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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Steuerhebel für einen
Klimatisierungsapparat, einen Klimatisierungsapparat, einen Luftströmungssteuerapparat
und einen Fluidströmungssteuerapparat.
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Es
gibt viele Situationen, in denen eine Fluidströmungssteuervorrichtung, wie
beispielsweise ein Klappenventil, im Verhältnis zu einem Fluidweg positionierbar
ist, um die Fluidströmung
durch den Weg zu steuern. Ein Beispiel dafür ist eine Fahrzeugklimaanlage,
in der eine Strömungssteuervorrichtung,
die auf diesem Gebiet als eine Mischklappe bekannt ist, innerhalb
eines Luftdurchgangs zwecks Steuerung der Luftströmung im
Durchgang bewegt wird, um beispielsweise die Lufttemperatur dadurch
zu steuern, daß die
den jeweiligen Heiß-
und Kaltluftdurchgängen
zugeführten
relativen Luftmengen gesteuert werden.
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Ein
Problem, das sich bei der Steuerung der Fluidströmung ergibt, besteht darin,
daß die
Fluidströmungssteuervorrichtung
aufgrund der durch den Weg erfolgenden Strömung des Fluids einer Kraft ausgesetzt
ist. In einer Klimaanlage wird dieses Problem bei Verwendung eines
Gebläses
mit variabler Geschwindigkeit noch vergrößert. Wenn es erwünscht ist,
die Mischklappe in einer Position zwischen zwei Endpositionen vorzusehen,
kann die Kraft der Luft bei hoher Gebläseleistung bewirken, daß sich die
Mischklappe aus der Zwischenposition zu einer der beiden Endpositionen
hin bewegt.
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Das
Problem ist jedoch nicht auf Klimaanlagen beschränkt, und für einen Fachmann auf diesem Gebiet
sind viele Situationen vorstellbar, in denen die Fluidströmung dazu
neigt, eine Bewegung der Fluidströmungssteuervorrichtung aus
einer gewünschten Position
zu bewirken.
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Ein
anderes Problem ergibt sich, wenn es erwünscht ist, die Strömungssteuervorrichtung
gegen die Fluidkraft zu bewegen. Wenn die Fluidströmung durch
den Fluidweg ausreichend ist, um eine wesentliche Kraft auf die
Strömungssteuervorrichtung
auszuüben,
ist es erforderlich, eine wesentliche Gegenkraft bereitzustellen,
die ausreicht, um die durch die Fluidströmung erzeugte Kraft zu überwinden,
wenn es erwünscht
ist, die Strömungssteuervorrichtung gegen
diese Strömung
zu bewegen. In einigen Anordnungen wird eine Bewegung durch eine
manuelle Steuervorrichtung, beispielsweise einen Steuerhebel, bewirkt,
und in anderen Situationen kann ein Motor, beispielsweise Servomotor,
verwendet werden.
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Es
ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend
beschriebenen Schwierigkeiten mindestens teilweise abzuschwächen.
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In
der DE-U-92 08 345 sind die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs
1 beschrieben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidströmungssteuerapparat bereitgestellt,
der einen einen Weg für
das Fluid definierenden Körper,
eine im Verhältnis
zum Körper wahlweise
positionierbare Strömungssteuervorrichtung,
um die Strömung
des Fluids im Fluidweg zu steuern, sowie ein federndes Element umfaßt, gekennzeichnet
durch das federnde Element, das auf die Strömungssteuervorrichtung einwirkt,
um der Bewegung davon im Verhältnis
zum Körper
in entgegengesetzten Richtungen entgegenzuwirken, so daß dadurch
die Strömungssteuervorrichtung
in einer ausgewählten
Position gehalten wird, wobei die Strömungssteuervorrichtung einen
Steuerabschnitt aufweist und das federnde Element auf den Steuerabschnitt
eine Kraft, deren Größe von der
Position der Strömungssteuervorrichtung
abhängt,
ausübt,
um der im Fluidweg vom Fluid ausgeübten Wirkung auf die Strömungssteuervorrichtung
entgegenzuwirken.
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Die
Strömungssteuervorrichtung
ist vorzugsweise im Verhältnis
zum Körper
drehbar montiert, wobei der Steuerabschnitt der Fluidsteuervorrichtung eine
Nockenoberfläche
mit einem Nockenoberflächenprofil
aufweist und das federnde Element in Übereinstimmung mit der Position
der Strömungsvorrichtung
auf die Nockenoberfläche
der Strömungssteuervorrichtung
einwirkt.
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Das
federnde Element umfaßt
vorteilhafterweise eine am Körper
gesicherte Blattfeder.
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Vorzugsweise
ist das Nockenoberflächenprofil
so gewählt,
daß die
von dem federnden Element ausgeübte
Kraft einem erwünschten
Verhältnis zur
Position der Strömungssteuerungsvorrichtung folgt.
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Vorzugsweise
ist die Strömungssteuerungsvorrichtung
drehbar an dem Körper
gesichert.
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Vorzugsweise
umfasst der Steuerabschnitt einen Kabelsicherungsabschnitt zur Befestigung
eines Steuerkabels daran, um die Position der Strömungssteuerungsvorrichtung
einzustellen.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Luftklimatisierungsapparat
bereitgestellt, der einen Fluidströmungssteuerungsapparat, wie
hierin beschrieben, umfaßt.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
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1 eine
teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Teils eines
Luftströmungssteuerapparats,
in der die Probleme nach dem Stand der Technik dargestellt sind;
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2 eine
Schnittansicht eines Teils eines Klimatisierungsapparats, für den die
vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
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3 eine
isometrische Darstellung eines Steuerhebels zur Verwendung im Rahmen
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Draufsicht eines in eine Blattfeder eingreifenden Steuerhebels zur
Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wobei sich der Steuerhebel
in einer ersten Drehposition befindet;
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5 eine
Ansicht ähnlich
wie 4, wobei sich der Steuerhebel jedoch in einer
zweiten Drehposition befindet.
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In
den Figuren sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet.
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Wie
aus 1, auf die nunmehr Bezug genommen wird, ersichtlich,
kennzeichnet die Bezugszahl 1 einen Abschnitt eines Luftströmungskanals
mit allgemein rechteckigem Querschnitt zur Verwendung in einem Luftströmungssteuerapparat.
Der Kanal 1 hat, wie aus 1 ersichtlich,
eine obere Wand 11, eine untere Wand 12 und gegenüberliegende
Seitenwände 13 und 14,
die gemeinsam einen Körper
bilden, der einen Durchgang für
Luft definiert, die sich in der mit "R" bezeichneten
Richtung bewegt.
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Eine
Strömungssteuervorrichtung 2 hat
die Form eines Klappenventils und ist im Kanal 1 und im Verhältnis dazu
schwenkbar montiert. Die Strömungssteuervorrichtung 2 ist
so dimensioniert, daß, wenn
sie sich allgemein quer zur Achse des Kanals 1 befindet,
das Durchströmen
von Luft durch den Kanal im wesentlichen verhindert wird. Die schwenkbare Montage
der Strömungssteuervorrichtung 2 läßt es zu,
daß sie
sich in eine Position bewegt, in der sie sich allgemein entlang
der oberen Wand 11 des Kanals 1 und im wesentlichen
parallel zur Achse des Kanals 1 befindet. In dieser letzteren
Position wird ein freies Durchströmen von Luft durch den Kanal
ermöglicht.
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In
der Anordnung der 1 ist die Strömungssteuervorrichtung 2 an
einer Welle 3 gesichert, die an einem Ende davon durch
einen Schwenkpunkt 4 in einer Seitenwand 14 des
Kanals 1 abgestützt
ist. Am anderen Ende ist die Welle an einem ähnlichen Schwenkpunkt 5,
der in der gegenüberliegenden Wand 13 des
Kanals montiert ist, abgestützt.
Das vorerwähnte
andere Ende der Welle ist an einem Steuerhebel 6 gesichert,
der sich in rechten Winkeln zur Welle erstreckt. Der Steuerhebel 6 hat
einen distalen Endbereich 7, an dem ein Hebel 8 gesichert
ist, der so ausgeführt
ist, daß er
den Hebel 6 und damit die Strömungssteuervorrichtung 2 bewegt.
Der Hebel 8 kann in einer beliebigen bekannten Weise betätigt werden,
und 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gleithebels 9,
der in einer Steuertafel 15 gleitend in einer Führung 10 montiert
ist. Der Hebel 8 kann durch ein Kabel ersetzt werden.
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Im
Betrieb, wenn der Gleithebel 9 bewegt wird, um den Hebel 6 entgegen
dem Uhrzeigersinn zu drehen, wie aus 1 ersichtlich,
bewegt sich die Strömungssteuervorrichtung 2 in
eine an die obere Wand 11 des Kanals 1 stumpf
angrenzende Position. Andererseits, wenn der Gleithebel 9 in
der entgegengesetzten Richtung bewegt wird, wird der Steuerhebel 6 im
Uhr zeigersinn gedreht, bis die Kante der Strömungssteuervorrichtung in die
untere Wand 12 des Kanals 1 eingreift, wodurch
ein Durchströmen von
Luft durch den Kanal 1 verhindert wird.
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Es
wäre natürlich möglich, eine
gewisse Form eines Arretierungsmechanismus bereitzustellen, um die
Strömungssteuervorrichtung
sowohl in ihrer offenen als auch in ihrer geschlossenen Position kraftschlüssig anzuordnen.
Solche Arretierungsmechanismen könnten
beispielsweise am Gleithebel 9 vorgesehen sein. Es ist
jedoch erwünscht,
die Strömungssteuervorrichtung 2 auf
eine Position zwischen der offenen und der geschlossenen Position einstellen
zu können,
und es kann in der Tat erwünscht
sein, die Vorrichtung 2 in einer beliebigen erwünschten
Position zwischen der vollständig
offenen und der vollständig
geschlossenen Position anzuordnen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, befindet sich die Vorrichtung 2 etwa
auf halbem Weg zwischen der vollständig offenen und der vollständig geschlossenen
Position. Luft, die durch den Kanal in der Richtung "R" strömt,
prallt auf die Oberfläche
der Vorrichtung 2 und übt
auf die Vorrichtung eine Kraft aus, die dazu neigt, daß die Vorrichtung
in ihre vollständig
offene Position bewegt wird. Um dies zu überwinden, ist vorgeschlagen
worden, für
eine Reibung in der Steueranordnung zu sorgen, um zu verhindern,
daß die
Luft durch den Kanal strömt
und dadurch ein Öffnen
der Vorrichtung 2 bewirkt. Ein Problem, das sich aus diesem
Lösungsweg
ergibt, besteht jedoch darin, daß ein Betreiben des Steuersystems
einen wesentlichen Aufwand erfordert. Wenn beispielsweise durch ein
dazugehöriges
Gebläse
bewirkt wird, daß sich Luft
schnell durch den Kanal bewegt, und es erwünscht ist, die Strömungssteuervorrichtung 2 aus einer
vollständig
offenen Position in eine teilweise geöffnete Position zu bewegen,
wäre es
erforderlich, eine ausreichende Kraft auf den Hebel 9 auszuüben, um
die vorerwähnte
Reibung zu überwinden
und auch die aufgrund der sich schnell bewegenden Luft auf die Vorrichtung 2 einwirkende
Kraft zu überwinden.
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Wie
aus 2 ersichtlich, beinhaltet eine Klimatisierungsvorrichtung
einen Lüfter 100,
der zwecks Drehung in einem Kanal 101 montiert ist und im
Betrieb bewirkt, daß sich
Luft in der durch die mit "A" gekennzeichneten
Pfeile angezeigten Richtung bewegt.
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In
der Stromabwärtsrichtung
teilt sich der Kanal 101 in einen ersten Durchgang 102 und
einen zweiten Durchgang 103 auf, der allgemein parallel zum
ersten Durchgang 102 verläuft. Ein Wärmetauscher 104, der
durch Flüssigkeit,
wie beispielsweise Motorkühlmittel,
erwärmt
wird, befindet sich im zweiten Durchgang 103. Strömungsabwärts vom
Wärmetauscher 104 vereinigen
sich die beiden Durchgänge 102 und 103,
um einen Auslaßdurchgang 105 zu
bilden. Eine Strömungssteuervorrichtung 110,
die auf diesem Fachgebiet als eine Mischklappe bekannt ist, ist
in der Nähe
der Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Durchgangs 102 bzw. 103 schwenkbar montiert.
Die Größe der Mischklappe 110 ist
so vorgesehen, daß die
Mischklappe in einer ersten Schwenkorientierung 111 den
ersten Durchgang 102 im wesentlichen schließt, und
daß die
Mischklappe 110 in der zweiten Schwenkorientierung 112 den zweiten
Durchgang 103 im wesentlichen schließt.
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Im
Betrieb, wenn warmes Fluid dem Wärmetauscher 104 zugeführt und
das Lüftergebläse 100 betrieben
wird, ist die Schwenkorientierung der Mischklappe 110 so
steuerbar, daß gewünschte Mengen
des Luftstroms A eingestellt werden, um durch den ersten Durchgang 102 und
den zweiten Durchgang 103 zu strömen. Diejenige Luftmenge, die
durch den ersten Durchgang 102 strömt, durchströmt den Auslaßdurchgang 105 ohne
wesentliche Änderung
der Temperatur, während
diejenige Luftmenge, die durch den zweiten Durchgang 103 strömt, in ihrer
Temperatur erhöht
wird, indem sie durch den Wärmetauscher 104 in
den Auslaßdurchgang 105 gefördert wird.
Somit ist eine Erhöhung
der Temperatur der Luft am Auslaßdurchgang 105 gegenüber der
Temperatur im Kanal 101 durch Wahl der Position der Mischklappe 110 steuerbar.
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In
der in 2 dargestellten Anordnung hat die Luft im Einlaßkanal 101 bereits
einen kühlenden Wärmetauscher
durchströmt,
um so für
eine vollständige
Klimatisierung zu sorgen. Es versteht sich jedoch, daß die Vorrichtung
der 2 alternativ auch für eine Fahrzeugheizung, ohne
Klimatisierung, angewendet werden kann, und in diesem Fall könnte der
Einlaßkanal 101 Luft
entweder direkt aus dem Fahrzeuginnenraum oder von außerhalb
des Fahrzeugs erhalten.
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Für einen
Fachmann auf diesem Gebiet versteht es sich, daß in 2 ein Problem
besteht, das dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Problem ähnelt. Genauer
gesagt: Wenn die in 2 dargestellte Mischklappe zwischen
den durch die Bezugszahlen 110 und 111 gekennzeichneten
Orientierungen positioniert würde,
käme es
aufgrund der Wirkung des Gebläselüfters 100,
insbesondere bei hohen Gebläselüftergeschwindigkeiten,
dazu, daß sich die
Mischklappe zu der durch die Bezugszahl 111 gekennzeichneten
Position hin und schließlich
in diese Position bewegt. Dies ist unerwünscht, weil sich als Folge
davon ergeben würde,
daß die
Temperatur der Luft im Auslaßdurchgang 105 vollständig heiß ist.
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Um
die im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen
Probleme zu überwinden, ist
ein Steuerhebel entwickelt worden, der unter Bezugnahme auf die 3 – 5 beschrieben
wird.
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Wie
aus 3 ersichtlich, hat der Steuerhebel 20 einen
distalen Endbereich 21, der sich von einem allgemein zylindrischen
Körperabschnitt 22 aus erstreckt.
Ein Wellenabschnitt 23, der einen ersten Anordnungsabschnitt 24 und
einen Antriebsabschnitt 25 umfaßt, erstreckt sich axial von
einem Ende des Körperabschnitts 22 aus
und ist so ausgeführt,
daß er die
Strömungssteuervorrichtung 2 der 1 oder
die Mischklappe 110 der 2 antreibt.
Ein Nockenabschnitt 25 erstreckt sich radial vom Körperabschnitt 22 aus.
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4 zeigt
in einer Draufsicht den Steuerhebel 20 der 3,
wobei der Nockenabschnitt 25 in eine Blattfeder 30 eingreift
und an der Wand 13 der 1 montiert
ist. Die Blattfeder besteht aus einem ersten Abschnitt, der ein
allgemein gerader Streifen aus federndem Metall ist, und aus einem
Hakenabschnitt 31 zum Eingriff in eine Abstützung 32.
Die Abstützung 32 ist
als ein allgemein zylindrischer Vorsprung dargestellt, der aus der
Wand 13 des Kanals 1 herausragt. Dort, wo der
Kanal aus Kunststoffmaterial gebildet ist, sind Verstärkungsrippen 33 vorgesehen,
um der Kanalwand zusätzliche
Festigkeit zum Abstützen
des Vorsprungs 32 zu verleihen. Am Ende der Feder 30,
entfernt vom Hakenabschnitt 31, ragen zwei Führungsstifte 34, 35 aus
der Wand 13 des Kanals 1 heraus. Die Stifte 34 und 35 haben
einen dazwischenliegenden Spalt und sind so vorgesehen, daß der erste
Stift 34 in eine Seite der Feder 30 und der zweite
Stift 35 in die andere Seite der Feder 30 eingreift,
während
die Feder in ihrem Ruhezustand verbleibt.
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Der
Nockenabschnitt 25 hat ein Profil, das so ausgewählt ist,
daß es,
abhängig
von der Position der dazugehörigen
Mischklappe 2, für
eine gewünschte Kraft
zwischen der Feder 30 und dem Steuerhebel 20 sorgt.
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Wie
weiterhin aus 4 ersichtlich, kennzeichnet
das Bezugszeichen B einen Kontaktpunkt der Feder 30 am
Nockenabschnitt 25. Das Bezugszeichen O kennzeichnet das
Schwenkzentrum des Hebels 20, und die mit dem Bezugszeichen
F gekennzeichnete Linie bezeichnet die Richtung der von der Feder 30 auf
den Hebel 20 ausgeübten
Kraft. Wie ersichtlich, verläuft
die Kraft F entlang der Linie BO oder, anders ausgedrückt, zum
Drehzentrum des Hebels 20 hin. Somit wirkt, wenn sich der
Hebel in dieser Position befindet, aufgrund der Feder 30 keine Torsionskraft
auf den Steuerhebel ein.
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In 5,
auf die nunmehr Bezug genommen wird, ist der Hebel in einer zweiten
Position dargestellt, nachdem er im Uhrzeigersinn, wie aus 4 ersichtlich,
aus der Position der 4 gedreht wurde. Das Bezugszeichen
C kennzeichnet den Kontaktpunkt der Feder 30 am Nockenabschnitt 25 des
Hebels 20, und das Bezugszeichen G kennzeichnet die Richtung
der durch die Feder 30 auf den Hebel 20 ausgeübten Kraft.
Wie ersichtlich, verläuft
die ausgeübte
Kraft, wenn sich der Hebel in dieser Position befindet, nicht durch
das Drehzentrum O des Hebels 20. Somit übt die Feder 30 in
einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung ein Torsionsdrehmoment
auf den Hebel 20 aus, so daß die Neigung besteht, daß der Hebel
in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Die von
der Feder 30 ausgeübte
Kraft kann als eine Kraft angesehen werden, die eine in rechten
Winkeln zur Linie CO wirkende erste Komponente, die das Torsionsdrehmoment
repräsentiert,
und eine entlang der Linie CO wirkende zweite Komponente hat, wodurch
eine Reibungshaltekraft bewirkt wird, die dazu neigt, den Steuerhebel 20 in
seiner Position zu halten.
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Die
unter Bezugnahme auf die 3–5 beschriebene
Anordnung hat einen Nockenabschnitt 25, der so geformt
ist, daß er
im wesentlichen keine Torsionskraft bereitstellt, wenn sich der
Hebel in der in 4 gezeigten Position befindet,
und im wesentlichen eine maximale Torsionskraft zur Verfügung stellt,
wenn sich der Hebel in der in 5 gezeigten Position
befindet. Es versteht sich jedoch, daß andere Formen des Nockenabschnitts 25 vorgesehen werden
können,
um die Torsionskraft anders zu verteilen. Es kann beispielsweise
erwünscht
sein, daß die
Nocke ein entgegen dem Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment, wenn
sich der Hebel in einer extremen Position befindet, ein im Uhrzeigersinn
wirkendes Drehmoment, wenn sich der Hebel in der entgegengesetzten
Endposition befindet, sowie kein Torsionsdrehmoment bereitstellt,
wenn sich der Hebel in der zentralen Position befindet, so daß der Hebel dazu
neigt, in die zentrale Position zurückzugehen.