DE102011055394A1

DE102011055394A1 - Luftklappenanordnung und Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstromes in einen Motorraum eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102011055394A1
Application number: DE102011055394A
Authority: DE
Inventors: Uwe Klippert; Michael Jacob
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Eine Luftklappenanordnung zur Steuerung eines Kühlluftstroms in einen Motorraum eines Fahrzeugs umfasst eine erste Lufteinlassöffnung, der ein erstes Klappenelement zugeordnet ist, eine zweite Lufteinlassöffnung, der ein zweites Klappenelement zugeordnet ist, und eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des ersten Klappenelements und des zweiten Klappenelements zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung. Bei einer solchen Luftklappenanordnung ist ein um eine Schwenkachse (S4) schwenkbar gelagertes Betätigungselement (24) vorgesehen, das zum Bewegen des ersten Klappenelements (20A, 20B) und des zweiten Klappenelements (20A, 20B) durch die Antriebsvorrichtung (28) in eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse (S4) versetzbar ist und über ein erstes Hebelgetriebe (22, 23) mit dem ersten Klappenelement (20A, 20B) und über ein zweites Hebelgetriebe (25, 26) mit dem zweiten Klappenelement (20A, 20B) verbunden ist, wobei das Betätigungselement (24) ausgebildet ist, das erste Klappenelement (20A, 20B) und das zweite Klappenelement (20A, 20B) in nicht-synchroner Weise zu bewegen. Auf diese Weise werden eine Luftklappenanordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstromes in einen Motorraum eines Fahrzeugs bereitgestellt, die unter Verwendung lediglich einer Antriebsvorrichtung in einfacher Weise eine Steuerung der Klappenelemente von unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftklappenanordnung zur Steuerung eines Kühlluftstromes in einen Motorraum eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstroms in einen Motorraum eines Fahrzeugs.
Eine derartige Luftklappenanordnung umfasst eine erste Lufteinlassöffnung, der ein erstes Klappenelement zugeordnet ist, eine zweite Lufteinlassöffnung, der ein zweites Klappenelement zugeordnet ist, und eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des ersten Klappenelements und des zweiten Klappenelements zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung.
Bei einer aus der US 2010/0147611 A1 bekannten Luftklappenanordnung sind Luftklappen an einer vorderen Stirnseite eines Fahrzeuges vorgesehen, um einen Luftstrom durch eine obere, erste Lufteinlassöffnung und eine untere, zweite Lufteinlassöffnung zu steuern und einem in einem Motorraum angeordneten Motor zum Kühlen zuzuführen. Die Luftklappen der oberen Lufteinlassöffnung und der unteren Lufteinlassöffnung sind hierbei separat steuerbar, wobei unterschiedliche Antriebsvorrichtungen zum Ansteuern und Bewegen der Luftklappen vorgesehen sind.
Bei einer aus der DE 10 2004 026 419 A1 bekannten Luftklappenanordnung sind Luftklappen an einer oberen, ersten Lufteinlassöffnung und an einer unteren, zweiten Lufteinlassöffnung vorgesehen, die über einen gemeinsamen Aktuator gemeinsam verstellt werden können. Die Luftklappenanordnung der DE 10 2004 026 419 A1 ist dazu ausgestaltet, den Luftstrom durch die obere Lufteinlassöffnung und die untere Lufteinlassöffnung in Abhängigkeit und unter Berücksichtigung eines Fahrzeugbetriebszustandes abzustimmen und zu steuern.
Bei Fahrzeugen sind in der Regel, beispielsweise im Bereich eines Kühlergrills, mehrere Lufteinlassöffnungen vorgesehen, um einen Luftstrom in einen Motorraum des Fahrzeugs zum Kühlen des darin angeordneten Verbrennungsmotors und von anderen Funktionskomponenten wie zum Beispiel der vorderen Bremsen zu leiten. Durch das Vorsehen von mehreren Lufteinlassöffnungen, die in separater Weise geöffnet oder verschlossen werden können, besteht dabei die Möglichkeit, abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs die Kühlung einzustellen und abzustimmen, so dass beispielsweise bei einer Motor-Warmlaufphase keine oder nur eine reduzierte Kühlung bereitgestellt wird, in einem normalen Betriebszustand eine Kühlung beispielsweise lediglich über eine Lufteinlassöffnung und in einem Betriebszustand bei zum Beispiel starker Beanspruchung des Motors eine Kühlung über mehrere Lufteinlassöffnungen erfolgt.
Werden mehrere Lufteinlassöffnungen verwendet, denen jeweils separate Klappenelemente zugeordnet sind, die getrennt voneinander steuerbar sind, so sind in der Regel mehrere Antriebsvorrichtungen vorzusehen, um die Klappenelemente unabhängig voneinander zu verstellen und auf diese Weise den Luftstrom durch die Lufteinlassöffnungen zu regeln. Die Antriebsvorrichtungen sind dabei mit einer Steuerelektronik zu verbinden, über die die Antriebsvorrichtungen gesteuert werden, um in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs die den Lufteinlassöffnungen zugeordneten Klappenelemente in geeigneter Weise zu verstellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftklappenanordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstromes in einen Motorraum eines Fahrzeugs bereitzustellen, die unter Verwendung lediglich einer Antriebsvorrichtung in einfacher Weise eine Steuerung der Klappenelemente von unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist ein um eine Schwenkachse schwenkbar gelagertes Betätigungselement vorgesehen, das zum Bewegen des ersten Klappenelementes und des zweiten Klappenelements durch die Antriebsvorrichtung in eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse versetzbar ist und über ein erstes Hebegetriebe mit dem ersten Klappenelement und über ein zweites Hebegetriebe mit dem zweiten Klappenelement verbunden ist, wobei das Betätigungselement ausgebildet ist, das erste Klappenelement und das zweite Klappenelement in nicht-synchroner Weise zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Steuerung von Klappenelementen von unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen über ein schwenkbar gelagertes, beispielsweise scheibenförmig ausgebildetes Betätigungselement zu bewirken, das mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und zum Verstellen der den Lufteinlassöffnungen zugeordneten Klappenelemente durch die Antriebsvorrichtung in eine Schwenkbewegung versetzt werden kann. Durch Verschwenken des Betätigungselements, das über unterschiedliche Hebelgetriebe mit den unterschiedlichen Klappenelementen verbunden ist, werden dann die den unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen zugeordneten Klappenelemente bewegt, so dass das der ersten Lufteinlassöffnung zugeordnete erste Klappenelement zwischen seiner geschlossenen und seiner geöffneten Stellung und ebenso das der zweiten Lufteinlassöffnung zugeordnete zweite Klappenelement zwischen seiner geschlossenen Stellung und seiner geöffneten Stellung bewegt werden kann.
Durch Vorsehen des schwenkbaren Betätigungselement, das zum Verstellen der Klappenelemente durch die Antriebsvorrichtung angetrieben wird, können die der ersten Lufteinlassöffnung und der zweiten Lufteinlassöffnung zugeordneten Klappenelemente in nicht-synchroner Weise bewegt werden. Hierunter ist zu verstehen, dass durch Verschwenken des Betätigungselements beispielsweise das der zweiten Lufteinlassöffnung zugeordnete zweite Klappenelement geöffnet werden kann, während sich das der ersten Lufteinlassöffnung zugeordnete, erste Klappenelement noch in seiner geschlossenen Stellung befindet. Das Bewegen der den unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen zugeordneten Klappenelemente erfolgt somit nicht synchron, sondern zeitversetzt, indem das Betätigungselement zunächst das eine Klappenelement der einen Lufteinlassöffnung und erst anschließend das andere Klappenelement der anderen Lufteinlassöffnung ansteuert.
Beispielsweise kann das Betätigungselement ausgebildet sein, bei einem Verstellen aus einer Stellung, in der die erste Lufteinlassöffnung und die zweite Lufteinlassöffnung geöffnet sind, zunächst das erste Klappenelement zum Schließen der ersten Lufteinlassöffnung und danach das zweite Klappenelement zum Schließen der zweiten Lufteinlassöffnung zu bewegen.
Grundsätzlich ist hierbei denkbar, dass das Einsetzen der Bewegung des zweiten Klappenelements nur in vorbestimmter Weise phasenversetzt erfolgt, so dass ab einem bestimmten Schließwinkel des ersten Klappenelements auch das zweite Klappenelement zum Schließen der zweiten Lufteinlassöffnung bewegt wird.
Vorteilhafterweise ist die erste Lufteinlassöffnung aber bereits vollständig geschlossen, wenn das der zweiten Lufteinlassöffnung zugeordnete, zweite Klappenelement bewegt wird. Das erste Klappenelement befindet sich damit, betätigt durch eine Schwenkbewegung des Betätigungselements, in seiner Schließstellung, in der die erste Lufteinlassöffnung zumindest weitestgehend abgedeckt und somit für einen Luftstrom verschlossen ist, wenn bei weiterer Betätigung des Betätigungselements die Bewegung des zweiten Klappenelements zum Schließen auch der zweiten Lufteinlassöffnung einsetzt. Die Betätigung des zweiten Klappenelements erfolgt hierbei durch Betätigung desselben Betätigungselements und Verschwenken des Betätigungselements in dieselbe Schwenkrichtung, wobei durch geeignete Kopplung des Betätigungselements mit den Klappenelementen zunächst nur das erste und anschließend nur das zweite Klappenelement bewegt werden.
Dadurch, dass die Bewegung des zweiten Klappenelements erst einsetzt, wenn das erste Klappenelement bereits vollständig geschlossen ist, wird möglich, die zweite Lufteinlassöffnung bei geschlossener erster Lufteinlassöffnung in variabler Weise zu öffnen, teilweise zu öffnen oder zu schließen, so dass über die zweite Lufteinlassöffnung in feinabstimmbarer Weise ein Kühlluftstrom eingestellt werden kann.
In umgekehrter Weise ist das Betätigungselement vorteilhafterweise ausgebildet, bei einem Verstellen aus einer Stellung, in der die erste Lufteinlassöffnung und die zweite Lufteinlassöffnung geschlossen sind, zunächst das zweite Klappenelement zum Öffnen der zweiten Lufteinlassöffnung und danach das erste Klappenelement zum Öffnen der ersten Lufteinlassöffnung zu bewegen. Vorteilhafterweise erfolgt hierbei eine Bewegung des der ersten Lufteinlassöffnung zugeordneten ersten Klappenelements erst dann, wenn die zweite Lufteinlassöffnung bereits vollständig geöffnet ist.
Es ergibt sich somit eine symmetrische Betätigung der Klappenelemente der ersten Lufteinlassöffnung und der zweiten Lufteinlassöffnung, angetrieben durch das mit der Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung stehende Betätigungselement. Sollen die Klappenelemente aus einer geöffneten Stellung, in der beide Lufteinlassöffnungen zum Passieren eines Kühlluftstromes geöffnet sind, geschlossen werden, so wird bei einem Verschwenken des Betätigungselements zunächst das erste Klappenelement zum Schließen der ersten Lufteinlassöffnung bewegt, bis dieses geschlossen ist, und erst dann wird das zweite Klappenelement zum Schließen der zweiten Lufteinlassöffnung verstellt. Umgekehrt wird bei einem umgekehrten Verschwenken des Betätigungselements zum Öffnen der Lufteinlassöffnungen aus einer geschlossenen Stellung, in der die Lufteinlassöffnungen keinen oder nur einen geringen Luftstrom durchlassen, zunächst das zweite Klappenelement zum Öffnen der zweiten Lufteinlassöffnung bewegt, bis die zweite Lufteinlassöffnung geöffnet ist, und erst dann wird das erste Klappenelement zum Freigeben auch der ersten Lufteinlassöffnung verstellt.
Durch Betätigung des einen Betätigungselements erfolgt somit eine unabhängige Verstellung der Klappenelemente der ersten Lufteinlassöffnung und der zweiten Lufteinlassöffnung, also eine nicht-synchrone Verstellung der Klappenelemente durch einheitliche Betätigung des Betätigungselements. Das Betätigungselement kann hierzu beispielsweise nach Art einer Kurvenscheibe ausgebildet sein und eine erste Führungsbahn und eine von der ersten Führungsbahn unterschiedliche, zweite Führungsbahn aufweisen, über die die Klappenelemente über die Hebelgetriebe mit dem Betätigungselement gekoppelt sind.
Beispielsweise kann das dem ersten Klappenelement zugeordnete, erste Hebelgetriebe über die erste Führungsbahn und das dem zweiten Klappenelement zugeordnete, zweite Hebelgetriebe über die zweite Führungsbahn mit dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehen, indem ein Hebelelement des jeweiligen Hebelgetriebes in die jeweils zugeordnete Führungsbahn eingreift, bei einem Verstellen des Betätigungselement entlang der Führungsbahn gleitet und dadurch zum Betätigen des zugeordneten Klappenelements verstellt wird. Durch geeignete Formgebung der Führungsbahnen ist dann die Verstellbewegung der Klappenelemente unabhängig voneinander vorgebbar, so dass bei einer Verschwenkbewegung des Betätigungselements die Klappenelemente anhand der durch die jeweiligen Führungsbahnen vorgegebenen Verstellbewegung in nicht-synchroner Weise bewegt werden.
Die erste Führungsbahn kann beispielsweise an einer ersten Seite des Betätigungselements und die zweite Führungsbahn an einer der ersten Seite – entlang der Schwenkachse betrachtet – axial gegenüberliegenden, zweiten Seite des Betätigungselements angeordnet sein. Ein Hebelelement des jeweils zugeordneten Hebelgetriebes kann hierbei beispielsweise über einen Zapfen in die nach Art einer Nut in das Betätigungselement eingeformte Führungsbahn eingreifen und so bei einer Verschwenkbewegung des Betätigungselements entlang der Führungsbahn gleiten derart, dass infolge der Verschwenkbewegung des Betätigungselements eine Verstellkraft über das Hebelgetriebe auf das zugeordnete Klappenelement übertragen wird.
Grundlegend sind auch andere Ausgestaltungen von Betätigungselementen denkbar, die eine Entkopplung der Verstellbewegung der Klappenelemente bereitstellen können.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Betätigungselements können das erste Hebelgetriebe und das zweite Hebelgetriebe jeweils ein schwenkbar gelagertes Hebelelement und eine Koppelstange aufweisen, wobei das nach Art einer Wippe schwenkbar gelagerte Hebelelement mit einem ersten Hebelarm mit dem Betätigungselement und mit einem zweiten Hebelarm mit der Koppelstange zur Verbindung mit dem zugeordneten ersten oder zweiten Klappenelement verbunden ist. Durch Betätigen des Betätigungselements wird dann das schwenkbar gelagerte Hebelelement verstellt, dadurch die Koppelstange bewegt und auf diese Weise eine Verstellkraft in das zugeordnete Klappenelement eingeleitet. Das Hebelelement wird hierbei bei Betätigen des Betätigungselements verschwenkt, während die Koppelstange zumindest näherungsweise eine Linearbewegung zum Verstellen des zugeordneten Klappenelements ausführt.
Die Ausgestaltung der Klappenelemente ist grundsätzlich beliebig. In einer konkreten Ausgestaltung kann jedoch vorgesehen sein, dass das erste und das zweite Klappenelement jeweils durch zwei Klappen ausgebildet sind, die um eine gemeinsame Schwenkachse schwenkbar gelagert und durch Verdrehen einer Antriebswelle in einander entgegen gesetzte Schwenkrichtungen um die gemeinsame Schwenkachse verschwenkt werden können (sogenannte „Butterfly“-Anordnung). Die Klappen werden somit zum Öffnen aufeinander zu bewegt und sind im geöffneten Zustand einander angenähert. Zum Schließen der zugeordneten Lufteinlassöffnung werden dann die Klappen um die gemeinsame Schwenkachse in entgegen gesetzte Schwenkrichtungen bewegt, so dass das Klappenelement zur Reduzierung des Strömungsquerschnitts der zugeordneten Lufteinlassöffnung gespreizt wird, bis in der geschlossenen Stellung die Klappen die zugeordneten Lufteinlassöffnungen ganz oder zumindest weitestgehend verschließen und dadurch einen Luftstrom durch die Lufteinlassöffnung unterbinden oder zumindest weitestgehend unterdrücken.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstromes in einen Motorraum eines Fahrzeugs mittels einer Luftklappenanordnung nach der Art, wie sie vorangehend beschrieben worden ist, gelöst. Bei einem solchen Verfahren ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung zum Bewegen des ersten Klappenelementes und des zweiten Klappenelements ein um eine Schwenkachse schwenkbar gelagertes, über eine erstes Hebelgetriebe mit dem ersten Klappenelement und über ein zweites Hebelgetriebe mit dem zweiten Klappenelement verbundenes Betätigungselement in eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse versetzt, wobei das Betätigungselement ausgebildet ist, das erste Klappenelement und das zweite Klappenelement in nicht-synchroner Weise zu bewegen.
Darunter, dass die Bewegung der Klappenelemente in nicht-synchroner Weise erfolgen soll, ist vorliegend zu verstehen, wie vorangehend bereits beschrieben, dass eine Bewegung des einen Klappenelements nicht zwangsläufig mit einer synchronen Bewegung des anderen Klappenelements einhergeht.
Die vorangehend für die anspruchsgemäße Luftklappenanordnung beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen finden in analoger Weise auch für das anspruchsgemäße Verfahren Anwendung, so dass auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.
Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Moduls mit einer Luftklappenanordnung zum Anordnen an einer Stirnseite eines Fahrzeugs, zum Steuern eines Kühlluftstroms in einen Motorraum des Fahrzeugs;
2 eine rückseitige Ansicht der Luftklappenanordnung gemäß 1;
3 eine gesonderte Ansicht eines Klappenelements der Luftklappenanordnung;
4A–4E Ansichten der Luftklappenanordnung in unterschiedlichen Stellungen der Klappenelemente;
5A–5E die Ansichten gemäß 4A–4E, betrachtet von einer anderen Seite;
6 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Betätigungselements zum Steuern der Klappenelemente der Luftklappenanordnung;
7 eine schematische Ansicht eines Betätigungselements mit daran angeordneten Führungsbahnen; und
8A–8E schematische Ansichten einer anderen Luftklappenanordnung in unterschiedlichen Stellungen.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Modul 1 einer Luftklappenanordnung 2, das zur frontseitigen Anordnung an einem Fahrzeug ausgestaltet ist und Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B zum Führen von Luftströmungen in den Bereich eines Motorraums eines Fahrzeugs aufweist.
Die in einem zentralen Bereich an dem Modul 1 angeordneten Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B dienen zur Bereitstellung von Kühlluft in das Innere des Motorraums.
Die im zentralen Bereich des Moduls 1 angeordneten Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B sind jeweils variabel durch Klappenelemente 20A, 20B verschließbar, um den Kühlluftstrom durch die Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B variabel steuern zu können. Den beiden nebeneinander angeordneten oberen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B sind dabei jeweils zwei Klappenelemente 20A, 20B zugeordnet, während den beiden mittleren Lufteinlassöffnungen 101A, 101B und den beiden unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B jeweils ein Klappenelement 20A, 20B zugeordnet ist.
2 zeigt die Luftklappenanordnung 2 in einer rückseitigen Ansicht, darstellend die bei bestimmungsgemäßem Einbau in ein Fahrzeug dem Motorraum zugewandte Seite der Luftklappenanordnung 2.
3 zeigt ein Klappenelement 20A, 20B der Luftklappenanordnung 2 in einer vergrößerten Detailansicht. Jedes Klappenelement 20A, 20B ist durch zwei Klappen 200, 201 gebildet, die um eine gemeinsame Schwenkachse S verschwenkbar an einem Träger 10 der Luftklappenanordnung 2 gelagert sind und entlang von entgegen gesetzten Schwenkrichtungen A1, A2 um die gemeinsame Schwenkachse S verschwenkt werden können. Den nebeneinander liegenden Lufteinlassöffnungen 100A, 100B bzw. 101A, 101B bzw. 102A, 102B zugeordneten Klappenelementen 20A, 20B ist jeweils eine gemeinsame Antriebswelle 21 zugeordnet, die um eine zur gemeinsamen Schwenkachse S der Klappen 200, 201 parallele Schwenkachse S1 verschwenkbar ist und über einen Exzenter 211 und daran angeordnete Federelemente 212 mit den Klappen 200, 201 der Klappenelemente 20A, 20B derart gekoppelt ist, dass infolge einer Schwenkbewegung der Antriebswelle 21 um die Schwenkachse S1 Verstellkräfte über die Federelemente 212 auf die Klappen 200, 201 übertragen und die Klappen 200, 201 verstellt werden.
Bezüglich möglicher Varianten der Ausgestaltung der Klappenelemente 20A, 20B soll auch auf die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2011 004 169.9 verwiesen werden, deren Inhalt vorliegend mit einbezogen werden soll.
Wie aus 2 ersichtlich, ist am Träger 10 eine Antriebsvorrichtung 28 angeordnet, die mit einem verschwenkbar am Träger 10 angeordneten, zumindest abschnittsweise scheibenförmig ausgebildeten Betätigungselement 24 in Wirkverbindung steht und über das Betätigungselement 24 sowie Koppelstangen 22, 26 mit den den unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B zugeordneten Klappenelementen 20A, 20B in Verbindung steht. Mittels der Antriebsvorrichtung 28 können durch Betätigung des Betätigungselements 24 die Klappenelemente 20A, 20B der unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B derart verstellt werden, dass die Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B einerseits und die Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B unterschiedliche Stellungen einnehmen können.
Ausgehend beispielsweise von einer Stellung, in der sämtliche Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B vollständig geöffnet sind, werden durch Betätigen des Betätigungselements 24 zunächst die Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B angesteuert und geschlossen, wobei die Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B (zunächst) in ihrer vollständig geöffneten Stellung verbleiben.
Wird das Betätigungselement 24, angetrieben durch die Antriebsvorrichtung 28, weiter verschwenkt, so verbleiben die den oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B zugeordneten Klappenelemente 20A, 20B in ihrer geschlossenen Stellung, und die Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B werden zunächst teilweise geschlossen, um bei weiterer Betätigung des Betätigungselements 24 in ihre vollständig geschlossene Stellung überführt zu werden.
Die Ansteuerung der Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B einerseits und der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B andererseits erfolgt somit phasenversetzt, indem zunächst die oberen und mittleren Klappenelemente 20A, 20B geschlossen werden, um erst anschließend bei vollständig geschlossenen oberen und mittleren Klappenelementen 20A, 20B die den unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B zugeordneten, unteren Klappenelemente 20A, 20B zu verstellen.
In umgekehrter Richtung, also ausgehend von der vollständig geschlossenen Stellung läuft der Verstellvorgang in umgekehrter Weise ab. Zunächst werden hier die Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B zunächst teilweise und dann ganz geöffnet, um anschließend auch die Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B zu öffnen.
Mit einer Luftklappenanordnung 2 dieser Art ist es möglich, beispielsweise in einem normalen Betriebszustand bei normaler Belastung eines Motors des Fahrzeugs eine Kühlung vorwiegend nur über die unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B bereitzustellen. Lediglich bei hoher Belastung des Motors und entsprechend auftretender Erhitzung können dann auch die oberen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B geöffnet werden, so dass sämtliche Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B geöffnet sind und somit ein maximaler Kühlluftstrom in den Motorraum einströmen kann.
Der Bewegungsablauf ist anhand der konkreten Ausgestaltung der Luftklappenanordnung 2 in 4A–4E und 5A–5E veranschaulicht, wobei 4A–4E und 5A–5E die Klappenelemente 20A, 20B in unterschiedlichen Stellungen zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung bei geschlossenen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B (4A und 5A) und einer geöffneten Stellung bei geöffneten Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B (4E und 5E) zeigen.
Ausgehend von der geöffneten Stellung (4E und 5E) werden zunächst die Klappenelemente 20A, 20B der oberen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B geschlossen, um anschließend, bei vollständig geschlossenen oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B die unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B zu schließen, bis die vollständig geschlossene Stellung gemäß 4A und 5A erreicht ist. Die Öffnungsbewegung läuft in symmetrischer Weise umgekehrt ab.
5A–5E zeigt dieselbe Anordnung und dieselben Stellungen wie 4A–4E, betrachtet aus entgegen gesetzter Blickrichtung.
Die Betätigung der Klappenelemente 20A, 20B der einzelnen Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B, 102A, 102B erfolgt über das Betätigungselement 24, dass, wie in 4A–4E, 5A–5E und 6 und 7 dargestellt ist, nach Art einer Kurvenscheibe mit Führungsbahnen 240, 241 an axial einander entgegen gesetzten Seiten des Betätigungselements 24 ausgestaltet ist (das in der Detailansicht gemäß 6 dargestellte Betätigungselement 24 unterscheidet sich in seiner Formgebung geringfügig von dem Betätigungselement gemäß 4A–4E und 5A–5E, ist aber funktionsgleich).
Das Betätigungselement 24 ist über ein erstes Hebelgetriebe 22, 23, verwirklicht durch eine Koppelstange 22 und ein um eine Schwenkachse S2 verschwenkbar gelagertes Hebelelement 23, mit den Klappenelementen 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B und über ein zweites Hebelgetriebe 25, 26, verwirklicht durch eine Koppelstange 26 und ein um eine Schwenkachse S3 verschwenkbares Hebelelement 25, mit den Klappenelementen 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B verbunden.
Die Hebelelemente 23, 25 sind jeweils über einen ersten Hebelarm 231, 251 mit dem Betätigungselement 24 und über einen zweiten Hebelarm 230, 250 mit der zugeordneten Koppelstange 22, 26 verbunden. Der erste Hebelarm 231, 251 greift z. B. mit einem Zapfen in die zugeordnete Führungsbahn 240, 241 des Betätigungselements 24 ein. Hierzu sind die Hebelelemente 23, 25 axial zueinander versetzt derart, dass das eine Hebelelement 23 auf der die Führungsbahn 241 tragenden Seite des Betätigungselements 24 und das andere Hebelelement 25 auf der anderen, die Führungsbahn 240 tragenden Seite des Betätigungselements 24 angeordnet ist (vgl. z. B. 4A und 5A).
Das Betätigungselement 24 ist um die Schwenkachse S4 verschwenkbar an einem Gehäuse 27 gelagert, das fest mit dem Träger 10 verbunden ist. Das Gehäuse 27 ist zu der dem Hebel 23 zugewandten Seite hin offen und weist eine Gehäuseaufnahme 270 auf, in der das Betätigungselement 24 um die Schwenkachse S4 verschwenkbar ist. Das andere Hebelelement 25 greift mit einem an dem Hebelarm 251 angeordneten Zapfen durch eine Kulisse 271 an der Gehäuseaufnahme 270 hindurch und darüber in die Führungsbahn 240 des Betätigungselements 24 ein (siehe z. B. 4A).
Wie aus der schematischen Ansicht gemäß 7 in Zusammenschau mit den Ansichten gemäß 4A–4E und 5A–5E ersichtlich, sind die Führungsbahnen 240, 241 des Betätigungselements 24 unterschiedlich geformt und geben dadurch die Verstellbewegung der zugeordneten Klappenelemente 20A, 20B in Abhängigkeit von der Stellung des Betätigungselements 24 vor.
Befindet sich das Betätigungselement 24 beispielsweise in der in 4A dargestellten Stellung, die der geschlossenen Stellung sowohl der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B als auch der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B entspricht, so greift das den unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B zugeordnete Hebelelement 25 in einen – bezogen auf die Schwenkachse S4 – von innen nach außen verlaufenden Abschnitt 240A der Führungsbahn 240 ein, während das Hebelelement 23, das den oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B zugeordnet ist, in einen Abschnitt 241B der anderen Führungsbahn 241 eingreift, der näherungsweise entlang einer Umfangsrichtung um die Schwenkachse S4 erstreckt ist. Wird nun das Betätigungselement 24 in eine Verstellrichtung V (siehe 4A) verstellt, so gleitet das Hebelelement 25 mit seinem Hebelarm 251 entlang der Führungsbahn 240 und wird durch Bewegung des Hebelarms 251 radial zur Schwenkachse S4 um seine Schwenkachse S3 verstellt, so dass die zugeordneten Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B ausgehend von der geschlossenen Stellung geöffnet werden (siehe den Übergang von 4A zu 4C), dabei aber die Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B in ihrer geschlossenen Stellung verbleiben, bedingt dadurch, dass das Hebelelement 23 mit seinem Hebelarm 231 entlang des Abschnitts 241B der Führungsbahn 241 gleitet und nicht radial zur Schwenkachse S4 verstellt wird.
Wird das Betätigungselement 24 weiter in die Verstellrichtung V verstellt, so gleitet das Hebelelement 25 mit seinem Hebelarm 251 in einen Abschnitt 240B der Führungsbahn 240, der näherungsweise entlang der Umfangsrichtung um die Schwenkachse S4 des Betätigungselements 24 verläuft, so dass bei weiterer Verstellbewegung des Betätigungselements 24 die Klappenelemente 20A, 20B der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B nicht weiter verstellt werden. Gleichzeitig gelangt das Hebelelement 23 mit seinem Hebelarm 231 in einen Abschnitt 241A der Führungsbahn 241 und gleitet entlang dieses Abschnitts 241A, so dass der Hebelarm 231 radial zur Schwenkachse S4 des Betätigungselements 24 verstellt, das Hebelelement 23 entsprechend bewegt und die Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B geöffnet werden (siehe Zusammenschau von 5C zu 5E).
Dadurch, dass die Hebelelemente 23, 25 in unterschiedliche Führungsbahnen 240, 241 des Betätigungselements 24 eingreifen, die unterschiedlich und unabhängig voneinander geformt werden können, können die Verstellbewegungen bei einem Betätigen des Betätigungselements 24 unabhängig voneinander vorgegeben werden, so dass die Verstellbewegung der Klappenelemente 20A, 20B der oberen und mittleren Lufteinlassöffnungen 100A, 100B, 101A, 101B und der unteren Lufteinlassöffnungen 102A, 102B in nicht-synchroner Weise erfolgen kann.
8A–8E zeigen eine andere Ausgestaltung einer Luftklappenanordnung 2’, bei der eine Antriebsvorrichtung 28’ über einen Seilzug 21’ mit Klappenelementen 20A’, 20B’ in Wirkverbindung steht und dabei unterschiedlichen Lufteinlassöffnungen 100A’, 100B’, 102A’, 102B’ zugeordnete Klappenelemente 20A’, 20B’ in unabhängiger Weise voneinander verstellen kann.
Die Klappenelemente 20A’, 20B’ weisen jeweils eine Klappe 200’ auf und sind um eine zugeordnete Schwenkachse S’ an einem Träger 10 gelagert. Jedes Klappenelement 20A’, 20B’ ragt dabei mit einem Hebelarm 201’ in den Verstellweg des Zugmittels 21’ hinein derart, dass über den Hebelarm 201’ die Klappenelemente 20A’, 20B’ mit an dem Zugmittel 21’ angeordneten Seilmitteln 210’, 211’, 212’, 213’ in Wirkverbindung treten können.
Das Zugmittel 21’ ist zwischen einem Betätigungselement 24’ in Form einer Seiltrommel und einem Umlenkelement 210’ zur Ausbildung einer geschlossenen Seilschlaufe aufgespannt und kann durch die Antriebsvorrichtung 28’ derart verschoben werden, dass die Seilnippel 210’, 211’, 212’, 213’, die fest an dem Zugmittel 21’ angeordnet sind, nach oben oder unten verstellt werden können.
Bei dem in 8A dargestellten Zustand befinden sich die Klappenelemente 200A’, 200B’ in einem Zustand, in dem sie zunächst geschlossen sind, durch Fahrtwind bei Fahrt des Fahrzeugs aber ohne weiteres in eine geöffnete Stellung verschwenken können. Die Klappenelemente 20A’, 20B’ werden somit nicht in einer geschlossenen Stellung gehalten.
Wird ausgehend von der in 8A dargestellten Stellung das Betätigungselement 24’ in die Richtung B1 gemäß 8B verdreht, so werden Seilnippel 210’ den Hebelarmen 201’ der oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ angenähert, bis die Seilnippel 210’ über Federelemente 214’ auf die Hebelarme 201’ einwirken. In dieser Stellung sind die oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ in angefederter Weise geschlossen, während der Hebelarm 201’ des unteren Klappenelements 20A’, 20B’ von einem zugeordneten Seilmittel 212’ beabstandet ist und deswegen nach wie vor unter Wirkung eines Fahrtwinds ohne weiteres geöffnet werden kann.
Wird das Betätigungselement 24’ weiter in die Richtung B1 gemäß 8C verstellt, so werden die Federelemente 214’ auf Block komprimiert und damit die oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ geschlossen und in der geschlossenen Stellung gehalten. Gleichzeitig gelangt der Seilnippel 212’ oberhalb des Hebelarms 201’ des unteren Klappenelements 20A’, 20B’ in Anlage mit dem Hebelarm 201’, so dass auch das untere Klappenelement 20A’, 20B’ in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Sämtliche Klappenelemente 20A’, 20B’ sind somit in aktiver Weise beschlossen.
Wird das Betätigungselement 24’ hingegen aus der in 8A dargestellten Ausgangsstellung in umgekehrter Drehrichtung, nämlich in Richtung B2 gemäß 8D verstellt, so gelangen zunächst die Seilnippel 211’ unterhalb der Hebelarme 201’ der oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ über Federelemente 215’ in Anlage mit den Hebelarmen 201’ und drücken die oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ in die geöffnete Stelle gemäß 8D. Das untere Klappenelement 20A’, 20B’ verharrt hierbei zunächst noch in der Ausgangsstellung gemäß 8A und kann somit unter Fahrtwind geöffnet werden, ohne dabei jedoch aktiv in die geöffnete Stellung bewegt worden zu sein.
Wird das Betätigungselement 24’ dann weiter in die Richtung B2 gemäß 8E bewegt, so wird das untere Klappenelement 20A’, 20B’ aktiv geöffnet, wobei gleichzeitig die Federelemente 215’ auf Block komprimiert und damit auch die oberen beiden Klappenelemente 20A’, 20B’ in der geöffneten Stellung gehalten werden.
Bei umgekehrter Bewegung des Betätigungselements 24’ läuft der Bewegungsvorgang genau umgekehrt ab.
Bezugszeichenliste

1: Modul
10: Träger
100A–102A, 100B–102B: Lufteinlassöffnung
105: Gehäuse
2: Luftklappenanordnung
20A, 20B: Klappenelement (Klappenpaar)
200, 201: Klappe
21: Antriebswelle
210: Koppelhebel
211: Exzenterelement
212: Federelemente
22: Koppelstange
23: Hebelelement
230, 231: Hebelarm
232: Koppelstange
233: Befestigungsstelle
24: Betätigungselement
240, 241: Führungsbahn
240A, 240B, 241A, 241B: Abschnitt
25: Hebelelement
250, 251: Hebelarm
252: Koppelstange
253: Befestigungsstelle
26: Koppelstange
27: Gehäuse
270: Gehäuseaufnahme
271: Kulisse
28: Antriebsvorrichtung
2’: Luftklappenanordnung
20A’, 20B’: Klappenelement
200’: Klappe
201’: Hebelarm
21’: Zugmittel
210’, 211’, 212’, 213’: Seilnippel
214’, 215’: Federelement
216’: Umlenkelement
24’: Betätigungselement
A1, A2: Schwenkrichtung
B1, B2: Richtung
S, S1, S2, S3, S4: Schwenkachse
S’, S4’: Schwenkachse
V: Verschwenkrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0147611 A1 [0003]
DE 102004026419 A1 [0004]
DE 102011004169 [0041]

Claims

Luftklappenanordnung zur Steuerung eines Kühlluftstroms in einen Motorraum eines Fahrzeugs, mit – einer ersten Lufteinlassöffnung, der ein erstes Klappenelement zugeordnet ist, – einer zweiten Lufteinlassöffnung, der ein zweites Klappenelement zugeordnet ist, und – einer Antriebsvorrichtung zum Bewegen des ersten Klappenelements und des zweiten Klappenelements zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, gekennzeichnet durch ein um eine Schwenkachse (S4) schwenkbar gelagertes Betätigungselement (24), das zum Bewegen des ersten Klappenelements (20A, 20B) und des zweiten Klappenelements (20A, 20B) durch die Antriebsvorrichtung (28) in eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse (S4) versetzbar ist und über ein erstes Hebelgetriebe (22, 23) mit dem ersten Klappenelement (20A, 20B) und über ein zweites Hebelgetriebe (25, 26) mit dem zweiten Klappenelement (20A, 20B) verbunden ist, wobei das Betätigungselement (24) ausgebildet ist, das erste Klappenelement (20A, 20B) und das zweite Klappenelement (20A, 20B) in nicht-synchroner Weise zu bewegen.
Luftklappenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (24) ausgebildet ist, bei einem Verstellen aus einer Stellung, in der die erste Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) und die zweite Lufteinlassöffnung (102A, 102B) geöffnet sind, zunächst das erste Klappenelement (20A, 20B) zum Schließen der ersten Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) und danach das zweite Klappenelement (20A, 20B) zum Schließen der zweiten Lufteinlassöffnung (102A, 102B) zu bewegen.
Luftklappenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) bereits vollständig geschlossen ist, wenn das der zweiten Lufteinlassöffnung (102A, 102B) zugeordnete, zweite Klappenelement (20A, 20B) bewegt wird.
Luftklappenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (24) ausgebildet ist, bei einem Verstellen aus einer Stellung, in der die erste Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) und die zweite Lufteinlassöffnung (102A, 102B) geschlossen sind, zunächst das zweite Klappenelement (20A, 20B) zum Öffnen der zweiten Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) und danach das erste Klappenelement (20A, 20B) zum Öffnen der ersten Lufteinlassöffnung (102A, 102B) zu bewegen.
Luftklappenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lufteinlassöffnung (100A, 100B, 101A, 101B) bereits vollständig geöffnet ist, wenn das der ersten Lufteinlassöffnung (102A, 102B) zugeordnete erste Klappenelement (20A, 20B) bewegt wird.
Luftklappenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das um die Schwenkachse (S4) schwenkbare Betätigungselement (24) eine erste Führungsbahn (240) und eine von der ersten Führungsbahn (240) unterschiedliche, zweite Führungsbahn (241) aufweist, wobei über die erste Führungsbahn (240) das erste Hebelgetriebe (22, 23) und über die zweite Führungsbahn (241) das zweite Hebelgetriebe (25, 26) mit dem Betätigungselement (24) in Wirkverbindung steht.
Luftklappenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Führungsbahn (240) an einer ersten Seite des Betätigungselements (24) und die zweite Führungsbahn (241) an einer der ersten Seite entlang der Schwenkachse (S4) betrachtet axial gegenüberliegenden zweiten Seite des Betätigungselements (24) angeordnet ist.
Luftklappenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hebelgetriebe (22, 23) und das zweite Hebelgetriebe (25, 26) jeweils ein schwenkbar gelagertes Hebelelement (23, 25) aufweisen, das mit einem ersten Hebelarm (230, 250) mit dem Betätigungselement (24) und mit einem zweiten Hebelarm (231, 251) mit einer Koppelstange (22, 26) zur Verbindung mit dem zugeordneten ersten oder zweiten Klappenelement (20A, 20B) verbunden ist.
Luftklappenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Klappenelement (20A, 20B) jeweils durch zwei Klappen (200, 201) ausgebildet sind, die um eine gemeinsame Schwenkachse (S) schwenkbar gelagert und durch Verdrehen einer Antriebswelle (21) in einander entgegen gesetzte Schwenkrichtungen (A1, A2) um die gemeinsame Schwenkachse (S) verschwenkbar sind.
Verfahren zur Steuerung eines Kühlluftstroms in einen Motorraum eines Fahrzeugs, mittels einer Luftklappenanordnung, die – eine erste Lufteinlassöffnung, der ein erstes Klappenelement zugeordnet ist, – eine zweite Lufteinlassöffnung, der ein zweites Klappenelement zugeordnet ist, und – eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des ersten Klappenelements und des zweiten Klappenelements zwischen einer geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung, aufweist, dadurch gekennzeichnet dass die Antriebsvorrichtung (28) zum Bewegen des ersten Klappenelements (20A, 20B) und des zweiten Klappenelements (20A, 20B) ein um eine Schwenkachse (S4) schwenkbar gelagertes, über ein erstes Hebelgetriebe (22, 23) mit dem ersten Klappenelement (20A, 20B) und über ein zweites Hebelgetriebe (25, 26) mit dem zweiten Klappenelement (20A, 20B) verbundenes Betätigungselement (24) in eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse (S4) versetzt, wobei das Betätigungselement (24) ausgebildet ist, das erste Klappenelement (20A, 20B) und das zweite Klappenelement (20A, 20B) in nicht-synchroner Weise zu bewegen.