Luftzirkulationsvorrichtung in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs gesteuert wird, da sich wie hier beschrieben in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ein Verhältnis zwischen der Zu-, Um- und Ab-/Fortluft einstellen lässt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Gasverhältnis ein Verhältnis zwischen Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff und der Sensor ist über eine gemeinsame Schnittstelle mit dem zumindest einen Zuluftkanal und dem zumindest einen Abluftkanal und/oder dem zumindest einen Umluftkanal und/oder der zumindest einen Abluftöffnung verbunden. So lässt sich insbesondere ein Kohlenstoffdioxidgehalt einer Atemluft messen und ein vorzeitiges Ermüden bzw. beschleunigtes Ermüden der Insassen in der Zelle vermeiden bzw. verzögern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Sensor zum Detektieren der thermographischen Abbildung über eine weitere gemeinsame Schnittstelle mit dem zumindest einen Zuluftkanal und dem zumindest einen Abluftkanal und/oder dem zumindest einen Umluftkanal und/oder der zumindest einen Abluftöffnung verbunden. So lässt sich mittels der thermographischen Abbildung die Temperatur in der Fahrgastzelle in Abhängigkeit einer Köpertemperatur der Insassen automatisch steuern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Zelle eine Fahrgastzelle und die Fahrgastzelle ist in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug angeordnet. Die hier beschriebene Luftzirkulationsvorrichtung ist besonders zum Einsatz in Fahrgastzellen geeignet, wobei insbesondere auf den Abluftmotor der Luftzirkulationsvorrichtung verzichtet werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Luftzirkulation in einer Zelle, insbesondere durch eine vorstehend beschriebene Luftzirkulationsvorrichtung. Dabei wird Luft über einen Zuluftkanal die Zelle eingeführt, wobei mit einer in den Zuluftkanal eingebrachten Kühl- und/oder Heizvorrichtung eine Temperatur der Luft in der Zelle gesteuert wird. Die Luft wird durch einen in einen Abluftkanal eingebrachten Abluftmotor und/oder durch einen Umlaufkanal und/oder zumindest eine Abluftöffnung abgeführt, wobei mit dem Abluftmotor und/oder dem zumindest einen Umluftkanal und/oder der zumindest einen Abluftöffnung in der Zelle ein vorbestimmter Überdruck gegenüber einem Außendruck der Zelle gesteuert oder eingestellt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung der Luftzirkulation in einer Zelle, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Steuerungsvorrichtung umfasst eine Prozessor und einen Speicher in dem das Rechenprogramm zur Durchführung des Verfahrens abgespeichert ist. Ferner umfasst die Steuerungsvorrichtung zumindest einen Ausgang zur Steuerung der Aktoren, wie dem Abluftmotor und/oder der Kühl- und/oder Heizvorrichtung. Ferner umfasst die Steuerungsvorrichtung zumindest einen Eingang, insbesondere zum Anschluss eines Sensors.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer Luftzirkulationsvorrichtung;
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2 eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer Luftzirkulationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3a–3c schematische Darstellungen eines Abluftkanals mit steuerbarer Klappe der Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung zum Erläutern der Funktionsweise der Abluftkanäle und/oder der Abluftöffnungen mit den steuerbaren Klappen der Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer Luftzirkulationsvorrichtung.
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In 1 ist eine Luftzirkulationsvorrichtung 100, 100’ gezeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Luftzirkulationsvorrichtung 100, 100’ eine Zelle 1, 1’ mit einem Zuluftkanal Z1, wobei mit einer in dem Zuluftkanal Z1 eingebrachten Kühlund/oder Heizvorrichtung 2 eine Temperatur einer Luft L1 in der Zelle 1, 1’ steuerbar ist. Die über den Zuluftkanal Z1 eingeblasene Luft L1 wird über einen Abluftkanal A1 aus der Zelle 1, 1‘ abgeführt, wobei das Abführen der Luft L1 nicht steuerbar ist, sondern derart schnell erfolgt, dass in der Zelle 1 ein Unterdruck entsteht. Das heißt, dass der Außendruck P2 kleiner als ein Druck P1‘ in der Zelle ist. Somit ist in 1 ein diffuses Durchmischen der Luft L1 in der Zelle 1 vor allem nicht während der Fahrt nicht realisierbar oder steuerbar. Es kommt vielmehr zu Zugerscheinungen und zu einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb der Zelle Z1, welche von Insassen in der Zelle Z1 als unangenehm empfunden werden.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer Luftzirkulationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 bezeichnet Bezugszeichen 100, 100’ die Luftzirkulationsvorrichtung, die im Unterschied zu der in 1 gezeigten Luftzirkulationsvorrichtung über Abluftkanäle und/oder zumindest eine Abluftöffnung A1, A1’, A1’’ verfügt und in den Abluftkanälen und/oder in den Abluftöffnungen A1, A1’, A1’’ oder in zumindest einem Abluftkanal A1 ein Abluftmotor 3 angeordnet ist. Insbesondere in einem Fahrzeug kann die hier beschriebene Luftzirkulationsvorrichtung auch ohne Abluftmotor funktionieren. Über den Abluftkanal und/oder die Abluftöffnungen A1, A1’, A1’’ ist die Luft L1 abführbar, wobei dies in Abhängigkeit zu einem vorbestimmten Druck P1 gegenüber einen Außendruck P2 erfolgt. Mit dem in der 2 gezeigten Abluftmotor 3 ist ein vorbestimmter Druck P1 in der Zelle 1, 1’ gegenüber einem Außendruck P2 steuerbar. Ferner umfassen der Abluftkanal und/oder die Abluftöffnungen A1, A1’, A1’’ Klappen K1. Eine Funktionsweise der Klappen wird im Zusammenhang mit den 3a bis 3c beschrieben.
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In der 2 stellt sich somit ein leichter Überdruck P1 ein, der größer als ein Außendruck P2 außerhalb der Zelle ist. Ferner umfasst der Abluftmotor 3 einen Druckregler 4, der zum Zwecke eines diffusen Durchmischens der Luft L1 einen Differenzdruck zwischen der Zelle 1, 1’ und dem Außendruck P2 misst, so dass der vorbestimmte Überdruck P1 gegenüber dem Außendruck P2 der Atmosphäre in der Zelle 1, 1’ steuerbar ist. So lässt sich beispielsweise ein nahezu konstanter Überdruck P1 realisieren, der insbesondere ein effizientes, homogenes und diffuses Durchmischen der Luft L1 in der Zelle 1, 1’ steuerbar macht.
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3a bis 3c zeigen schematische Darstellungen des Abluftkanals mit steuerbarer Klappe der Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in der 2 gezeigten Abluftkanäle und/oder Abluftöffnungen A1, A1’, A’’ können insbesondere jeweils eine steuerbare Klappe K1 umfassen und die Klappe K1 des jeweiligen Abluftkanals und/oder der jeweiligen Abluftöffnung A1, A1’, A1’’ ist zwischen einer offenen, teils offenen (siehe 3B) oder geschlossenen Position (siehe 3C) steuerbar bzw. stetig regelbar. Hierbei bezeichnet Bezugszeichen L1 eine Richtung der Ab- bzw. Fortluft. Im Normalbetrieb kann insbesondere nur ein Abluftkanal A1 mittels der steuerbaren Klappe K1 gesteuert werden, wohingegen die weiteren Abluftkanäle und/oder die weiteren Abluftöffnungen A1’, A1’’ im Normalbetrieb geschlossen bleiben. Die steuerbare Klappe K1 kann sich im Falle einer Airbagaktivierung in der Zelle entsprechend schnell öffnen, so dass ein entstehender Druck schnell abgeführt werden kann. Alternativ kann können insbesondere die Abluftöffnungen A1, A1’, A1’’ durch eine Folie bedeckt sein, welche im Falle der Airbagaktivierung reißen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung zum Erläutern der Funktionsweise der Abluftkanäle und/oder der Abluftöffnungen mit den steuerbaren Klappen der Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die zu den 3a bis 3c beschriebene Funktionsweise der steuerbaren Klappe K1 ist in der 4 nochmals von einer Aufsicht schematisch dargestellt. Wie in 4 gezeigt, wird der Abluftkanal A1 mittels des Abluftmotors 3 und dem Druckregler 4 gesteuert, wohingegen die Abluftkanäle A1’ und A1’’ erst im Falle der Airbagaktivierung durch die steuerbare Klappe K1 oder durch Reißen der Folie geöffnet werden und somit im Normalbetrieb in der geschlossenen Position verbleiben bzw. die Folien nicht reißen. Ferner muss die Folie nach der Airbagaktivierung, also nach dem Reißen, erneuert werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Luftzirkulationsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der 5 bezeichnet Bezugszeichen E1, E1’ ein Fahrzeug bzw. ein elektrisch betriebenes Fahrzeug E1, E1’ mit einer Luftzirkulationsvorrichtung 101 der 2. In der 5 umfasst das Fahrzeug E1, E1’eine Fahrgastzelle 1’, wobei die Fahrgastzelle 1’ die Luftzirkulationsvorrichtung 100’ umfasst.
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Obwohl die hier beschriebene Luftzirkulationsvorrichtung anhand eines Fahrzeugs bzw. elektrisch betriebenen Fahrzeugs beschrieben wurde, versteht es sich von selbst, dass die hier beschriebene Erfindung auch Anwendung in Nutzfahrzeugen, Wohnmobilen, Bussen, Kühllaster (Laderaum), Container, Landmaschinen, Baumaschinen, Eisenbahn, Schiffe, Flugzeuge etc. Einsatz finden. Mit anderen Worten kann die hier beschriebene Luftzirkulationsvorrichtung zur Klimatisierung von im Wesentlichen abgeschlossenen Räumen eingesetzt werden. Insbesondere bei Reisebussen wird durch den Einsatz einer hier beschriebenen Luftzirkulationsvorrichtung eine effiziente Klimatisierung ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007041903 A1 [0006]
