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Die
Erfindung betrifft eine Lüfterhaube für mindestens
einen in einem Kraftfahrzeug angeordneten, von Umgebungsluft beaufschlagten
Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Es
ist bekannt, dass in Luftströmungsrichtung hinter einem
Wärmeübertrager, z. B. einem Kühlmittelkühler
und/oder einem Ladeluftkühler eines Kraftfahrzeuges eine
Lüfterhaube angeordnet ist, welche die durch den Wärmeübertrager
strömende Umgebungsluft kanalisiert und einem Lüfter
zuführt, welcher in einem Zargenring der Lüfterhaube umläuft.
Die Umgebungsluft wird einerseits durch den Lüfter gefördert
und andererseits bei zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeuges
durch Staudruck durch den oder die Wärmeübertrager
gedrückt.
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Es
ist auch bekannt, in der Lüfterhaube, d. h. neben der Lufteröffnung
Staudruckklappen vorzusehen, welche bei erhöhter Geschwindigkeit öffnen
und dadurch einen größeren Luftdurchsatz durch
den Wärmeübertrager ermöglichen, wodurch
die Kühlleistung verbessert wird. Andererseits ist mit
dem Öffnen der Staudruckklappen ein höherer Fahrzeugwiderstand
(erhöhter cW-Wert) verbunden. Die
bekannten Staudruckklappen sind frei verschwenkbar, insbesondere
um horizontal angeordnete Achsen und schließen bei Nachlassen
des Staudruckes infolge Schwerkraft oder Federkraft.
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Es
ist auch bekannt, vor oder hinter dem Kühler eines Kraftfahrzeuges
eine Kühlerjalousie, bestehend aus Klappenelementen oder
einem Rollo, anzuordnen. Durch die
WO 2006/066680 A1 der
Anmelderin wurde eine Kühlerjalousie mit Klappenelementen
bekannt, welche durch Luftkräfte geöffnet und
durch ihre Schwerkraft wieder geschlossen werden. Um ein Öffnen
der Klappen in einem bestimmten Betriebszustand zu verhindern, ist
eine Verriegelung der Klappen in Form einer Drehwelle mit Sperrelementen
vorgesehen, welche in die Öffnungsbewegung der Klappen
eingreifen und diese somit sperren. Damit kann keine Luft durch
den Kühlmittelkühler hindurch treten. Ziel dieser
Maßnahme ist es, die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors
nach einem Kaltstart zu verkürzen, weshalb die Verriegelung erst
dann gelöst wird, d. h. eine Freigabe der Klappenelemente
erfolgt, sobald der Motor eine gewisse Betriebstemperatur erreicht
hat.
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Durch
die
EP 1 728 667 A2 der
Anmelderin wurde ein Kraftfahrzeugkühler mit einem Abdeckelement
(Lüfterhaube) und einem seitlich, d. h. asymmetrisch angeordneten
Lüfter bekannt. Die verbleibende Fläche der Lüfterhaube
ist derart ausgebildet, dass sie einen geregelten Luftdurchtritt,
d. h. zusätzlich zu dem Luftstrom durch die Lüfterzarge,
erlaubt. Dies erfolgt über in der Lüfterhaube
angeordnete, durch einen Aktuator betätigbare Klappen,
die auch als Staudruckklappen mit senkrechter Schwenkachse ausgebildet
sein können. Der Staudruck dient dabei jedoch lediglich
zur Unterstützung des Aktuators, welcher in jedem Falle
für die Veränderung des Luftdurchtrittsquerschnittes
erforderlich ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Lüfterhaube
der eingangs genannten Art Mittel zur Kontrolle der Luftströmung
vorzusehen, durch welche einerseits eine hinreichende Kühlung und
andererseits ein möglichst geringer Fahrzeugwiderstand
erreichbar ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst. Erfindungsgemäß ist im Bereich
der Staudruckklappen mindestens ein Verriegelungselement angeordnet, welches
ein (vorzeitiges) staudruckbedingtes Öffnen der Staudruckklappen
geregelt blockiert, d. h. quasi so lange verzögert, bis
zusätzlicher Kühlungsbedarf für den Verbrennungsmotor des
Kraftfahrzeuges auftritt. Sobald dieser Fall eintritt, z. B. bei
erhöhter Geschwindigkeit und erhöhter Last, wird
die Verriegelung der Staudruckklappen aufgehoben, sodass diese staudruckbedingt öffnen
und einen größeren Luftdurchtrittsquerschnitt
freigeben, was den Kühleffekt steigert. Bis zum Öffnen
der Staudruckklappen fährt das Fahrzeug jedoch mit einem
geringeren cW-Wert, benötigt also
weniger Kraftstoff. Erst, wenn die Kühlung nicht mehr ausreicht,
wird durch Öffnen der Staudruckklappen der damit einhergehende
erhöhte cW-Wert in Kauf genommen.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht somit in einer Verbrauchsoptimierung,
welche durch einfache Mittel erreicht wird.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt das Lösen der Verriegelung
in Abhängigkeit von motor- und/oder fahrzeugspezifischen
Parametern, insbesondere vom Kühlungsbedarf des Motors,
d. h. der Motor- und/oder der Kühlmitteltemperatur. Derartige Daten
stehen über die Motorsteuerung zur Verfügung,
sodass ein gezieltes Öffnen der Staudruckklappen erreicht
wird.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Staudruckklappen
in mindestens einer Reihe, vorzugsweise in zwei Reihen, d. h. zu
beiden Seiten des Zargenringes angeordnet. Damit kann fast die gesamte
Fläche der Lüfterhaube für eine Luftdurchströmung
freigegeben werden.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das
Verriegelungselement eine Schubstange, deren Bewegungsrichtung quer
zu den Schwenkachsen der Klappen verläuft. Damit wird der Vorteil
eines raumsparenden Verriegelungselementes erreicht, welches unmittelbar
neben den Klappen angeordnet werden kann.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist die Schubstange Blockierelemente
auf, welche in den Schwenkradius der Staudruckklappen eingreifen,
diese also am Aufschwenken hindern. Die Blockierelemente, die vorzugsweise
einstückig mit der Schubstange ausgebildet sind, bilden
somit Anschläge für die Staudruckklappen in ihrer
geschlossenen Stellung. Durch eine Verschiebung der Schubstange, d.
h. der Blockierelemente aus dem Schwenkbereich der Klappen heraus
wird die Blockade aufgehoben, und die Staudruckklappen können
in ihre geöffnete Stellung ausschwenken.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die
Schubstange in Führungselementen, welche an der Lüfterhaube
befestigt oder angespritzt sind, gleitend angeordnet ist. Beispielsweise könnte
die Schubstange in ihre Führungselemente eingeclipst werden,
was die Montage erheblich erleichtert.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schubstange über
ein Stellelement betätigbar, welches vorzugsweise als Unterdruckdose, wie
sie vielfach in Kraftfahrzeugen verwendet wird, ausgebildet ist.
Die Unterdruckdose ist vorteilhaft mit einem Umschaltventil verbunden,
welches die Umschaltung von der verriegelten in die entriegelte
Position und umgekehrt bewirkt. Das Umschaltventil wird aus einer
im Fahrzeug angeordneten Unterdruckquelle mit Unterdruck versorgt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die wesentlichen
Elemente zum Herstellen und Lösen der Verriegelung auf
der Lüfterhaube angeordnet, nämlich die zumindest
eine Schubstange mit zumindest einem Blockierelement, die zumindest eine
Unterdruckdose zur Verstellung der zumindest einen Schubstange und
das Umschaltventil zur Umsteuerung der zumindest einen Unterdruckdose.
Damit wird eine funktionsfähige vormontierte Baueinheit geschaffen,
welche lediglich noch an die fahrzeugseitige Unterdruckleitung angeschlossen
werden muss.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zwei oder mehr
Schubstangen und/oder zwei oder mehr Blockierelemente und/oder zwei
oder mehr Unterdruckdosen zur Verstellung der zwei oder mehr Schubstangen
vorgesehen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Wobei
sich aus der Zeichnung und Beschreibung weiter Merkmale und Vorteile
ergeben können. Es zeigen
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1 eine
Lüfterhaube mit Staudruckklappen,
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2 eine
Einzelheit X aus 1,
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3 eine
Seitenansicht der Staudruckklappen in verriegelter Position,
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4 eine
Einzelheit Y aus 3 und
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5 eine
Seitenansicht der Staudruckklappen in entriegelter Position.
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1 zeigt
eine Ansicht einer Lüfterhaube 1 für
einen nicht dargestellten, als Kühlmittelkühler ausgebildeten
Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeuges. Der Kühler
ist frontseitig im Fahrzeug angeordnet und wird von Umgebungsluft
beaufschlagt. Die Lüfterhaube 1 ist in Luftströmungsrichtung
hinter dem Kühler angeordnet und an diesem befestigt, wobei
die Rechteckfläche der Lüfterhaube 1 der
Stirnfläche des Kühlers entspricht. Die Lüfterhaube 1,
die vorzugsweise als Kunststoffspritzteil herstellbar ist, weist
eine zentrale kreisförmige Öffnung 2 auf,
welche durch einen Zargenring 3 begrenzt ist, in welchem
ein nicht dargestellter Lüfter (Axiallüfter) umläuft.
Der Lüfter kann von einem Elektromotor oder vom Verbrennungsmotor
des Kraftfahrzeuges angetrieben werden. Zu beiden Seiten des Zargenringes 3 sind
Reihen von untereinander angeordneten Staudruckklappen 4a bis 4i und 5a bis 5i angeordnet,
welche um nicht dargestellte horizontale Schwenkachsen schwenkbar
sind. Die Staudruckklappen 4a bis 4i, 5a bis 5i sind
vorzugsweise nicht federbelastet, sondern nur durch ihre Schwerkraft,
welche ein schließendes Moment auf die Klappen ausübt.
Bei Auftreten von Staudruck in der Lüfterhaube 1,
d. h. auf der der Zeichnungsebene abgewandten Seite werden die Staudruckklappen
mit dem Staudruck im Öffnungssinne beaufschlagt, d. h.
der Staudruck übt ein öffnendes Moment auf die
Klappen aus. Unmittelbar benachbart zu der Reihe von Klappen 4a bis 4i ist eine
gegenüber der Lüfterhaube 1 längsbewegliche Schubstange 6 und
neben der Reihe von Klappen 5a bis 5i eine weitere
Schubstange 7, ebenfalls längsbeweglich zur Lüfterhaube 1 angeordnet.
Die Schubstangen 6, 7 weisen jeweils etwa rechtwinklig
abragende Blockierelemente 8a bis 8i bzw. 9a bis 9i auf, welche
den Klappen 4a bis 4i, 5a bis 5i jeweils
zugeordnet sind. Die Blockierelemente 8a bis 8i, 9a bis 9i befinden
sich gemäß Darstellung in 1 in ihrer Verriegelungsposition,
d. h. sie sind im Schwenkbereich der Staudruckklappen angeordnet
und blockieren die Öffnungsbewegung. Die beiden Schubstan gen 6, 7 sind
kinematisch mit jeweils einer Unterdruckdose 10, 11 verbunden,
welche eine lineare Stellbewegung ausführen, die mechanisch
auf die Schubstangen 6, 7 übertragen
wird, sodass diese Längsbewegungen (in der Zeichnung nach
oben und nach unten) ausführen. Die Unterdruckdosen 10, 11 sind über
Unterdruckleitungen 12, 13, 14 mit einem Umschaltventil 15 verbunden,
welches über eine nicht dargestellte Leitung mit einer
nicht dargestellten Unterdruckquelle des Kraftfahrzeuges verbunden
ist.
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2 zeigt
eine vergrößerte Einzelheit X aus 2.
Die Schubstange 7 ist in Führungselementen 16,
die mit der Lüfterhaube 1 verbunden, vorzugsweise
einstückig mit dieser ausgebildet sind, in Längsrichtung
gleitend geführt. Die Blockierelemente 9e, 9f sind
als Riegel ausgebildet, welche etwa rechtwinklig von der Schubstange 7 abragen
und einstückig mit dieser ausgebildet sind. Letzteres gilt
analog für die Schubstange 6 und deren Blockierelemente 8a bis 8i. Die
Schwenkachsen a der Klappen 5e, 5f sind als Mittelachsen
von Lagerzapfen 17e, 17f, 17g angedeutet.
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3 zeigt
eine Seitenansicht der Schubstange 7 mit verriegelten Staudruckklappen 5a bis 5i. Die
Strömungsrichtung der Luft, d. h. die Wirkungsrichtung
des Staudruckes ist durch einen Pfeil L dargestellt. Die Schwenkachsen
a der Staudruckklappen verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. Der Staudruck
würde eine Öffnung der Staudruckklappen 5a bis
5i im Uhrzeigersinn bewirken. Die Öffnungsbewegung ist
jedoch durch die Blockierelemente 9a bis 9i blockiert,
d. h. die Staudruckklappen können bei Beaufschlagung durch
Staudruck nicht öffnen. Infolge der geschlossenen Staudruckklappen
strömt der gesamte den Wärmeübertrager
durchsetzende Luftstrom durch die Lufteröffnung 2,
was einen relativ niedrigen Widerstandsbeiwert (so genannter cW-Wert) für das Kraftfahrzeug ergibt.
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4 zeigt
eine vergrößerte Einzelheit Y aus 3.
An der Schubstange 7 ist das Blockierelement 9e befestigt,
welches an der Staudruckklappe 5e im Bereich ihres Schwenkradius'
um die Schwenkachse a anliegt und somit eine Öffnungsbewegung
der Staudruckklappe 5e blockiert.
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5 zeigt
die Schubstange 7 bei entriegelten Staudruckklappen 5a bis 5i.
Die Schubstange 7 ist gegenüber der Position in 3 um
den Hub h nach oben verschoben, wodurch die Blockierelemente 9a bis 9i aus
dem Öffnungsschwenkbereich der Staudruckklappen herausgerückt
sind. Sie bilden jetzt keine Verriegelung mehr für die Öffnungsbewegung
der Staudruckklappen bei Einwirkung von Staudruck. Die Staudruckklappen
können jetzt bei Staudruckeinwirkung in eine nicht dargestellte
horizontale Position ausschwenken, wodurch ein maximaler Luftdurchtrittsquerschnitt
freigegeben wird. Dadurch wird der Luftdurchsatz durch den Wärmeübertrager
vor der Lüfterhaube erhöht und die Kühlwirkung
gesteigert. Die Öffnung der Staudruckklappen bzw. deren Entriegelung
tritt erst dann ein, wenn ein erhöhter Kühlbedarf
für die Brennkraftmaschine auftritt, d. h. ein Kühlbedarf,
der bei geschlossenen Staudruckklappen nicht mehr gedeckt werden
kann. Solange die Staudruckklappen geschlossen sind, ist der Widerstandsbeiwert
für das Kraftfahrzeug relativ niedrig, während
er bei geöffneten Staudruckklappen und dem erhöhten
Luftdurchsatz ansteigt. Dieser Wechsel wird durch die erfindungsgemäße
Regelung soweit wie möglich hinausgezögert, sodass
das Fahrzeug möglichst lange mit einem niedrigen cW-Wert und damit mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch gefahren
werden kann.
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Die
Verstellung der Schubstangen 6, 7 in ihre entriegelte
Position (5) erfolgt, wenn die Unterdruckdosen 10, 11 über
das Umschaltventil 15 mit Unterdruck beaufschlagt werden.
Die Rückstellung der Schubstangen 6, 7 in
die verriegelte Position (3) erfolgt
bei belüfteten Unterdruckdosen 10, 11 mittels
in den Unterdruckdosen 10, 11 integrierten Rückstellfedern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/066680
A1 [0004]
- - EP 1728667 A2 [0005]