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Steuereinrichtung für eine elektrische
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Fahrzeug-Klimaanlage Die Erfindung bezieht sich auf Steuereinrichtungen
für bewegliche oder Fahrzeug-Klimaanlagen und insbesondere auf eine Anlage, bei
der die Bewegung von Türen für die TuStströmung mit Hilfe von Elektromotoren gesteuert
wird.
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Ein primärer Zweck der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für
eine Klimaanlage der beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Türen bewegende
elektrische Motoren nur während kurzer Zeitdauern betätigt sind.
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Ein weiteres Ziel ist eine Steuereinrichtung für eine Bahrzeug-Elimaanlage,
bei der die Türen für die Luftströmungs-Durchlässe in ihren betätigten Stellungen
gehalten werden, ohne daß dazu elektrische Leistung zugeführt werden muß.
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Ein weiteres Ziel ist eine Steuereinrichtung für eine Fahrzeug Elimaanlage,
die Elektromotoren und verbesserte Antriebsverbindungen zwischen den Motoren und
den die Luftströmung steuernden Türen hat.
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Ein weiteres Ziel ist eine Steuereinrichtung für eine Klimaanlage,
die eine unterschiedlich eingestellte Eur und eine verbesserte Einrichtung zum Steuern
ihrer Funktionsweise aufweist.
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Ein weiteres Ziel ist eine Steuereinrichtung für eine Fahrzeug-Klimaanlage,
bei der Einrichtungen zum Erfassen der Temperatur der zugeführten Luft, der Luft
innerhalb des Fahrzeuges und der gewünschten Lufttemperatur des Fahrzeugs vorgesehen
sind und bei der sich dadurch ergebende elektrische Signale zur Steuerung der Lufttemperatur
in dem Fahrzeug benutzt werden.
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Weitere Ziele ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und
den Patentansprüchen.
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Die Erfindung wird schomatisch anhand der folgenden Zeichnungen erläutert.
Darin zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des Fahrzeug-Luftströmungssystems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steuerschaltbrettes
der Klimaanlage, Fig. 3 schematisch einen elektrischen Stromlaufplan zum Steuern
einer der Türen für die Luftströmungs-Durchlässe, Fig. 4 eine schematische Darstellung
einer Ausführungsform der logischen Steuerschaltung und Fig. 5 und 6 - 2 den benutzten
elektrischen Antriebsmotor zeigende Draufsicht und Seitenansicht.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für eine bewegliche
oder Fahrzeug-Klimaanlage, bei der die herkömmlichen, durch Unterdruck betätigten
Türen durch elektrisch betätigte Türen ersetzt sind. ueber eine direkte Antriebsverbindung
verbundene Elektromotoren werden zur Betätigung der Türen benutzt. Die Motoren werden
nur betätigt, wenn die Tür aus einer Stellung in eine andere bewegt werden soll,
was normalerweise nur wenige Sekunden beansprucht. Die elektrische Speisequela des
Fahrzeuges wird daher nur sehr gering belastet.
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Jedem Antriebsmotor ist eine logische Schaltung zugeordnet und so
angeordnet, daß der Antriebsmotor sich selbst abschaltet, nachdem er eine Bewegung
in die befohlene Stellung ausgeführt hat.
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Zusätzlich zum Öffnen und Schließen der Türen in den Luftströmungs-Durchlässen
des Fahrzeugs hält auch die hier beschriebene Steuereinrichtung die Luft innerhalb
des Fahrzeugs auf einer gegebenen Temperatur. Eine Tür ist so angeordnet, daß sie
einen einstellbaren Teil gekühlter Luft durch den Wärmetauscher hindurch richtet,
so daß die Luft innerhalb des Fahrzeuges auf einer gewünschten Temperatur gehalten
wird.
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Die Temperatur der in das Fahrzeug hineingegebenen Luft wird erfaßt,
da sie die Temperatur der Luft innerhalb des Fahrzeugs angibt. Elektrische Signale,
die die erfaßten Lufttemperaturen angeben, werden mit einem elektrischen Signal
zusammengefaßt, das die gewünschte Lufttemperatur in dem Fahrzeug angibt, um die
Stellung der Tür zu steuern, die Teile der ankommenden Luft durch den Wärmetauscherkern
hindurchleitet.
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Der Antriebsmotor sieht zusätzlich zu seiner Betriebsweise mit einer
minimalen Belastung der Speisequelle des Fahrzeuges eine Einrichtung zum Verriegeln
der Türen für die Luft-Durchlässe in einer gegebenen, befohlenen Stellung vor. Die
direkte
Antriebsverbindung zwischen den Antriebsmotoren und der Tür zuzüglich zu einer geringen
magnetischen Bremskraft von dem Motor selbst reicht aus, um den Motor und damit
eine Tür in jeder gegebenen Stellung festzuhalten.
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In Fig. 1 wird Frischluft in das Fahrzeug-Luftsystem durch eine Einlaßöffnung
10 hindurch eingesogen und durch ein Gebläse 12 in eine Luftleitung 14 hindurchgeleitet.
Eine Umlaufluft-Einlaßöffnung 16 ist über eine Leitung 18 mit dem Gebläse 1'2 verbunden.
Eine Tür 20 ist so angeordnet, daß sie Luft entweder von der Frischluftöffnung 10
oder der Umlaufluft-Öffnung 16 an das Gebläse richtet. Die Stellung der Tür wird
durch eine Betätigungseinrichtung 22 gesteuert, die im einzelnen später erläutert
wird.
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Ein Verdampfer 24 ist in der Leitung 14 angeordnet und entfernt in
herkömmlicher Weise Feuchtigkeit aus der ihn durchströmenden Luft. Ein Wärmekern
26 ist stromabwärts mn dem Verdampfer 14 und unterhalb eines eingeschnürten Teils
28 der Luftströmungsleitung angeordnet. Eine Tür 30 ist neben dem Wärmekern 26 und
am Auslaß des eingeschnürten Luftströmungsdurchlasses 28 angeordnet. Die Stellung
der Tür 30 wird durch eine Betätigungseinrichtung 32 gesteuert. Die Tür kann unterschiedlich
eingestellt werden, um entweder die eine oder die andere Seite der Leitung zu verschließen
oder verschiedene Zwischenstellungen einzunehmen. Die Aufgabe der Tür 30 ist es,
die gesamte, ein Teil oder überhaupt keine gekühlte Luft durch den Wärmekern in
Abhängigkeit von der gewünschten Lufttemperatur innerhalb des Fahrzeuges hindurchzuleiten.
Die Strömung von Heißwasser in den Warmekern wird durch ein Wasserabschaltventil
34 geregelt, dessen Einstellung von einer Betätigungseinrichtung 36 gesteuert ist,
die von der gleichen Bauart wie die Betätigungseinrichtungen-22 und 32 sein kann.
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Von dem Wärmekern 26 und der unterschiedlich eingestellten Tür 30
wird die Luft in einen Durchlaß 38 hineingelangen, der eine in ihm angeordnete Tür
40 hat. In Fig. 1 ist die Tür 40 in einer Zwischenstellung gezeigt, in der im wesentlichen
gleiche Luftmengen durch einen Durchlaß 42 zu einem Bodenwärmeauslaß 44 und durch
einen Durchlaß 46 zu einer Durchlaßverbindung 48 gelangt. Eine Tür 50 ist an der
Verbindung 48 angeordnet und richtet Luft entweder durch einen Durchlaß 52 an Defrosterauslässe
54 oder durch einen Durchlaß 56 an Luftkonditinierungsregister 58. Die Stellung
der Tür 50 wird durch eine Betätigungseinrichtung 60 gesteuert. In Fig. 1 ist auch
eine Luftkonditianierungskupplung 62 gezeigt, die von einem Schalter 64 und einem
Kondensator 66 gesteuert wird, deren Arbeitsweise mit Hilfe eines Thermistors 68
geschützt ist. Die Temperatur der in das Fahrzeug hineingebrachten Frischluft wird
durch einen Thermistor 70 erfaßt, der unmittelbar neben der Einlaßöffnung 10 angeordnet
ist. Die Temperatur der Luft innerhalb des Fahrzeug ges wird durch einen Thermistor
72 erfaßt.
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Die Verdrahtung der verschiedenen Betätiglngseinrichtungen und der
die Temperatur erfassenden Einrichtungen ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Die
Thermistoren erzeugen Steuerspannungen, wie dieses später erläutert wird, die in
der Schaltung der Fig. 3 benutzt werden. Strom zur Betätigung der verschiedenen,
die Türen betätigenden elektrischen Betätigungseinrichtungen wird über gezeigte
Leitungen und in Abhängigkeit von der Betätigung der verschiedenen Schalter auf
dem Steuerschaltbrett zugeführt Das in Fig. 2 gezeigte Steuerschaltbrett 73 weist
einen Temperaturschalter 74 auf, der in Form eines Potentiometers ausgebildet sein
kann , dessen Stellung die gewünschte Temperatur angibt. Ein Gebläseschalter 76
bestinnit, , ob das Gebläse in Betrieb ist und welches Luftvolumen er durch das
Fahrzeug
hindurchläßt. Ein Wahischalter 78 bestimmt ob die Luft innerhalb des Fahrzeuges
erwärmt oder abgekühlt oder ob sie zum Defrosten oder in anderer Weise benutzt wird.
Die Schalter haben in Steuerschaltbretten für Klimaanlagen übliche Bauart. Verschiedene
andere Formen von Klima-Steuerschaltbretten können in Verbindung mit der Erfindung
ebenfalls benutzt werden. Es ist lediglich wichtig, daß Schaltereinrichtungen zum
Steuern der gewünschten Temperatur innerhalb des Fahreeuges,-zum Betrieb des Gebläses
des Fahrzeuges und zur Betriebsweisenwahl des Bahrzeugluftsystems vorgesehen sind,
nämlich, ob eine Erwärmung oder Abkühlung stattfinden soll oder lediglich Frischluft
in das Fahrzeug zugeführt werden soll.
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Eine Betätigungseinrichtung zum Antrieb einer Tür ist in Fig. 5 gezeigt
und weist ein Außengehäuse 80 auf. Ein Elektromotor ist innerhalb des Gehäuses angeordnet.
Ein Betätigungsglied 82 erstreckt sich aus dem Gehäuse heraus nach außen und bewegt
sich geradlinig zwischen der ' in durchgezogenen Linien dargestellten und der in
gestrichelten Linien dargestellten Stellungen der Fig. 5 in Abhängigkeit von der
Arbeitsweise des Elektromotors. Ein geeignetes Antriebsgetriebe verbindet den Elektromotor
und das Betätigungsglied.
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Die Tür 20 hat zwei Stellungen und wird durch einen Betätigungsarm
22a gesteuert, der schwenkbar mit den Betätigungsglied 82 verbunden ist. Die Tür
30 kann unterschiedlich über den Betätigungshebel 100 für die Tür eingestellt werden,
der schwenkbar mit einem Betätigungsglied verbunden ist.
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Die Tür 40 hat drei Stellungen, von denen die Zwischenstellung in
Fig. 1 gezeigt ist, eine Stellung, bei der die Tür auf die rechte Wand der Leitung
42 geschlossen ist und bei der die gesamte Luft an die Defroster- und Luftkonditionierungsregister
gegeben wird, sowie eine Stellung,- bei der
die Tür an die linke
Wand der Leitung 46 geschlossen ist, in welchem Fall die gesamte Luft an die Bodenwärmeregister
44 gegeben wird. Diese drei Stellungen der Tür werden durch die Betätigungseinrichtung
41 über einen Betätigungshebel 41a für die Tür gesteuert, der mit dem Betätigungsglied
schwenkbar verbunden ist. Die Tür 50 hat zwei Stellungen, eine erste, die in Fig.
1 gezeigt ist, und eine zweite Stellung, bei der der Einlaß in die Leitung 52 verschlossen
ist. Ein Betätigungshebel 50a für die Tür, der schwenkbar mit dem Betätigungsglied
82 verbunden ist, steuert die Stellung der Tür 50. Ein Motor 36 steuert über einen
Betätigungshebel 36a, der schwenkbar mit dem Betätigungsglied 82 verbunden ist,
die Stellung des Wasserzuführungs- und Sperrventils 34.
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Eine typische logische Steuerung für einen Motor ist in Fig.4 gezeigt.
Ein Motor 102 hat eine gemeinsame Eingangsverbindung 104 und eine den Antrieb in
unterschiedliche Richtungen bewirkende Eingangsverbindung 106. Die logische Steuertafel
hat drei mit 110, 112 und 114 bezeichnete Segmente. Die logische Steuerung der Fig.
4 ist für die Betätigungseinrichtungen 22, 36 und 50 geeignet und bewirkt zweiwunterschiedliche
Türstellungen. Die ankommende Speisung für die logischen Segmente wird entweder
über eine Leitung 118 oder eine Leitung 120 vorgenommen. Ein Kontakt 122 mit Armen
124, 125 und 126 gleitet längs der Segmente 110 bis 114, um den Stromfluß von entweder
der Leitung 118 oder der Leitung 120 zu der Verbindung 106 und dem Motor zu steuern.
Die Segmente sind auf dem Gehäuse 80 angeordnet und der Kontakt 122 istzusammen
mit dem Betätigungsgfied 82 beweglich. Wird angenommen, daß elektrische Speisung
auf der Leitung 118 vor gesehen ist, so wird Strom vom Segment 110 zum Segment 114
über die Arme 124 und 126 übertragen, wodurch der Motor 102 sich in einer Richtung
dreht. Wenn der Motor das Betätigungsglied antreibt und damit auch den Kontakt 122,
so
wird der Arm 124 vom Segment 110 unmittelbar vor dem-Bewegungsende
des Betätigungsgliedes fortbewegt. Sobald der Eontaktarm von dem elektrischen Segment
110 fortbewegt wurde, wird die Speisung für den Motor abgeschaltet. Auf diese Weise
schaltet sich der Motor selbst ab, nachdem er in eine gewünschte Stellung sich bewegt
hat. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß an dieser Stelle immer noch sich die
Kontaktarme 126 und 125 mit den Segmenten 112 und 114 im Eingriff befinden. Der
über die Leitung 120 jetzt zugeführte Strom treibt daher den Motor und damit auch
das Betätigungsglied in die entgegengesetzte Richtung. Diese Bewegung dauert an,
bis der Kontaktarm 125 sich von dem Segment 112 fortbewegt hat, wodurch der Motor
stillgesetzt wird, nachdem das Betätigungsglied einen gewünschten Weg in der entgegengesetzten
Richtung durchlaufen hat. Die anderen in dem Steuersystem benutzten Motoren werden
in der gleichen Weise betrieben, jedoch mit einer etwas anderen Logik. Jeder Motor
wird abgeschaltet, nachdem sein Getribbebetätigungsglied eine bestimmte Entfernung
zurückgelegt hat.'Es tritt daher keine Belastung der Speisequelle auf, nachdem eine
Tür ihre befohlene Stellung erreicht hat. Die mechanische Antriebsverbindung zwischen
dem Motor und dem Betätigungsglied verhindert, daß die Tür sich bewegt, und arbeitet
als eine Bremse, die die Tür in einer vorgegebenen Stellung hält. Zusätzlich tritt
eine bestimmte magnetische Bremskraft von dem Motor auf, die die Verhinderung der
Türbewegung unterstützt.
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Fig. 3 zeigt die Schaltung zum Steuern der Stellung der Tür 30.
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Der die Temperatur der ankommenden Luft angebende Thermistor 70 und
der die Lufttemperatur im Fahrzeug erfassende Thermistor 72 sind in der Schaltung
mit Widerständen 130 und 132 verbunden, um ein Eingangssignal für einen Verstärker
134 zu bilden.
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Die Summe der Spannungen, die die Temperatur der ankommenden Luft
und der Fahrzeugluft angeben, wird im Verstärker 134'verstärkt
und
dann als ein Eingangssignal an eine Vergleichsschaltung 136 gegeben. Das andere
Eingangssignal für die Vergleichsschaltung 136 wird durch einen einstellbaren Widerstand
137 erzeugt, dessen beweglicher Kontakt durch den emperaturschalter 74 gesteuert
wird. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 136 ist einerseits mit dem negativen Eingang
einer zweiten Vergleichsschaltung 140 verbunden. Ein einstellbarer Widerstand 142,
der die Stellung des Betätigungsgliedes der Betätigungseinrichtung 32 und damit
die tatsächliche Stellung der Tür 30 angibt, ist mit dem positiven Eingang der Vergleichsschaltung
140 und dem negativen Eingang einer Vergleichsschaltung 138 verbunden. Der Ausgang
der Vergleichsschaltung 138 ist über einen Widerstand 144 mit der Basis eines Transistors
146 verbunden. In gleicher Weise ist der Ausgang der Vergleichs schaltung 140 über
einen Widerstand 148 mit der Basis eines Trrnsistors 150 verbunden.
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Die Transistoren 146 und 150 steuern die Zuführung von Leistung an
die Betätigungseinrichtung 32 in jeder Richtung, bis die Stellung der Tür, die durch
den einstellbaren Widerstand 142 erfaßt wird, dem Ausgangssignal der Vergleichsschaltung
136 entspricht, das den Vergleich zwischen der gewünschten Lufttemperatur des Fahrzeugs
und der tatsächlichen Lufttemperatur des Fahrzeugs angibt. Auf diese Weise spricht
die Steuereinrichtung für die Elimaanlage auf die Frischlufttemperatur, die Lufttemperatur
innerhalb des Fahrzeugs und die gewünschte Lufttemperatur des Fahrzeuges an und
wird zur Steuerung des Betriebs der Betätigungseinrichtung 32 so benutzt, daß die
tatsächliche Lufttemperatur des Fahrzeuges der Swunschten Lufttemperatur des Fahrzeuges
folgt.
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In Abhängigkeit von der Stellung der Tür 30 wird mehr oder weniger
gekühlte Luft vom Verdampfer 24 durch den Wärmekern 26 hindurch geleitet, so daß
die tatsächliche Lufttemperatur des Fahrzeugs der Einstellung des Schalters 74 entspricht.
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Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Steuereinrichtung ist durch
die Tatsache bedingt, daß eine direkte Antriebsverbindung
zwischen
jedem Elektromotor und seiner den Luftstrom steuernden Tür vorgesehen ist, wobei
diese Antriebsverbindung als eine Bremse oder Einstelleinrichtung für die Tür wirkt,
sobald die Tür die befohlene Stellung erreicht hat. Die Notoren arbeiten nur, bis
die Tür in diese Stellung bewegt wurde, was gewöhnlich in wenigen Sekunden der Fall
ist. Die-Fahrzeugbatterie wird daher nur sehr gering belastet.
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Die logische Steuerung für jeden der Motoren ist einfach und zuverlässig
und bewirkt eine automatische Abschaltungf wenn der Motor seine befohlene Stellung
erreicht hat.
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Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hier gezeigt
und beschrieben wurde, ist darauf hinzuweisen, daß es viele Modifikationen, Austauschmöglichkeiten
und Änderungen davon gibt.