PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004028740B4 27.09.2007
Titel Kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge
Anmelder Lisa Dräxlmaier GmbH, 84137 Vilsbiburg, DE
Erfinder Häglsperger, Simon, 84189 Wurmsham, DE;
Kraft, Andreas, 84166 Adlkofen, DE;
Prankl, Florian, 84051 Essenbach, DE
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 14.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004028740
Offenlegungstag 05.01.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse B60H 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 7/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60R 16/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60H 1/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs und Klimatisieren einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Unter einem Klimasystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist sowohl eine herkömmliche Fahrzeugheizung mit Gebläse und Heizaggregat als auch eine Fahrzeugklimaanlage mit Heiz- und Kühlaggregat zu verstehen bzw. es umfasst die Erfindung beide Ausgestaltungsformen.

In Kraftfahrzeugen des heutigen Standes der Technik sind elektronische und elektrische Bauteile des Kraftfahrzeugs, die mit Funktionsaggregaten des Motorraums in Verbindung stehen in einer sog. E-Box untergebracht. Derartige E-Boxen sind im Allgemeinen ebenfalls im Motorraum des Kraftfahrzeugs untergebracht. Die Verlustleistung der elektronischen und elektrischen Bauteile, wie beispielsweise der Steuergeräte des Antriebsmotors, der Getriebesteuergeräte, Relais, Sicherungen, etc. in der E-Box erfordert eine aktive Kühlung, um die durch die Verlustleistung angefallene Wärme von den Bauteilen abzuführen und eine Überhitzung bzw. Beschädigung der Bauteile zu verhindern. Zu diesem Zweck ist bisher ein Lüfter in bzw. an der E-Box vorgesehen, der den Abtransport der entstehenden Abwärme bewerkstelligt. Dabei wird die Kühlluft aus dem Fußraum des Beifahrers angesaugt und die erwärmte Luft dorthin zurückgeblasen. Diese Ausgestaltung des Stands der Technik weist jedoch einige Probleme auf. Zunächst ist das Kühlpotential gering, weil die Ansaug- und Ausblasöffnung der E-Box dicht beieinander liegen. Durch die Verbindung des Innenraums bzw. der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs mit der E-Box entsteht eine akustische Belastung in der Fahrgastzelle. Diese akustische Belastung wird durch den Lüfter der E-Box, sowie Reifen und Motorgeräusche, die über die E-Box in die Fahrgastzelle übertragen werden, erzeugt. Darüber hinaus besteht ein weiteres Problem darin, dass nicht gereinigte Kühlluft, d.h. möglicherweise mit Staub belastete Kühlluft aus dem Fußraum angesaugt wird und den Lüfter verschmutzt und ggf. die elektrischen Bauteile beschädigen kann. Darüber hinaus kann bei der Ausgestaltung des Stands der Technik die Kühlleistung nicht mehr weiter erhöht werden.

Bei Kraftfahrzeugen besteht ein erhöhter Bedarf, auch elektronische und elektrische Bauteile, wie beispielsweise Steuergeräte, Relais oder Sicherungen, die mit Funktionsaggregaten des Innenraums bzw. der Fahrgastzelle in Verbindung stehen, zu kühlen und entsprechend die Wärme abzuführen. Diese elektrischen und elektronischen Bauteile sind in der Regel hinter dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs in einem Geräteträger montiert. Der Geräteträger nimmt einen wesentlichen Platzbedarf hinter der Armaturentafel bzw. dem Armaturenbrett ein und beeinflusst daher dessen Ausgestaltung. Um eine entsprechende Kühlung dieser Bauteile zu erreichen, ordnet beispielsweise die DE 697 07 663 T2 die elektrischen und elektronischen Bauteile in einer Art „Bypass" zu einem bestehenden Hauptlüftungskanal eines Klimasystems des Fahrzeugs an. Der „Bypass" ist jedoch dem Lüfter nachgeschaltet angeordnet und führt durch den Hauptlüftungskanal zugeführte Luft dem Lüfter nachgeschaltet ab und führt diese nach dem Kühlen der Bauteile dem Lüfter nachgeschaltet dem Hauptlüftungskanal auch wieder zu. Durch diese Ausgestaltung erfolgt ein wesentlicher Eingriff in die Funktionsweise des Klimasystems des Fahrzeugs, sei es eine Heizung mit herkömmlichem Gebläse oder eine Klimaanlage, so dass deren Funktionsweise beeinträchtigt wird. Ferner schlägt die DE 697 07 663 T2 vor, die Elektronik auf einem Nebenlüftungskanal anzuordnen, so dass eine Kühlung von Verlustleistern nur im Armaturenbrett möglich ist, wodurch gleichermaßen der Geräteträger im Armaturenbrett mehr Raum benötigt. Darüber hinaus bläst das Gebläse bei der DE 697 07 663 T2 bei einer Lüfterstellung „aus" in den Innenraum des Armaturenbretts, so dass Strömungs- und Lüftergeräusche sowie ein Schalleintrag vom Motorraum hervorgerufen werden.

Darüber hinaus offenbaren die US 5573383 A und die DE 42 20 669 C1 ein Gebläse für eine Fahrzeugklimaanlage. Die DE 41 04 034 A1 offenbart die Kühlung eines Lüftermotors eines derartigen Gebläses mit durch den Lüfter angesaugter Luft.

Somit besteht das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem darin, ein kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs die mit Funktionsaggregaten des Motorraums in Verbindung stehen, und Klimatisieren einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem eine geeignete Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile des Kraftfahrzeugs erreicht wird, ohne für einen Fahrgast in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs merklich in das Klimasystem des Kraftfahrzeugs, sei es eine herkömmliche Heizung mit Gebläse oder eine Klimaanlage, einzugreifen.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile werden durch ein kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 4 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

So liegt der vorliegenden Erfindung der Gedanke zugrunde, das in einem Kraftfahrzeug bestehende Klimasystem, in der Form einer Heizung mit Gebläse oder einer Klimaanlage, zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs zu nutzen, wobei durch eine Rückführung der Kühlluft in den Ansaugtrakt des Lüfters des Klimasystems eine nahezu völlige Kompensation des Eingriffs auf das Klimasystem bewirkt wird. Mit anderen Worten kann ein symmetrischer Abgriff von Luft aus dem Klimasystem als Kühlluft ermöglicht werden, ohne die Symmetrie des Klimasystems wesentlich und merklich zu stören.

So umfasst ein kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs und Klimatisieren einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs einen Hauptlüftungskanal, einen in dem Hauptlüftungskanal angeordneten Lüfter zum Ansaugen von Luft, ein dem Lüfter nachgeschaltetes Heizaggregat zum selektiven Erwärmen von Luft, die der Fahrgastzelle zuzuführen ist, und zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile mit von dem Lüfter angesaugter Luft eine dem Lüfter nachgeschaltet und dem Heizaggregat vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal verbundene Belüftungsleitung und eine dem Lüfter vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal verbundene Entlüftungsleitung. Mit anderen Worten wird dem Lüfter nachgeschaltet und dem Heizaggregat vorgeschaltet Luft als Kühlluft aus dem Hauptlüftungskanal des Kraftfahrzeugs entnommen, direkt oder indirekt den elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen zugeführt bzw. an diesen vorbeigeführt und im Anschluss dem Hauptlüftungskanal des Kraftfahrzeugs dem Lüfter vorgeschaltet wieder zugeführt, wobei die durch die Verlustleistung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile erzeugte Wärme durch die Kühlluft abgeführt wird. Durch diese Ausgestaltung weist die vorliegende Erfindung für die Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile einen eigenen „Hauptluftkanal" auf. Ferner wird durch die Rückführung der Kühlluft in den Ansaugtrakt des Lüfters, d.h. dem Lüfter vorgeschaltet in den Hauptlüftungskanal des Kraftfahrzeugs bewirkt, dass der Eingriff auf das Klimasystem des Kraftfahrzeugs durch das Abführen der Kühlluft kompensiert wird. Dadurch wird ermöglicht, dass durch eine geeignete Ansteuerung des Lüfters wie auch von Innenraumbelüftungsklappen, die mit dem Hauptlüftungskanal verbundene Nebenlüftungskanäle mit der Fahrgastzelle verbinden, der Eingriff auf das bestehende Klimasystem durch die Abzweigung von Luft aus dem Hauptlüftungskanal zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile derart kompensiert werden kann, dass ein Eingriff für einen Fahrgast des Kraftfahrzeugs nicht erkennbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung steht ferner stets ein Druckunterschied zur Verfügung, der eine Durchströmung von Belüftungsleitung und Entlüftungsleitung ermöglicht. Darüber hinaus wird die zurückgeführte Luft vor dem Lüfter mit frischer, kalter Luft vermengt, wodurch eine weitere Kompensation des Eingriffs auf das Klimasystem bereitgestellt wird. Ferner wird durch diese Ausgestaltung ein sehr flexibles System bereitgestellt, da die Anordnung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile an einer mehr oder minder beliebigen Position in dem Kraftfahrzeug vorgesehen werden kann und die Kühlluft über die Belüftungsleitung und die Entlüftungsleitung von bzw. zu den entsprechenden Positionen des Hauptlüftungskanals abgeführt bzw. zugeführt werden kann.

Bei einer Ausgestaltung sind bei dem kombinierten Kühl-/Klimasystem der vorliegenden Erfindung die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in einem geschlossenen Gehäuse mit einem Wärmetauscher angeordnet. Zur Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in dem Gehäuse ist der Wärmetauscher in einem Kanal vorgesehen, der aus Belüftungsleitung und Entlüftungsleitung gebildet wird, so dass die Abwärme der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile über den Wärmetauscher abführbar ist. Bei dieser Ausgestaltungsform kann der Wärmetauscher mehrere an dem Gehäuse vorgesehenen Rippen aufweisen. Der Wärmetauscher kann auch durch ein Peltier-Element ersetzt werden. Ferner wird durch die Ausgestaltung ermöglicht, in dem geschlossenen Gehäuse ein Multi-Steuergerät einzusetzen, das die Aufgaben mehrerer elektrischer und/oder elektronischer Bauteile, die mit Funktionsaggregaten des Fahrzeuginnenraums bzw. der Fahrgastzelle in Verbindung stehen, übernimmt, so dass auf den Geräteträger hinter dem Armaturenbrett, d.h. auf der Beifahrerseite im „Innenraum" des Kraftfahrzeugs verzichtet werden kann und ein Bauraumgewinn im Innenraum des Fahrzeugs entsteht. Darüber hinaus besteht ein großes Kühlpotential zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile.

Vorteilhafter Weise sind in dem geschlossenen Gehäuse die Steuergeräte des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs und/oder die Steuergeräte für andere Funktionsaggregate des Kraftfahrzeugs untergebracht. Bei den Steuergeräten des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs ist insbesondere das Motorsteuergerät von Bedeutung, da dies eine große Verlustleistung und damit verbunden eine hohe Wärmeerzeugung aufweist. So schlägt die vorliegende Erfindung bei dieser Ausführungsform vor, die Antriebssteuergeräte, die herkömmlicher Weise in der E-Box angeordnet sind, insbesondere das Motorsteuergerät, aus der E-Box herauszunehmen und alleine oder zusammen mit anderen Steuergeräten des Antriebssystems und anderer Funktionsaggregate in dem geschlossenen Gehäuse unterzubringen und die entstehende Wärme mittels des erfindungsgemäßen Kühl-/Klimasystems abzuführen. In diesem Fall kann der in Bezug auf den Stand der Technik an der E-Box vorgesehene Lüfter möglicherweise ebenfalls und insbesondere dann entfallen, wenn sämtliche elektrischen und/oder elektronischen Bauteile mit hoher Verlustleistung in dem geschlossenen Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung untergebracht werden. Die in der E-Box verbleibenden Bauteile bedürfen aufgrund wesentlich geringerer Verlustleistung dann keine separate Kühlung mehr. Somit können durch die Ausgliederung der verlustleistungsintensiven Bauteile der E-Box-Lüfter weggelassen werden und die Package-Probleme in der E-Box durch den geringen zur Verfügung stehenden Raum beseitigt werden. Dadurch wird darüber hinaus die akustische Belastung aus dem Motorraum und durch den Lüfter, die in die Fahrgastzelle eingetragen wird, reduziert.

So ist es insbesondere vorteilhaft, wenn wenigstens das Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs in dem Gehäuse aufgenommen ist.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung steht die Belüftungs- und die Entlüftungsleitung mit der E-Box des Kraftfahrzeugs in Fluidverbindung, so dass die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in der E-Box mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kühlbar sind. Dadurch wird ähnlich der vorstehenden Ausführungsform der Lüfter der E-Box überflüssig, wodurch eine Kosteneinsparung erfolgt und das Bauraumverhältnis in der E-Box verbessert wird. Darüber hinaus wird die E-Box akustisch von der Fahrgastzelle entkoppelt, so dass kein bzw. ein geringerer Geräuscheintrag erfolgt. Darüber hinaus ist keine Absaugöffnung, die mit dem Fußraum der Beifahrerseite in Verbindung steht, mehr erforderlich, die durch Objekte im Fußraum versperrt werden könnte oder wodurch Staub aus dem Fußraum in den Lüfter und in die E-Box eingesaugt werden kann, so dass die Gefahr einer Beschädigung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile aufgrund von Überhitzung oder Verstaubung reduziert werden kann. Darüber hinaus kann auf einfache Art und Weise die Kühlleistung in der E-Box erhöht und dem entsprechenden Bedarf angepasst werden.

Vorteilhafter Weise ist in dem kombinierten Kühl-/Klimasystem der vorliegenden Erfindung ein Kühlaggregat dem Lüfter vorgeschaltet in dem Hauptlüftungskanal angeordnet. Mit anderen Worten handelt es sich in diesem Fall bei dem Klimasystem der vorliegenden Erfindung um eine in heutigen Kraftfahrzeugen bevorzugte Klimaanlage.

Um die zurückgeführte, durch die, von den elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen abgeführte Wärme erwärmte Kühlluft abzukühlen, kann die Entlüftungsleitung dem Kühlaggregat vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal verbunden sein. Alternativ kann sie jedoch auch dem Kühlaggregat nachgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal verbunden sein.

Zur entsprechenden Regelung der benötigten Kühlluft, die dem Hauptlüftungskanal entnommen wird, kann in der Umgebung der Verbindungsstelle zwischen Belüftungsleitung und Hauptlüftungskanal eine Klappe an bzw. in der Belüftungsleitung vorgesehen sein, die über einen Stellmotor betätigbar ist. Im Vergleich zu dem oben erwähnten Stand der Technik ist bei der vorliegenden Erfindung nur eine Klappe notwendig, wohingegen im Stand der Technik zwei vorgesehen sind.

Vorteilhafter Weise ist zum Klimatisieren der Fahrgastzelle dem Heizaggregat nachgeschaltet wenigstens ein Nebenlüftungskanal mit dem Hauptlüftungskanal verbunden, der in die Fahrgastzelle führt. Vorteilhafter Weise wird die Zufuhr von Luft zu den Nebenlüftungskanälen und entsprechenden Anschlüssen zu der Fahrgastzelle ebenfalls über Klappen gesteuert, die vorteilhafter Weise mittels eines Stellmotors betrieben werden, um eine entsprechende Regelung zu ermöglichen, die den Eingriff des Kühlsystems auf das Klimasystem kompensiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für sich alleine stehend und solange sie einander nicht widersprechen in beliebigen Kombinationen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entnehmbar.

Die vorliegende Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenartigen Ansichten ähnliche oder gleiche Elemente.

In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform.

2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform.

3 eine perspektivische Ansicht der in 2 schematisch dargestellten zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform. So ist in 1 schematisch als Klimasystem eine Klimaanlage 19 (3) eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Klimaanlage umfasst in Strömungsrichtung der Luft zunächst zwei Ansaugleitungen 10, denen jeweils vorgeschaltet ein Pollenfilter 11 angeordnet sein kann. Ferner sind für die Umluftfunktion der Klimaanlage in den Ansaugleitungen 10 jeweils Umluftklappen 12 vorgesehen. Die Ansaugleitungen 10 führen zu einem Hauptlüftungskanal 13. Bei der Ausführungsform der Klimaanlage als Klimasystem sind in dem Hauptlüftungskanal 13 ein Kühlaggregat 14, ein dem Kühlaggregat 14 nachgeschalteter Lüfter 15 bzw. ein Gebläse und dem Lüfter 15 nachgeschaltet ein Heizaggregat 16 angeordnet. Bei dem Lüfter 15 kann es sich um einen Radiallüfter handeln.

Dem Heizaggregat 16 nachgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal 13 verbunden sind in der dargestellten ersten Ausführungsform drei Nebenlüftungskanäle 17. In den Nebenlüftungskanälen 17 bzw. an der Verbindungsstelle zwischen Nebenlüftungskanal 17 und Hauptlüftungskanal 13 sind jeweils Klappen 18 angeordnet, die vorteilhafter Weise über Stellmotoren die Luftströmung in den jeweiligen Nebenlüftungskanal steuern.

Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist eine Belüftungsleitung 20 derart mit dem Hauptlüftungskanal 13 verbunden, dass die Verbindung zwischen dem Lüfter 15 und dem Heizaggregat 16, d.h. dem Lüfter 15 in Strömungsrichtung der Luft nachgeschaltet, erfolgt. In der Belüftungsleitung 20 oder an der Verbindungsstelle zwischen Hauptlüftungskanal 13 und Belüftungsleitung 20 ist eine weitere Klappe 21 vorgesehen, die vorteilhafter Weise ebenfalls über einen Stellmotor betätigbar ist, um die Luftströmung in die Belüftungsleitung 20 zu steuern. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Belüftungsleitung 20 direkt mit einer Entlüftungsleitung 22 verbunden und steht mit dieser in Fluidverbindung. Somit bilden die Belüftungsleitung 20 und die Entlüftungsleitung 22 einen durchgängigen Kanal. Die Entlüftungsleitung 22 ist dem Lüfter 15 in Strömungsrichtung der über die Ansaugleitungen 10 angesaugten Luft vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal 13 verbunden.

Die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile, die zu kühlen sind, sind in einem geschlossenen Gehäuse 24 untergebracht, das einen Wärmetauscher 23 umfasst. Der Wärmetauscher kann in Form von Rippen an dem Gehäuse ausgebildet sein. Alternativ kann der Wärmetauscher auch durch ein Peltier-Element ersetzt werden. Vorteilhafter Weise sind bei der dargestellten Ausführungsform in dem Gehäuse 24 sowohl das Motorsteuergerät des Kraftfahrezeugs als auch andere Steuergeräte mit hoher Verlustleistung und Steuergeräte für Funktionsaggregate der Fahrgastzelle, d.h. dem Fahrzeuginnenraum, vorgesehen. Diese elektrischen und/oder elektronischen Bauteile sind über eine Steckverbindung 25 an entsprechenden Anschlüssen anbringbar.

Um die durch die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile erzeugte Wärme von diesen abführen zu können, ist der Wärmetauscher 23 des Gehäuses 24 in dem durch die Belüftungsleitung 20 und die Entlüftungsleitung 22 gebildeten Kanal angeordnet. Durch diese Anordnung kann die Kühlluft über die Belüftungsleitung 20 an dem Wärmetauscher 23 vorbei in die Entlüftungsleitung 22 strömen und dabei die durch die elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen erzeugte Wärme über den Wärmetauscher 23 abführen.

Im Folgenden wird anhand von 1 die Funktionsweise erläutert. Zum Klimatisieren der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs wählt der Fahrer oder ein Fahrzeuginsasse eine entsprechende Funktion bzw. Funktionsweise der Klimaanlage. Ist die Klimaanlage in Betrieb, so wird der Lüfter 15 betrieben und saugt über die Ansaugleitungen 10 Luft von außen an, die durch die Pollenfilter 11 gefiltert wird. Die Umlaufklappen ermöglichen dabei eine Zufuhr von Außenluft durch die Ansaugleitungen 10, d.h. sie befinden sich in einer geöffneten Stellung, oder eine Umluftfunktion, d.h. sie befinden sich in der geschlossenen Position. Die angesaugte Luft wird im Anschluss über das Kühlaggregat 14 der Klimaanlage gekühlt, wenn eine Abkühlung der Fahrgastzelle erwünscht wird und entsprechend über das Heizaggregat 16 erwärmt, wenn eine Erwärmung der Fahrgastzelle erwünscht wird. Im Anschluss wird die gekühlte bzw. erwärmte Luft über die Nebenlüftungskanäle 17 bzw. wenigstens einem davon der Fahrgastzelle zugeführt, wie es durch die Pfeile A dargestellt ist. Ist die Klimaanlage nicht in Betrieb, so steht bei herkömmlichen Systemen der Lüfter 15 still. Da jedoch zu jedem Zeitpunkt eine Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in dem Gehäuse 24 erfolgen muss, wird der Lüfter 15 auch bei stillstehendem Klimasystem, d.h. einer „Aus"-Funktion der Klimaanlage betrieben, um eine Durchströmung des Kanals 20, 22 zu bewirken. Durch die Verbindungspositionen der Belüftungsleitung 20 und der Entlüftungsleitung 22 vor bzw. nach dem Lüfter entsteht ein Druckgefälle zwischen den beiden Anschlüssen, so dass eine Durchströmung durch den Lüfter möglich wird. Über eine geeignete Ansteuerung der Klappen 18 für die Innenraumbelüftung sowie der Lüfterleistung kann die Klimatisierung der Fahrgastzelle auf einem konstanten oder im Wesentlichen konstanten Niveau gehalten werden, so dass das subjektive Empfinden des oder der Fahrgäste unberührt bleibt. Dabei wählt der Fahrer nicht wie bisher Klappenöffnung und Lüfterleistung, sondern eine Belüftungskonfiguration. So gibt der Fahrgast bzw. der Fahrer beispielsweise eine gewünschte Innentemperatur ein. Auch die Klappe 21 wird entsprechend über diese Ansteuerung gesteuert, um eine optimale Steuerung und Regelung des Systems zu ermöglichen. Die Strömung durch den Kanal 20, 22 ist in 1 durch die Pfeile B dargestellt.

Durch die Ausgestaltung der Belüftungs- und Entlüftungsleitung 22 wird es ermöglicht, über eine entsprechende Regelung der Klappen 18 des Lüfters 15 sowie der Klappe 21 den Eingriff auf das bestehende System Klimaanlage bzw. Klimasystem durch das System Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile zu kompensieren, so dass dem Fahrgast keine Änderung der Klimatisierung der Fahrgastzelle bewusst wird.

Werden die Bauteile mit hoher Verlustleistung, die sonst in der E-Box des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, in dem Gehäuse 24 außerhalb der E-Box vorgesehen, wobei das Gehäuse 24, wie zuvor beschrieben, gekühlt wird, d.h. die Abwärme der Bauteile über den Wärmetauscher 23 abgeführt wird, können hinsichtlich der bisherigen E-Box-Kühlung wesentliche Vorteile erreicht werden. So kann der im Stand der Technik vorgesehene E-Box-Lüfter entfallen, was einerseits zu einer Kosteneinsparung führt und andererseits den Geräuscheintrag in die Fahrgastzelle über die mit dem Lüfter und der Fahrgastzelle in Verbindung stehenden Leitungen minimiert. Darüber hinaus erfolgt auch kein Staubeintrag aus der Fahrgastzelle über die Leitung und den Lüfter in die E-Box, so dass eine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Bauteile durch den eingebrachten Staub ausgeschlossen werden kann. Ferner besteht auch nicht die Gefahr, dass die im Stand der Technik im Beifahrerfußraum vorgesehene Ansaugöffnung für die Kühlung der E-Box verstellt wird, so dass keine ausreichende Kühlung gewährleistet werden kann und die Bauteile beschädigt werden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Kühlung der verlustleistungsintensiven Bauteile der E-Box, die nun in dem Gehäuse 24 vorgesehen sind, verbessert. Darüber hinaus kann durch die Ausgliederung der Steuergeräte aus der E-Box die Platzproblematik in der E-Box behoben werden.

Sind darüber hinaus auch zu kühlende elektrische und/oder elektronische Bauteile in dem Gehäuse 24 vorgesehen, die herkömmlicher Weise in einem Geräteträger hinter dem Armaturenbrett vorgesehen waren und mit Funktionsaggregaten der Fahrgastzelle in Verbindung stehen, führt dies weiterhin zu dem Vorteil, dass auf den Geräteträger verzichtet werden kann bzw. dieser durch das kompaktere Gehäuse 24 ersetzt wird, so dass hinter der Armaturentafel mehr Platz besteht und die Armaturentafel nicht dem Geräteträger angepasst werden muss.

Alternativ zu der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, zeigt 2 schematisch eine zweite Ausführungsform. Teile und Elemente der zweiten Ausführungsform, die gleich denen der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform sind, sind in 2 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf eine weitergehende Erläuterung dieser Teile und Elemente an dieser Stelle verzichtet. Ferner wird bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform auch auf 3 Bezug genommen.

Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform darin, dass eine Belüftungsleitung 20 den Hauptlüftungskanal 13 mit einer in dem Motorraum vorgesehenen E-Box 26 des Kraftfahrzeugs verbindet. So ist die Belüftungsleitung 20 einerseits, ähnlich der Ausführungsform in 1, dem Lüfter 15 nachgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal 13 und andererseits mit einem Kühllufteinlass der E-Box 26 verbunden. Ferner verbindet die Entlüftungsleitung 22 die E-Box 26 mit dem Hauptlüftungskanal 13. Dabei ist die Entlüftungsleitung 22 einerseits mit einem Kühlluftauslass der E-Box 26 und andererseits, ähnlich der Ausführungsform in 1, dem Lüfter 15 vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal 13 verbunden. Die Zufuhr von Kühlluft aus dem Hauptlüftungskanal 13 wird über eine Klappe 21 gesteuert bzw. geregelt, die in der Belüftungsleitung 20 bzw. in dem Verbindungsbereich zwischen dem Hauptlüftungskanal 13 und Belüftungsleitung 20 angeordnet ist. So wird über die Belüftungsleitung 20 Kühlluft aus dem Hauptlüftungskanal 13 in die E-Box 26 geleitet und aus der E-Box 26 über die Entlüftungsleitung 22 dem Hauptlüftungskanal 13 zurückgeführt. Durch die Verbindungspositionen zwischen Belüftungsleitung 20 und Hauptlüftungskanal 13 bzw. Entlüftungsleitung 22 und Hauptlüftungskanal 13 wird ein Druckgefälle erzeugt, so dass eine Durchströmung der E-Box 26 mit Kühlluft bewerkstelligt werden kann.

Mit anderen Worten ist die E-Box über einen Belüftungs- 20 sowie einen Entlüftungskanal 22 mit der Klimaanlage verbunden. Die Luftklappe 21 am Eintritt des Belüftungskanals 20 regelt den zur Kühlung der E-Box 26 benötigten Massenstrom. Der Entlüftungskanal mündet in den Ansaugtrakt der Klimaanlage – in Strömungsrichtung – hinter der Umluftklappe. Damit wird der Massenstrom, ähnlich der Ausführungsform in 1, der der Klimaanlage zur Kühlung der E-Box 26 bzw. in 1 des Gehäuses 24 entnommen wird, vollständig zurückgeführt und das System Klimaanlage-Innenraum bleibt geschlossen, wenn die Umluftklappe 12 geschlossen ist. Um die Kühlung der E-Box 26 zu gewährleisten, muss der Lüfter 15 der Klimaanlage stets aktiviert sein. Durch eine geringfügige Steigerung der Lüfterleistung, sowie eine geeignete Ansteuerung der Luftklappen 18 der Innenraumbelüftung kann die Modifikation des bestehenden Systems – Klimaanlage – vollständig oder zumindest nahezu vollständig kompensiert werden.

Wird beispielsweise ein Fahrzeug von zunächst 100 km/h bis zum Stillstand abgebremst und der Fahrer möchte nur eine Fahrtwindkühlung, d.h. alle Belüftungsklappen sind geöffnet und der Lüfter ausgeschaltet, so ist für die Kühlung der E-Box 26 der Lüfter 15 in Betrieb. Die Belüftungsklappen 18 sind in diesem Fall jedoch über die Stellmotoren nicht vollständig geöffnet. Die Lüfterströmung und der Fahrtwind addieren sich bei dieser Klappenstellung zu der gewünschten Belüftungsströmung des Fahrers. Während der Abbremsphase schließen sich die Belüftungsklappen 18 über die Stellmotoren und die Lüfterleistung wird reduziert. Der Fahrer wählt bei diesem Konzept also nicht wie bisher Klappenöffnung und Lüfterleistung, sondern eine Belüftungskonfiguration, die über eine entsprechende Ansteuerung der Lüfterleistung, sowie der Klappenstellung erfüllt wird. Dadurch bleibt das subjektive Empfinden der Fahrzeuginsassen von dem Eingriff in die bestehende Klimaanlage unberührt.

Bei der Regelung des in 2 dargestellten kombinierten Kühl-/Klimasystems überwacht die Elektronik die Temperatur in der E-Box 26. Dabei werden beispielsweise zwei Temperatursensoren ausgewertet, welche in der E-Box 26 platziert sind. Es ist jedoch auch der Einsatz von einem oder mehreren Sensoren denkbar. Für die Regelung sind beispielsweise zwei Temperaturschwellen definiert, nämlich beispielsweise TMIN = 55°C und TMAX = 60°C. Überschreitet die Temperatur in der E-Box die Schwelle TMAX, so wird die Klappenregelung aktiv. Die Klappe 21 wird stufenweise (schrittweise, beispielsweise ungefähr 6%) geöffnet, solange TMAX unterschritten wird. Das Öffnen erfolgt mit einer Zykluszeit von beispielsweise 30 Sekunden. Falls die Klappe geöffnet wird und das Klimagebläse, d.h. der Lüfter 15, ausgeschaltet ist (Gebläsestufe 0) übernimmt die Elektronik des Kühlsystems die Steuerung des Gebläses. Es wird dabei z.B. in der Stufe 1 betrieben. Wählt der Fahrer eine Gebläsestufe größer 0, wird die Kontrolle des Lüfters 15 sofort an das Klimasteuergerät zurückgegeben. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit über 90 km/h wird zusätzlich eine Ausblasklappe geöffnet.

Unterschreitet die Temperatur die Schwelle TMAX, so wird die Klappenstellung nicht mehr verändert. Die Klappe 21 verbleibt in der zuletzt eingestellten Position. Falls die Gebläsekontrolle übernommen wurde, wird diese weiterhin mit Stufe 1 betrieben. Auch in diesem Temperaturbereich erfolgt ein Öffnen der Ausblasklappe, falls das Fahrzeug schneller als 90 km/h fährt.

Bei Unterschreiten der Temperaturschwelle TMIN wir die Klappe wieder geschlossen. Die Gebläsekontrolle wird ggf. an das Klimasteuergerät zurückgegeben. Mit anderen Worten wird bei ausgeschaltetem Gebläse (Gebläsestellung 0) der Lüfter 15 auf Grundlage des Kühlungserfordernisses der E-Box angesteuert. Wünscht der Fahrgast bzw. der Fahrer des Fahrzeugs eine Klimatisierung und betätigt die Gebläsekontrolle, so wird die Steuerung von dem Klimasystem übernommen. Das heißt, die Steuerung des Lüfters 15 wird auf Grundlage der Klimabedingungen in der Fahrgastzelle bestimmt und angesteuert.

Ferner wird durch die Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform der E-Box-Lüfter überflüssig, so dass einerseits eine Kosteneinsparung erzielt wird und andererseits auch die bereits oben beschriebenen Problematiken, die mit dem Lüfter verbunden sind, behoben werden können. Darüber hinaus wird durch das Weglassen des Lüfters weiterer Bauraum eingespart und das Kühlpotential im Vergleich zum Stand der Technik verbessert. Darüber hinaus lässt sich die Kühlleistung der jeweiligen Steuergerätekonfiguration bzw. der Wärmeentwicklung in der E-Box anpassen.


Anspruch[de]
Kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs, die mit einem oder mehreren Funktionsaggregaten des Motorraums in Verbindung stehen, und Klimatisieren einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, umfassend:

einen Hauptlüftungskanal (13);

einen in dem Hauptlüftungskanal angeordneten Lüfter (15) zum Ansaugen von Luft;

ein dem Lüfter (15) nachgeschaltetes Heizaggregat (16) zum selektiven Erwärmen von Luft, die der Fahrgastzelle zuzuführen ist; und

zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile mit von dem Lüfter (15) angesaugter Luft eine dem Lüfter (15) nachgeschaltet und dem Heizaggregat (16) vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbundene Belüftungsleitung (20) und eine dem Lüfter (15) vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbundene Entlüftungsleitung (22), wobei

die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in einem geschlossenen Gehäuse (24) mit einem Wärmetauscher (23) angeordnet sind und der Wärmetauscher in einem Kanal aus Belüftungsleitung (20) und Entlüftungsleitung (22) liegt, so dass die Abwärme der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile über den Wärmetauscher (23) abführbar ist.
Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach Anspruch 1, bei dem wenigstens ein Steuergerät des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens ein Steuergerät für ein anderes Funktionsaggregat des Kraftfahrzeugs in dem Gehäuse untergebracht sind. Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach Anspruch 1, bei dem wenigstens das Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs in dem Gehäuse aufgenommen ist. Kombiniertes Kühl-/Klimasystem für Kraftfahrzeuge zum Kühlen elektrischer und/oder elektronischer Bauteile des Kraftfahrzeugs, die mit einem oder mehreren Funktionsaggregaten des Motorraums in Verbindung stehen, und Klimatisieren einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, umfassend:

einen Hauptlüftungskanal (13);

einen in dem Hauptlüftungskanal angeordneten Lüfter (15) zum Ansaugen von Luft;

ein dem Lüfter (15) nachgeschaltetes Heizaggregat (16) zum selektiven Erwärmen von Luft, die der Fahrgastzelle zuzuführen ist; und

zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Bauteile mit von dem Lüfter (15) angesaugter Luft eine dem Lüfter (15) nachgeschaltet und dem Heizaggregat (16) vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbundene Belüftungsleitung (20) und eine dem Lüfter (15) vorgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbundene Entlüftungsleitung (22), wobei

die Belüftungs- (20) und die Entlüftungsleitung (22) mit einer E-Box (26) des Kraftfahrzeugs in Fluidverbindung verbunden sind, so dass die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in der E-Box kühlbar sind.
Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Kühlaggregat (14) dem Lüfter (15) vorgeschaltet in dem Hauptlüftungskanal (13) angeordnet ist. Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach Anspruch 5, bei dem die Entlüftungsleitung (22) dem Kühlaggregat (14) vorgeschaltet oder nachgeschaltet mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbunden ist. Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in der Umgebung der Verbindungsstelle zwischen Belüftungsleitung (20) und Hauptlüftungskanal (13) eine Klappe (21) an bzw. in der Belüftungsleitung vorgesehen ist, die über einen Stellmotor betätigbar ist. Kombiniertes Kühl-/Klimasystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zum Klimatisieren der Fahrgastzelle dem Heizaggregat (16) nachgeschaltet wenigstens ein Nebenlüftungskanal (17) mit dem Hauptlüftungskanal (13) verbunden ist, der in die Fahrgastzelle führt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com