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Die
Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge mit wenigstens einer Be- und/oder
Entlüftungsklappe mit den im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Merkmalen.
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Es
ist bekannt, dass die beim Verbrennungsprozess in einem Fahrzeug-Motor
entstehende Abwärme über eine Wasserkühlung
abgeführt wird. Das erwärmte Kühlwasser
wird mit der Luftströmung durch den Fahrwind und zusätzlich
mit einem Luftgebläse gekühlt. Genauso werden
durch den Kühlluftstrom Nebenaggregate wie Ölkühler,
Klima-Kondensator und Klimakompressor gekühlt.
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Außerdem
erfolgt eine zwangsweise Kühlung des Motorraums über
zum Beispiel in der Unterbodenverkleidung des Motorraumes befindliche,
permanent geöffnete Lüftungsöffnungen
und Düsen. Zusätzlich sind solche Düsen
auch zur permanenten Kühlung der Bremsen im Unterboden
und im Bereich der Radhäuser vorgesehen.
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Diese
passive Aggregate-Kühlung ist in den meisten Fällen
für eine maximale Motor beziehungsweise Getriebebelastung
(Fahrten in heißen Ländern, Anhängerbetrieb,
Passfahrten) oder aber für maximale Bremsenbelastung (mehrmaliges
kurzzeitiges Abbremsen aus Höchstgeschwindigkeit, Passabfahrten
mit Anhängerbetrieb und Dauerbremsen) ausgelegt. In vielen
anderen Teillast-Zuständen wird der einströmende
Kühlluftstrom nicht benötigt oder sogar nicht
erwünscht (zum Beispiel bei Kaltstart, aber auch beim überwiegenden
Anteil im Standard-Fahrbetrieb).
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Darüber
hinaus ergibt sich durch die in den Motorraum einströmende
Kühlluft eine Erhöhung des Luftwiderstandes und
damit eine Verschlechterung der Gesamtfahrzeugaerodynamik. Der Luftwiderstand
nimmt bekanntlich mit dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit zu und
beeinflusst den Treibstoffverbrauch und damit den C02-Ausstoss negativ,
wodurch auch kleine Beeinträchtigungen mit steigender Fahrgeschwindigkeit
bemerkbar werden. Wünschenswert ist daher eine aktive Lüftungsklappenbetätigung,
die nur dann einen Kühlluftstrom in den Motorraum oder
zu den Bremsen leitet, wenn die Kühlung von Motor, Getriebe
und Nebenaggregaten beziehungsweise Bremsen unerlässlich
ist. Anderenfalls sollen die Lüftungsklappen möglichst
vollständig verschlossen sein. Dadurch wird der Motor nicht
zusätzlich gekühlt, solange er in der Kaltstart-Phase
ist und die Bremsenkühlung wird nicht unnötig
einen Luftwiderstand erzeugen. Außerdem wird die Schallemission
aus dem Motorraum nach außen durch die geschlossenen Lüftungsklappen
reduziert. Auch bei einem Standard-Fahrbetrieb wird der zusätzliche Luftstrom
zur Aggregate-Kühlung in den meisten Fällen nicht
benötigt.
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Im
Flugzeugbau ist ein sogenannter Düsenkühler als
ein Wärmeüberträger bekannt, bei dem durch
die Erwärmung der Luft der Kühler eine Schubkraft
erzeugt. Der Effekt beruht darauf, dass die Luft durch einen relativ
kleinen Spalt in Bewegungsrichtung in den Kühler eingeleitet
wird, sich dort erwärmt und ausdehnt, um dann durch eine
Düse entgegen der Bewegungsrichtung wieder den Kühler
zu verlassen. Im Stand wird dadurch kein Schub erzeugt. Dieses Kühlerprinzip
wurde bei Flugzeugen mit wassergekühlten Motoren eingesetzt.
Das Prinzip des Düsenkühlers wurde 1915 von Hugo
Junkers patentiert. Eine Motorverkleidung für Flugzeuge
mit Sternmotoren, die nach dem gleichen Prinzip funktioniert, nennt man
NACA-Haube und die Düsenkühler NACA-Düsen.
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Konventionelle
Antriebe (elektromotorisch, elektromagnetisch, Antrieb über
Unterdruckdosen oder Thermowachs-Antriebe) einer Klappe können oft
aus Bauraumgründen nur schwer oder gar nicht verbaut werden.
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In
EP 1 337 757 B1 werden
aktive Ventile für die Mikrofluidik beschrieben, die durch
ein Element aus einem Formgedächtnis-Werkstoff oder elektroaktivem
Polymer angetrieben sind.
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EP 1 169 591 B1 beschreibt
ein Kraftstoff-Einspritzventil, das über ein Formgedächtnis-Element
geschaltet wird.
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In
DE 3405609 A1 wird
eine Lüftungsklappe in einem Mikrowellen-Herd beschrieben,
die durch eine Formgedächtnis-Feder betätigt ist.
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EP 1 161 204 B1 beschreibt
die spezielle Gestaltung einer Formgedächtnis-Feder, die
in einer medizinischen Anwendung in Blutbahnen implementiert wird.
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In
EP 1 219 313 A1 wird
die Verwendung eines in einem flexiblen Schlauch integrierten Ventils aus
einer magnetisch getriebenen Formgedächtnislegierung beschrieben.
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Eine
Schiebedachöffnung im Dach eines Fahrzeugs weist einen
verschiebbaren und schräg aufstellbaren Deckel auf, welcher
mechanisch oder elektromechanisch betätigt ist. Meistens
wird das Öffnen und Schließen des Schiebedachdeckels
manuell durch einen Benutzer aus dem Fahrzeuginneren ausgelöst.
Die Schiebedachöffnung dient der Zufuhr von Frischluft
und wird meist dann geschlossen, wenn der Benutzer sich bei steigender
Geschwindigkeit durch den Fahrtwind oder Windgeräusch gestört fühlt
oder bewusst den Luftwiderstand verringern will, den eine offene
Schiebedachöffnung verursacht. Eine zusätzliche
windabweisende Klappe wird bei geöffnetem Schiebedachdeckel
dem Fahrtwind entgegen schräg aufgestellt.
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DE 1 630 287 offenbart eine
Schiebedachklappe, die zum Verringern der Schließ- und Öffnungskräfte
pneumatisch durch Unterdruck oder Überdruck angetrieben
ist.
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Bekannt
ist ferner eine manuell betätigte Sommer/Winter-Klappe,
die beispielsweise die Luftzufuhr zum Luftansaugtrakt des Motors
in der kalten Jahreszeit von direkter Strömungsluft auf
eine Luftzufuhr aus dem Motorraum umschaltet. Solche Klappe bewirkt
zwar ein gewünschtes wärmeres Mikroklima für
den Verbrennungsmotor während der kalten Jahreszeit, jedoch
ist sie nicht an einer äußeren Fläche
des Fahrzeugs angeordnet, sondern meist hinter einem Frontluftgitter,
sodass ihre Öffnungsstellung keinen oder fast keinen Einfluss
auf die Gesamtfahrzeugaerodynamik ausübt.
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Ebenso
weist keine der oben aufgeführten Patentliteraturquellen
eine auf die Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeugs gerichtete
Lösung auf.
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Unter
dem Begriff Aggregat wird im Folgenden die Vereinigung mehrerer
Geräte, Maschinen oder Apparate zur Erfüllung
einer bestimmten technologischen Funktion verstanden. Das Aggregat
unterscheidet sich wesentlich von einem einzelnen Teil oder Werkzeug.
Mit der Verknüpfung wird die technologische Funktion des
einzelnen Geräts im Aggregat aufgehoben, sie wird vielmehr
unter die technologische Funktion des Aggregats subsumiert.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Belüftungsöffnungen
aller Art an Fahrzeugen, insbesondere an den das Fahrzeug umschließenden
Flächen, derart zu schließen und zu öffnen, dass
deren aerodynamische Öffnungswiderstände nur bei
solchen Betriebsbedingungen einen erhöhten Widerstand erzeugen,
wenn die Funktion der jeweiligen Öffnung unerlässlich
ist und wenn die Betriebsbedingungen einen Betrieb ohne oder mit
teilweise verschlossenen Öffnungen zulassen, diese entsprechend
aerodynamisch optimiert mit den umgebenden Fahrzeugflächen
wirken zu lassen.
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Dadurch,
dass bei einem Kraftfahrzeug mit wenigstens teilweise umschließenden äußeren
Flächen mit wenigstens einer darin zum Kühlen und/oder
Belüften vorgesehenen Belüftungsöffnung, die
in einem vorderen Bereich, vorzugsweise dem Motorraumbereich, frontal,
seitlich, oberhalb oder unterhalb und/oder unterhalb der Karosserie
und/oder in einem anderen Bereich der Karosserie angeordnet ist
und zum Be- und/oder Entlüften wenigstens eines von zu
den Antriebs-, Klimatisierungs- oder Bremseinrichtungen gehörenden
Aggregate durch angesaugte oder hineingeblasene Außenluft
oder die durch Fahrtwind herausgesaugte Luft vorgesehen ist, wenigstens
eine Belüftungsöffnung mit wenigstens einer zum Öffnen
und Schließen vorgesehenen Deckelklappe ausgestattet ist
und die Belüftungsöffnung so verschließt,
dass die äußere Fläche der Deckelklappe
mit den anliegenden äußeren Flächen des
Fahrzeugs oder seiner Teile eine möglichst aerodynamisch
günstige Flächengestalt bildet, ist die Aufgabe
der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung ist die Deckelklappe
an einem Rand einer zum Fahrzeug gehörenden Fläche schwenkbar
gelagert und weiterhin vorzugsweise mit einem Antrieb ausgestattet.
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In
noch einer bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung ist
der Antrieb der Deckelklappe mit Hilfe wenigstens eines elektromechanischen
Betätigungsgliedes wie einem Elektro-Motor, Zug-, Hub-
oder Stoßmagneten, einer pneumatischen oder hydraulischen
Betätigungseinheit mit oder ohne eines Getriebegliedes
ausgeführt.
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Bei
einer besonders wegen erreichbarer Kompaktheit bevorzugten Ausgestaltung
vorliegender Erfindung ist der Antrieb der Deckelklappe mit wenigstens
einem werkstoffaktiven Betätigungsglied ausgeführt,
das als sein wesentliches Betätigungselement einen elektrisch,
thermisch oder magnetisch aktiven Werkstoff wie ein Piezoelement,
bimetallisches Element, Ausdehnungs-Thermoelement, Formgedächtnis-Element
oder dergleichen aufweist.
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Vorzugsweise
ist in einer weiteren Ausgestaltung vorliegender Erfindung das Betätigungsglied von
einer elektronischen Steuerung gesteuert, die anhand eines Sensorelementsignals
eine physikalische Größe auswertet und ein Steuersignal
zum Betreiben des Betätigungsgliedes erzeugt. Dadurch kann
der Öffnungsgrad der Deckelklappe in Abhängigkeit
von verschiedenen physikalischen Parametern wie beispielsweise Temperatur
und/oder Luftdruck genauer gesteuert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung
ist das aktive Betätigungsglied als ein thermisch wirkendes
Element, solches wie ein bimetallisches Element, Ausdehnungs-Thermoelement,
Formgedächtnis-Element oder dergleichen ausgeführt.
Die Thermoelemente lassen sich mit weiter unten beschriebenen Ausgestaltungen durch
die Wärme der umgebenden Luft zum Beispiel im Motorraum
oder durch Erhitzen mittels elektrischen Stroms einfach betätigen
und sind preiswert in Herstellung, wobei beispielsweise das aktive
Betätigungsglied durch die von den Fahrzeug-Aggregaten erzeugte
Wärme und/oder durch die Lufttemperatur der Fahrtwind-Luftströmung
direkt thermophysikalisch betätigt ist oder, alternativ,
das aktive Betätigungsglied mit Hilfe eines zusätzlichen
Heizelementes elektrisch beheizt ist.
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In
jeweils einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist als das
zusätzliche, elektrisch bestromte Heizelement ein Drahtelement
oder ein Flächenelement verwendet. Draht ist das denkbar
einfachste Konstruktionsmittel und daher leicht verarbeitbar. Für
bandförmig oder plattenförmig ausgebildete werkstoffaktive
Betätigungselemente kann von Vorteil sein, für
das zusätzliche, elektrisch bestromte Heizelement eine
dünne oder dünnschichtige Heizfolie zu verwenden.
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Besonders
vorteilhaft kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung das aktive Betätigungsglied zum Erzeugen einer
Heizleistung direkt elektrisch bestromt sein. In diesem Fall entfällt das
zusätzliche Heizelement, was eine Vereinfachung und daher
eine Kostenersparnis bewirken kann.
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Das
aktive Betätigungsglied kann in einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wenigstens zwei im Wesentlichen
eng nebeneinander beziehungsweise übereinander angeordnete
werkstoffaktive Elemente aufweisen, die jeweils zum Erzeugen einer
Heizleistung für sich getrennt elektrisch bestrombar sind.
Dadurch kann das werkstoffaktive Betätigungselement wählbar
in verschiedene Richtungen wirken. Bei entsprechender Anzahl der
einzelnen Betätigungselemente können mehr als
zwei verschiedenen Betätigungsrichtungen erreicht sein.
Ebenso kann dadurch eine unterschiedliche Wirkkraft vorgegeben sein.
Ferner können in noch einer bevorzugten Weiterbildung vorliegender
Erfindung die werkstoffaktiven Elemente als Formgedächtnis-Elemente
mit jeweils unterschiedlich voreingestellter Schalttemperatur ausgeführt sein.
Hierdurch kann eine stufenweise Öffnung/Schließung
der Deckelklappe erreicht sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist die an einem Rand einer zum Fahrzeug gehörenden Fläche
schwenkbar gelagerte Deckelklappe in einem Drehgelenk-Scharnier
oder einem Biege-Scharnier in Längs- oder Querrichtung
oder einer dazwischenliegenden Richtung bezüglich der Geradeaus-Fahrtrichtung
des Fahrzeugs gelagert.
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Das
werkstoffaktive Betätigungsglied kann in einer bevorzugten
Ausgestaltung vorliegender Erfindung zusätzlich und gleichzeitig
als ein Sensorelement verwendet sein und ein von einer physikalischen
Größe abgeleitetes Messsignal an eine Steuerung
liefern. Das kann beispielsweise Temperatur-, Luftdruck- oder ein
Schwingungssignal sein.
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Vorzugsweise
kann das werkstoffaktive, aus einem Formgedächtnis-Werkstoff
hergestellte Betätigungsglied als ein Draht, mehrere Drähte,
ein mäanderförmig angeordneter Draht, eine Platte
und/oder ein Band ausgeführt sein, um hierdurch eine gewünschte
Kraftwirkung und/oder Veränderungslänge vorgeben
zu können.
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Vorzugsweise
weist das aus dem Formgedächtnis-Werkstoff hergestellte
Betätigungsglied der Deckelklappe eine vorbestimmte Wirktemperatureinstellung
auf. In Gegensatz zu bimetallischen aktiven Werkstoffen, die eine
kontinuierliche thermische Längenänderung aufweisen,
können die Formgedächtnis-Werkstoffe eine relativ
enge Schalttemperatur realisieren.
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Die
Deckelklappe kann sowohl als aktiv schließend oder aktiv öffnend
ausgeführt sein. Ferner kann die mit der Deckelklappe verschlossene
Belüftungsöffnung in Richtung gegen Fahrtwind
oder in der dem Fahrtwind abgewandten Richtung angeordnet sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist die Druckkraft des Fahrtwindes als eine die Deckelklappe schließende oder
eine öffnende Betätigungskraft verwendet. Hierdurch
kann eine luftdruck- und dadurch eine geschwindigkeitsabhängige
Deckelklappen-Steuerung realisiert sein.
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Die
Deckelklappe ist vorzugsweise mit wenigstens einem federnden Element
gegen die wirkende Kraft vorgespannt. Die Fläche der Deckelklappe kann
sowohl als eine starre Klappfläche als auch als eine biegsame
Klappfläche ausgeführt sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist die Deckelklappe mit wenigstens einem in wenigstens einer Stufe,
die zu einer Öffnungsstufe der Deckelklappe korrespondiert,
einrastenden Element ausgestattet, welches entriegelbar ist. Hierdurch
braucht ein werkstoffaktives Element in seiner aktiven, durch ein
elektrisches Signal erzeugten Stellung nicht ständig mit
elektrischer Energie bestromt zu sein, weil durch eine Einrastung
die erreichte Lage beibehalten wird. Zum Lösen aus einer
solchen Einraststellung wird das elektrische Signal noch mal angelegt
und eine Entriegelungsvorrichtung betätigt.
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Hierzu
kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung
das einrastende Element als ein mikroverzahntes Scharnier mit definierter
vorgegebener Überwindungskraft als eine mechanische Ratsche
mit automatischer Arretierung ausgeführt sein.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist die Deckelklappe mit einer verschiebbaren Masse ausgestattet, die
in einem in der Deckelklappe vorgesehenen Hohlraum angeordnet ist.
Hierdurch lässt sich das mechanische Öffnungs-/Schließungsverhalten
der Deckelklappe situationsbedingt verändern.
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Die,
die Deckelklappe vorspannende Feder kann aus einem werkstoffaktiven
Element wie einem Formgedächtnis-Element ausgeführt
und die Federkonstante der vorspannenden Feder durch Veränderung
der Parameter des werkstoffaktiven Elementes veränderbar
sein. Hierdurch werden lediglich die physikalischen Eigenschaften
des werkstoffaktiven Elementes verändert, wodurch ein anderes,
beispielsweise situationsangepasstes Öffnungs-/Schließungsverhalten
der Deckelklappe erreichbar ist.
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Die,
der Deckelklappe vorspannende Feder kann vorteilhaft in einer Reihen-
und/oder Parallelschaltung von passiven Federn angeordnet sein.
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In
noch einer nächsten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist das Biege-Scharnier der Deckelklappe als ein Blechstreifen mit
einem werkstoffaktiven Element verwendet.
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In
noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung
ist als Betätigungselement wenigstens ein im Scharnier
angeordnetes, hochdynamisch durch ein Schwingungssignal erregtes
Piezoelement verwendet. Dieses kann beispielsweise auf eine einrastend
wirkende Ritzel wirken, die als eine Antriebswelle angeordnet und
gestaltet ist.
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Zwischen
einem Betätigungsglied und der Deckelklappe oder der Fahrzeugfläche
kann ein Übertragungselement angeordnet sein, welches beispielsweise
als ein Seil oder Stab ausgeführt ist und lediglich die
Betätigungskraft des Betätigungsgliedes überträgt.
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Nach
einem Teilaspekt der vorliegenden Erfindung ist die Deckelklappe
als Alternative zu einem aktiven elektromechanischen Antrieb lediglich
mit einem Federelement zur geschlossenen Position hin vorgespannt,
wobei ihre Öffnungsrichtung in Fahrtrichtung ausgerichtet
und an dem vorderen Abschnitt der Deckelklappe eine zusätzliche
geneigte Fläche ausgebildet ist, die den Staudruck des
Fahrtwindes aufnimmt.
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Bevorzugt
ist das Federelement als eine Spiral-, Schenkel- oder Biegefeder
ausgeführt und weist eine vorbestimmte Federcharakteristik
auf. Noch bevorzugter kann das Federelement durch die Fläche der
Deckelklappe ausgebildet sein, die hierzu aus einem federnden Material
geformt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegender Erfindung ist das, durch
die Fläche der Deckelklappe ausgebildete, Federelement
mit einem „Knackfroscheffekt” versehen und weist
dadurch einen stabilen und einen metastabilen Zustand auf. Dadurch
wird die Deckelklappe schlagartig geöffnet und geschlossen,
wenn die durch den Fahrtwind erzeugte Luftdruckkraft jeweils einen
entsprechend voreingestellten Betrag über- oder unterschreitet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an
der Fläche der Deckelklappe ein wenigstens einen Flächenabschnitt
abdeckendes elastisches Element angeordnet, das mit der Fläche
der Deckelklappe festverbunden ist. Hierdurch werden unerwünschte
Eigenschwingungen der Deckelklappe gedämpft und beim Verwenden
des Knackfroscheffektes zugleich auch das mit ihm einhergehende
Klackgeräusch unterdrückt. Ferner werden dadurch
auch trommelnde Geräusche gedämpft, die durch
Steinschläge entstehen können. Das elastische
Element kann beispielsweise aus Gummi oder einem Elastomer hergestellt
sein. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten, Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1A eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch vorbeiströmenden Fahrtwind nach Stand der Technik;
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1B eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind nach Stand der Technik;
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1C eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind nach Stand der Technik;
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1D eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den vorbeiströmenden Fahrtwind nach Stand der Technik;
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2 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer ersten Ausgestaltung;
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3 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer zweiten Ausgestaltung;
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4 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer dritten Ausgestaltung;
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5 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer vierten Ausgestaltung;
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6 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer fünften Ausgestaltung;
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7 eine
schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Lüftungsöffnung mit Entlüftung
durch den in die Belüftungsöffnung einströmenden
Fahrtwind mit erfindungsgemäßer Deckelklappe in
einer sechsten Ausgestaltung;
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8 eine
schematische Darstellung einer an einem Fahrzeug angeordneten erfindungsgemäßen
Deckelklappe in einer siebten Ausgestaltung der Erfindung und
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9A, 9B und 9C eine
schematische Darstellung einer an einem Fahrzeug angeordneten erfindungsgemäßen
Deckelklappe in einer achten Ausgestaltung der Erfindung und
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10A, 10B eine
schematische Darstellung einer an einem Fahrzeug angeordneten erfindungsgemäßen
Deckelklappe in einer neunten Ausgestaltung der Erfindung.
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1A bis 1D zeigen
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines Fahrzeugs
angeordneten Belüftungsöffnung 10 nach Stand
der Technik.
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In 1A und 1D strömt
der Fahrtwind vorbei an einer ihm abgewandt ausgerichteten Belüftungsöffnung 10 und
erzeugt eine Saugwirkung, durch welche die warme Luft aus dem Motorraum ausgesogen
wird.
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In 1B und 1C ist
die Wandung 14 der Lufthutze in Fahrtrichtung ausgerichtet,
sodass die Öffnung 10 direkt im einströmenden
Fahrtwind angeordnet ist. Bei dieser Anordnung strömt ein
Teil der Fahrtluft in die Öffnung 10 ein und wird
eventuell beispielsweise irgendwo an einer anderen (nicht dargestellten)
Stelle wieder nach außen herausgeführt.
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In
allen beschriebenen Fällen verursachen solche Belüftungsöffnungen 10 nach
Stand der Technik einen nicht unerheblichen Luftwiderstand und sind
unter Umständen in Kaltlaufphasen und bei Normalbetrieb überdimensioniert
und tragen dadurch zu einem übermäßigen
Kühlen der Motor- und Fahrzeugaggregate bei, wodurch Energie
verloren geht und die Kaltlaufphasen länger dauern als
es nötig ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Belüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer ersten Ausgestaltung.
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Die
Belüftungsöffnung 10 ist hierbei gegen den
mit einem Pfeil gekennzeichneten Fahrtwind ausgerichtet, kann aber
in einer anderen Ausgestaltung genau anders herum angeordnet sein
wie unter 1A bis 1D beschrieben
worden ist.
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Ein
Betätigungselement 20 wirkt auf die Deckelklappe 18 beispielsweise über
ein Übertragungselement 16 ein, das sowohl als
ein auf Zug beanspruchter Seilzug als auch eine auf Zug und Druck beanspruchbare
Stange ausgeführt sein kann. Die Deckelklappe 18 ist
hierbei als eine starre Fläche ausgeführt, die
in einem Gelenkscharnier 13 drehbar an einer Unterbodenfläche 12 gelagert
ist.
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In
dieser Ausführung kann die Lüftungsklappe, nachdem
sie ein wenig geöffnet ist, durch den Luftdruck des Fahrtwindes
nach unten gedrückt sein. Ebenso kann die Deckelklappe 18 durch
eine nicht dargestellte Feder vorgespannt sein, die als eine beliebig
gestaltete Zug-, Druck- oder Schenkelfeder oder/und Ähnliches
ausgeführt sein kann.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Belüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer zweiten Ausgestaltung.
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Hierbei
ist die Anordnung der Belüftungsklappe 18 an dem
Fahrzeugboden 12 im Wesentlichen gleich der in 2 beschriebenen,
jedoch ist der Antrieb oder das Betätigungsglied 20 in
Bezug auf die Deckelklappe auf der anderen Seite der Unterbodenfläche 12 angeordnet
und hierdurch auch das Übertragungselement 16 in
einem flacheren Winkel an der Deckelklappe 18 in Eingriff
gebracht. Dies kann unter Umständen bedingt durch verfügbaren
Bauraum nötig sein.
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Das Übertragungselement 16 kann
hierbei als ein Seilzug ausgeführt sein, der von einem
beispielsweise elektromechanischen Betätigungsglied 20,
zum Beispiel einem Getriebe-Elektromotor, auf- und abgewickelt wird.
In einer anderen Ausführung kann das Übertragungselement 16 selbst
ein werkstoffaktives Betätigungsglied 20 sein,
zum Beispiel ein thermisch in der Länge beeinflussbares
Drahtseil, welches anstelle des dargestellten Betätigungsgliedes 20 lediglich
eine Befestigung aufweist oder in einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung außerdem zusätzlich mit einem elektromechanischen
Betätigungsglied 20 angetrieben ist.
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Die
Deckelklappe 18 ist vorzugsweise durch eine (nicht dargestellte)
Zug-, Druck- oder Schenkelfeder oder dergleichen in Richtung Öffnen
vorgespannt.
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Die
Steuerung der Öffnung und des Schließens der Deckelklappe 18 erfolgt
beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Steuerung (nicht dargestellt),
welche die beispielsweise die Motorraum-Temperatur oder die Temperatur
eines anderen Aggregates erfasst und die Frischluftzufuhr abhängig davon
steuert. Alternativ kann auf eine solche elektronische Steuerung
in einer weiteren Ausgestaltung ganz verzichtet sein, in der die
in die Belüftungsöffnung 10 einströmende
Außenluft und die in dem Motorraum zirkulierende Luft direkt
auf den als ein werkstoffaktives Betätigungsglied 20 ausgeführten
Seilzug 16 thermisch wirkt. In der Kaltlaufphase ist die Luft
im Motorraum kalt, sodass der Seilzug 16 sich zusammenzieht
und die Deckelklappe 18 schließt. Wird die auf
den Seilzug einströmende Luft wärmer, so öffnet
der sich ausdehnende Seilzug die Deckelklappe 18 und lässt
kältere Luft einströmen und vice versa.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Lüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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In
einer im Wesentlichen gleichen Anordnung wie vorher beschrieben
ist eine Deckelklappe 18 mit einem werkstoffaktiven Betätigungsglied 22 angetrieben,
welches beispielsweise aus einem Formgedächtnis-Werkstoff
mit einer vorgegebenen Schalttemperatur hergestellt ist. Die Steuerung
dieses werkstoffaktiven Betätigungsgliedes 22 ist
sowohl wie vorher beschrieben durch eine direkte thermische Wirkung
der Luftströmung als auch durch eine elektronische Steuerung
ausführbar. Im letzteren Fall kann in einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung das werkstoffaktive Betätigungsglied 22 durch
ein Heizelement (nicht dargestellt), beispielsweise ein aus Draht
oder aus einer dünnen Folie hergestelltes, gesteuert aufgeheizt
sein oder alternativ selbst als das Heizelement dienen, indem elektrischer
Strom durch das werkstoffaktive Betätigungsglied 22 zum
Aufheizen durchgeleitet wird. In diesem Fall ist das werkstoffaktive
Betätigungsglied 22 gegen Kurzschluss mit anliegenden
Teilen zu isolieren.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Lüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
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Im
Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausgestaltungen ist die
Deckelklappe 18 hierbei als eine biegsame Fläche
aus einem flexiblen Material hergestellt. Diese biegsame Fläche
kann selbst als ein vorgespanntes Federelement ausgeführt
sein oder durch eine (nicht dargestellte) Feder, zum Beispiel in Öffnungsrichtung
vorgespannt sein. Wie in 2 beschrieben betätigt
beispielsweise ein Betätigungsglied 20 über
ein Übertragungselement 16 die Deckelklappe 18.
Hiermit entfällt ein Gelenk-Scharnier zur drehbaren Lagerung
der Deckelklappe 18 und es ist stattdessen ein Biege-Scharnier
verwendet, der sich im Wesentlichen beispielhaft über die ganze
Länge der Deckelklappe 18 erstreckt.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Belüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer fünften Ausgestaltung der Erfindung.
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Es
ist eine Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer
biegsamen Deckelklappe 18 wie in 5 beschrieben,
die durch einen Seilzugantrieb wie in 3 beschrieben
angetrieben ist. Der Seilzug 16 kann wie dargestellt die
Fläche der Deckelklappe durchkreuzen und von der Außenseite
in Richtung Öffnen ziehen, sodass in diesem Fall die Deckelklappe 18 in
Richtung zum Schließen vorgespannt sein kann. In Bezug
auf die Steuerung können alle beschriebenen Arten der Steuerung
auch in dieser Ausgestaltung verwendet sein.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer unter einem Motorraum eines
Fahrzeugs angeordneten Belüftungsöffnung 10 mit
Entlüftung durch den in die Belüftungsöffnung 10 einströmenden Fahrtwind
mit erfindungsgemäßer Deckelklappe 18 in
einer sechsten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Die
Deckelklappe 18 ist hierbei wie in 5 und 6 zuvor
beschrieben als eine biegsame Fläche ausgeführt,
die ohne eines Gelenk-Scharniers an der Unterbodenfläche 12 angebaut
ist.
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Die
Betätigung der Deckelklappe 18 erfolgt durch ein
werkstoffaktives Betätigungsglied 24, welches ähnlich
dem werkstoffaktiven Betätigungsglied 22 in 4 direkt
an der Innenfläche der Deckelklappe 18 angebracht
ist und auf diese direkt einwirkt und mit ihr zusammen biegsam gestaltet
ist.
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Als
aktiver Werkstoff kommt beispielsweise Formgedächtnis-Material
oder ein bimetallisches Material in Frage, das heißt ein
thermisch wirkendes, beispielsweise aus zwei übereinander angeordneten Gliedern
zusammengesetztes Element. Die Ansteuerung kann auf einer der bereits
beschriebenen Arten ausgeführt sein, beispielsweise.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung einer an einem Fahrzeug angeordneten
erfindungsgemäßen Deckelklappe 18 in
einer siebten Ausgestaltung der Erfindung in einer Draufsicht.
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Hierbei
ist der Seilzug 16n zwischen einem vorderen Halteelement 26A und
einem hinteren Halteelement 266 mehrmals mäanderförmig
an den dafür vorgesehenen (nicht dargestellten) Umkehrpunkten
aufgespannt. Hierdurch ist die mögliche durch einen Seilzug
erreichbare Krafteinwirkung um die Anzahl n der einzelnen Seilzugstränge 16n erhöht.
Der Seilzug kann daher aus einem relativ dünnen Draht hergestellt
sein.
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9A, 9B und 9C zeigen
eine schematische Darstellung einer an einem Fahrzeug angeordneten
erfindungsgemäßen Deckelklappe 18 in
einer achten Ausgestaltung der Erfindung.
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In
dieser Ausgestaltung ist die Deckelklappe 18 unter Verzicht
auf zusätzliche elektromechanische Betätigungseinheiten
derart eingerichtet, dass sie durch den Fahrtwind betätigt
wird. Hierzu ist die Deckelklappe mit der Öffnung zur Fahrtwindrichtung, wie
in 1C gezeigt, ausgerichtet und vorzugsweise an ihrem
vorderen Kantenabschnitt mit einer zusätzlichen geneigten
Fläche 19 ausgestattet, die dadurch eine Staudrucklippe
bildet. Diese Staudrucklippe 19 hat eine derartige vorgegebene
Form und Größe, dass der Fahrtwind ab einer gewissen
erreichten Geschwindigkeit genügend Druckkraft erzeugt,
um die Deckelklappe 18 gegen die Federkraft eines Federelementes 17,
das hier beispielhaft als eine Zug-Spiralfeder ausgebildet ist,
zu öffnen. Das Federelement 17 spannt mit einer
vordefinierten Kraft und vorgegebenen Federcharakteristik die Deckelklappe 18 zu
der geschlossenen Stellung vor. Das Maß der Öffnung
der Deckelklappe 18 stellt sich proportional der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs und der Federkraft des Federelementes 17 ein,
so dass bei höherer Geschwindigkeit eine zunehmend größere Öffnung 10 der
Deckelklappe 18 eine intensivere Belüftung des
hinter der Öffnung 10 angeordneten Innenraums,
beispielsweise des Motorraums, ermöglicht. Da ein Motor
bei höherer Geschwindigkeit auch mehr Leistung liefert,
fällt dadurch auch mehr Abwärme an, so dass die
erfindungsgemäße geschwindigkeitsabhängige
Belüftung hierzu auch eine sehr preiswerte und effektive
Abhilfe schafft. Die Staudrucklippe 19 hat relativ geringe Abmessungen
und verursacht daher einen, nur bei niedriger Geschwindigkeit bei
geschlossener Deckelklappe 18, wirksamen geringen Luftwiderstand.
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Bevorzugt
sind die seitlichen Bereiche der Deckelklappe 18 mit seitlichen
Verschließelementen 21a, 21b, 21c, 21d verschlossen,
damit die einströmende Fahrtwindluft besser gebündelt
ist. Sie sind in dieser Ausgestaltung als zusammenklappbare Faltelemente
ausgeführt, müssen aber nicht notwendigerweise
angebracht sein. Ferner können die Verschließelemente
eine dämpfende Wirkung haben, die darauf gerichtet ist,
die mechanische Bewegung der Deckelklappe 18 schwingungsfrei
abzudämpfen, damit die Deckelklappe durch den Fahrtwind
nicht zu einer flatternden Eigenschwingung angeregt wird.
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In 9A ist
die Deckelklappe 18 durch die vorspannende Kraft des Federelementes 17 geschlossen.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist noch zu gering, so dass die
durch den Fahrtwind erzeugte Druckkraft nicht ausreicht, die vorspannende Kraft
des Federelementes 17 zu überwinden.
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In 9B ist
die Deckelklappe 18 bereits um einen Winkel geöffnet,
wobei nach dem Öffnen der Deckelklappe 18 schlagartig
auch die Innenfläche der Deckelklappe 18 dem Luftdruck
des Fahrtwindes ausgesetzt wird, so dass die Deckelklappe 18 dann schnell
geöffnet wird.
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In 9C ist
eine perspektivische Ansicht der Ausgestaltung nach 9A und 9B dargestellt.
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Die 10A und 10B zeigen
eine schematische Darstellung einer, an einem Fahrzeug angeordneten,
erfindungsgemäßen Deckelklappe 18 in einer
neunten Ausgestaltung der Erfindung. Da es lediglich eine Weiterbildung
der Ausgestaltung nach 9A, 9B und 9C darstellt,
wird im Folgenden auf eine wiederholende Beschreibung gleicher Funktionsweise
verzichtet.
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Im
Unterschied zur vorherigen erfindungsgemäßen Ausgestaltung
sind die seitlichen Verschließelemente 21 in dieser
Ausgestaltung als gewölbte flexible Flächenelemente
ausgeführt, die bei geschlossener Stellung der Deckelklappe 18,
wie in 10A dargestellt, sich kreisförmig
wölben, und in der geöffneten Stellung der Deckelklappe 18 wie in 10B dargestellt flach ausgerichtet werden. Die
seitlichen Verschließelemente können in einer
erfindungsgemäßen weiteren Ausführung
selbst als Federelemente dienen, so dass auf ein zusätzliches
Federelement 17 dann verzichtet werden kann.
-
Die
vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind
lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen.
Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen
werden. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist zur Veranschaulichung
vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche
einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und
Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne
dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen
definiert ist.
-
- 10
- Belüftungsöffnung
- 12
- Fahrzeugfläche,
Unterbodenfläche
- 13
- Drehgelenk-Scharnier
- 14
- Wandung
der Lufthutze
- 15
- Umlenkelement
- 16
- Übertragungselement, Seilzug
- 16n
- mäanderförmiger
Seilzug
- 17
- Federelement
- 18
- Deckelklappe
- 19
- zusätzliche
geneigte Fläche, Staudrucklippe
- 20
- Betätigungsglied
- 21,
21a, 21b, 21c, 21d
- seitliche
Verschließelemente
- 22,
24
- werkstoffaktives
Betätigungsglied, Blechstreifen
- 26A
- vorderes
Haltelement
- 26B
- hinteres
Haltelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1337757
B1 [0008]
- - EP 1169591 B1 [0009]
- - DE 3405609 A1 [0010]
- - EP 1161204 B1 [0011]
- - EP 1219313 A1 [0012]
- - DE 1630287 [0014]