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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung für ein Fahrzeug, und genauer eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung für ein Fahrzeug, welche in der Lage ist, zwangsweise die Luftklappe bei einem Versagen zu öffnen, bei gleichzeitiger Reduzierung von Gewicht und Kosten.
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Beschreibung bezogener Technik
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Im Allgemeinen ist ein Motorraum in einem Fahrzeug ausgerüstet mit Antriebsteilen, wie beispielsweise einem Motor oder ähnlichem, und mit verschiedenen Wärmetauschern, wie beispielsweise einem Kühler, einem Zwischenkühler, einem Verdampfer, einem Kondensator oder ähnlichem.
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Die oben erwähnten Wärmetauscher verteilen hauptsächlich ein Wärmeaustauschmedium darin und tauschen Wärme aus zwischen dem Wärmeaustauschmedium im Wärmetauscher und Luft außerhalb des Wärmetauschers, um Kühlung oder Wärmestrahlung zu erbringen. Die Außenluft muss gleichmäßig in den Motorraum eingebracht werden, so dass verschiedene Wärmetauscher im Motorraum des Fahrzeugs stabil betrieben werden.
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Wenn jedoch ein Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird, ist der Luftwiderstand stark erhöht, durch die Einbringung einer großen Menge von Außenluft mit hoher Geschwindigkeit, wodurch die Treibstoffeffizienz eines Fahrzeugs vermindert ist.
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Um die Probleme zu lösen, wurde die Aktive-Luftklappe-Vorrichtung entwickelt, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern, indem ein Öffnungswinkel groß gemacht wird zu einem Zeitpunkt, wenn mit geringer Geschwindigkeit gefahren wird, um die Zuführung von Luft in den Motorraum zu erhöhen, und indem der Öffnungswinkel klein gemacht wird, wenn mit hoher Geschwindigkeit gefahren wird, um die Zuführung von Luft in den Motorraum zu reduzieren.
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Wie in 1 dargestellt, ist die Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß der bezogenen Technik so aufgebaut, dass sie aufweist einen Kanal 1, der fest montiert ist an einem Vorderende-Bauteil eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), eine Mehrzahl von Luftklappen 3, welche über ein Gestänge 2 schwenkbar mit dem Kanal 1 gekuppelt sind, einen Aktuator 4, welcher eine Betätigung der Luftklappen 3 in Abhängigkeit von Außenbedingungen (Motortemperatur, Kühlwassertemperatur oder ähnliches) steuert und ein Dichtungsbauteil 5, welches die Luftdichtigkeit zwischen dem Vorderende-Bauteil und dem Kanal 1 aufrechterhält. Insbesondere der Aktuator 4 ist so aufgebaut, dass er eine Leiterplatte (PCB für Englisch „printed circuit board“) 4a, einen Motor 4b und eine Mehrzahl von Getriebebauteilen 4c aufweist.
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Doch dadurch, dass der Aktuator den Motor 4b und die Mehrzahl von Getriebebauteilen 4c, wie oben beschrieben, aufweist, gibt es die Probleme, dass die Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß der bezogenen Technik schwer und teuer ist.
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Insbesondere, wenn der Motor 4b nicht angetrieben wird infolge einer Beschädigung desselben (des Aktuators), ist es unmöglich, eine Funktion eines zwangsweisen Öffnens der Luftklappe 3 auszuführen. Wenn dadurch die Luftklappe 3 in einem geschlossenen Zustand beibehalten wird und das Fahrzeug in dem geschlossenen Zustand weiterhin bewegt wird, werden die Motortemperatur und die Temperatur der Wärmetauscher erhöht, wodurch ernsthafte Schäden am Fahrzeug verursacht werden.
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[0008a]
DE 30 46 531 A1 betrifft eine Absperrvorrichtung für die Abgasleitung einer Feuerstätte mit einer durch eine Betätigungsvorrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verstellbaren Absperrklappe.
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[0008b]
DE 102 22 320 A1 betrifft eine Betätigungseinrichtung für eine Luftsteuerklappe bei einem Kraftfahrzeug.
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[0008c]
DE 11 2007 001 053 B4 betrifft einen aktiven Grill, der zum selektiven Steuern einer Fluidströmung positioniert ist, einen Flügel, der drehbar an einem Rahmen befestigt ist; und ein aktives Material in funktioneller Verbindung mit dem Flügel, wobei das aktive Material dazu dient, zumindest eine Eigenschaft in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal zu ändern, wobei sich die Fluidströmung durch den Grill hindurch mit der Änderung der zumindest einen Eigenschaft des aktiven Materials ändert.
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[0008d]
JP S58-180 717 A betrifft eine schraubenfederförmige Formgedächtnislegierung und eine normale Feder, welche in einem zylindrischen Metallgehäuse eingebaut sind, das in einem unteren Tank eines Kühlers hervorsteht, um einen Temperaturerfassungsteil zu bilden.
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Die Information, die in diesem Hintergrundabschnitt bereitgestellt wird, dient nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds dieser Erfindung und sollte nicht so interpretiert werden, als würde hiermit anerkannt oder vorgeschlagen, dass diese Information den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellt.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche in der Lage ist zu verhindern, dass Fahrzeugteile wegen einer nicht funktionsfähigen Luftklappe beschädigt werden, indem ein leichter und kostengünstiger Aufbau verwendet wird, insbesondere ein Aufbau, der in der Lage ist, die Luftklappe zum Zeitpunkt eines Versagens zwangsweise zu öffnen.
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Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung für ein Fahrzeug aufweisen eine Luftklappe, welche über ein Gestänge schwenkbar an einem Kanal montiert ist und aufweist einen Lader, der mit dem Gestänge verbunden ist, eine thermoelektrische Vorrichtung, die fest montiert ist in einem Gehäuse, welches im Kanal montiert ist, einen Wärmeübertragungsstab, welcher in dem Gehäuse montiert ist, wobei das eine Ende des Wärmeübertragungsstabs verbunden ist mit der thermoelektrischen Vorrichtung, um Wärme zu übertragen, wenn die thermoelektrische Vorrichtung betrieben wird, und ein Variable-Länge-Bauteil (z.B. Schraubenfeder), welches mit dem Lader und dem anderen Endabschnitt des Wärmeübertragungsstabs verbunden ist und dem Lader eine Drehkraft bereitstellt während des Änderns einer Länge des Variable-Länge-Bauteils in Abhängigkeit einer Temperaturänderung des Wärmeübertragungsstabs.
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Die Vorrichtung kann darüber hinaus aufweisen eine PCB, welche fest am Kanal montiert ist, um eine Betätigung der thermoelektrischen Vorrichtung zu steuern.
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Das Gehäuse kann aufweisen ein Außengehäuse, welches am Kanal fest montiert ist, und ein Innengehäuse, welches fest montiert ist innerhalb eines Endes des Außengehäuses, wobei das Innengehäuse so montiert ist, dass es die thermoelektrische Vorrichtung und das eine Ende des Variable-Länge-Bauteils darin befestigt und den Wärmeübertragungsstab, der durch es hindurchtritt, gleitend aufnimmt.
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Das Variable-Länge-Bauteil ist eine Feder, welche aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, durch welche eine Länge davon vergrößert wird, wenn die Temperatur steigt, und eine Länge davon in einer ursprünglichen Länge wiederhergestellt wird, wenn die Temperatur fällt.
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Das Außengehäuse ist ein Wärmeisolierungsgehäuse, welches den Wärmeaustausch mit der Außenseite minimiert. Das Außengehäuse ist mit Abstand von einem Ende des Wärmeübertragungsstabs in einer Gegenrichtung zu einer Richtung, in welcher das Innengehäuse angeordnet ist, fest montiert, wobei ein Hemmbalken einen Innenraum des Außengehäuses in einer Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Außengehäuses durchquert, wobei eine Seite des Außengehäuses ausgestattet ist mit einem Führungsloch, durch welches das eine Ende des Laders hindurchtritt, wobei das Führungsloch gelängt (z.B. als Langloch) ausgebildet ist entlang der vertikalen Richtung des Außengehäuses.
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Wenn das eine Ende des Laders, welches mit dem Variable-Länge-Bauteil verbunden ist, sich in eine Richtung bewegt, in welche die Länge des Variable-Länge-Bauteils vergrößert wird, um sich über den Hemmbalken hinüber zu bewegen, wird der Lader zurückgehalten durch den Hemmbalken, so dass der Lader sich nicht in eine Richtung bewegt, in welche die Länge des Variable-Länge-Bauteils reduziert wird, es sei denn, es wird eine äußere Kraft am Lader aufgebracht.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Eigenschaften und Vorzüge, welche anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich sind, bzw. genauer erläutert werden. Zusammen mit der „Detaillierten Beschreibung“ dienen sie der Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Explosions-Perspektivansicht einer Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß bezogener Technik.
- 2 ist ein Diagramm eines Aktuators, welcher in der Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß bezogener Technik verwendet wird.
- 3 ist ein Diagramm, welches eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es einen Zustand zeigt, in welchem ein Kanal durch die Luftklappe geschlossen ist.
- 4 ist ein Diagramm, welches Bauteile der Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I aus 4.
- 6 ist ein Diagramm, welches eine Innenseite eines Gehäuses zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, welches einen Kopplungszustand eines Laders und eines Variable-Länge-Bauteils zeigt.
- 8 ist ein Diagramm eines Zustands, in welchem ein Kanal durch die Luftklappe geöffnet ist.
- 9 ist ein Diagramm, welches eine Position eines Laders zum Zeitpunkt eines Versagens zeigt.
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Es ist zu verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig maßstabsgerecht sind, und dass sie eine etwas vereinfachte Darstellung der Eigenschaften bilden, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Spezifische Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie z.B. spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Positionierungen und Formen, werden teilweise auch durch die geplante Nutzung und Anwendungsumgebung bestimmt.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche oder ähnliche Teile der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun detailliert Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Beispiele werden durch die beigefügten Zeichnungen und den Text unten erläutert. Auch wenn die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungen erläutert wird, wird damit in keiner Weise die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele eingeschränkt.
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Hierin wird im Folgenden eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
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Wie in den 3 bis 9 dargestellt, ist eine Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, dass sie aufweist einen Kanal 10, welcher an einem Vorderende-Bauteil eines Fahrzeugs fest montiert ist, eine Luftklappe 20, welche über ein Gestänge 21 montiert ist an dem Kanal 10 und einen mit dem Gestänge 21 verbundenen Lader 22 aufweist, eine thermoelektrische Vorrichtung 40, welche fest montiert ist an einem Gehäuse 30, welches im Kanal 10 montiert ist, eine Leiterplatte (PCB für Englisch ''printed circuit board) 50, welche in dem Kanal 10 fest montiert ist, um eine Betätigung der thermoelektrischen Vorrichtung 40 zu steuern, einen Wärmeübertragungsstab 60, welcher im Gehäuse 30 so montiert ist, dass das eine Ende des Wärmeübertragungsstabs 60 mit der thermoelektrischen Vorrichtung 40 verbunden ist, um Wärme zu übertragen, wenn die thermoelektrische Vorrichtung 40 betrieben wird, und ein Variable-Länge-Bauteil 70, welches so montiert ist, dass es den Lader 22 und den Wärmeübertragungsstab 60 verbindet und dem Lader 22 eine Rotationskraft bereitstellt während des Änderns einer Länge des Variable-Länge-Bauteils in Abhängigkeit von einer Änderung der Temperatur des Wärmeübertragungsstabs 60.
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In dieser Anordnung ist die PCB 50 auf einem mittleren Abschnitt einer Hinterfläche des Kanals 10 fest montiert und zwei Luftklappen 20 sind unter und über dem linken bzw. rechten Abschnitt montiert, auf die PCB 50 aufbauend, so dass eine Gesamtzahl von vier Luftklappen 20 montiert ist.
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Die Positionen und die Anzahl der Luftklappen 20 können gemäß einem Modell des Fahrzeugs geändert werden.
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Wenn die Luftklappe 20 mittels des Gestänges 21 geschwenkt wird, ist der Kanal 10 in einem geschlossenen Zustand, wie in 3 dargestellt, oder er ist in einem geöffneten Zustand, wie in 8 dargestellt.
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Das Gehäuse 30 ist so aufgebaut, dass es ein Außengehäuse 31 aufweist, welches fest an dem Kanal 10 montiert ist, und ein Innengehäuse 32, welches fest innerhalb eines Endes des Außengehäuses 31 montiert ist, wobei das Innengehäuse 32 so montiert ist, dass es die thermoelektrische Vorrichtung 40 und das eine Ende des Variable-Länge-Bauteils 70 befestigt und den Wärmeübertragungsstab 60 aufweist, der durch es hindurchtritt.
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Das Variable-Länge-Bauteil 70 ist eine Feder, welche aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist, durch welche eine Länge davon vergrößert wird, wenn die Temperatur steigt, und eine Länge davon in einer ursprünglichen Länge wiederhergestellt wird, wenn die Temperatur fällt.
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Darüber hinaus ist das Außengehäuse 31 ein Wärmeisolierungsgehäuse, welches den Wärmeaustausch mit der Außenseite minimieren kann. Wenn, wie oben beschrieben, das Außengehäuse 31 als ein Wärmeisolierungsgehäuse verwendet wird, ist es möglich zu verhindern, dass Wärme zur Außenseite des Gehäuses 30 verteilt wird, wenn der Wärmeübertragungsstab 60 Wärme an das Variable-Länge-Bauteil 70 überträgt, wodurch die Antwort (Ansprechzeit) des Variable-Länge-Bauteils verbessert wird.
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Ferner ist das Außengehäuse 31 fest montiert mit einem Hemmbalken 80, welcher einen Innenraum des Außengehäuses 31 in einer Richtung senkrecht zu einer vertikalen Richtung des Außengehäuses 31 durchquert. Der Hemmbalken 80 ist fest montiert in einer Position, welche einen Abstand aufweist zu einem Ende des Wärmeübertragungsstabs 60 in einer Gegenrichtung zu einer Richtung, in welcher das Innengehäuse 32 angeordnet ist.
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Zusätzlich ist eine Seite des Außengehäuses 31 ausgestattet mit einem Führungsloch 31a, durch welches das eine Ende des Laders 22 hindurchtritt, wobei das Führungsloch 31a gelängt (z.B. als Langloch) ausgebildet ist entlang der vertikalen Richtung des Außengehäuses 31.
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Der Hemmbalken 80 und das Führungsloch 31a sind Bauteile zum erzwungenen Drehen und Befestigen der Luftklappe 20, so dass der geschlossene Kanal 10 in einem geöffneten Zustand gehalten wird, wenn die Luftklappe 20 nicht automatisch geöffnet wird.
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Das Innengehäuse 32 verhindert, dass sich der Wärmeübertragungsstab 60 infolge eines Aufpralls von außen zur Außenseite des Gehäuses 30 abtrennt.
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Der Betrieb der aktiven Luftklappe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben.
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3 zeigt einen Zustand, ich welchem die Luftklappe 20 den Kanal 10 schließt.
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Wenn die PCB 50 Signale von externen Sensoren empfängt wie das Ansteigen der Motortemperatur, das Ansteigen der Kühlwassertemperatur in dem Zustand, der in 3 dargestellt ist, oder ähnliches, übermittelt die PCB 50 ein Steuersignal, um die thermoelektrische Vorrichtung 40 zu betätigen. Infolgedessen erzeugt die thermoelektrische Vorrichtung 40 Wärme.
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Die Wärme, die von der thermoelektrischen Vorrichtung 40 erzeugt wird, wird übertragen an das Variable-Länge-Bauteil 70, also beispielsweise die Feder, welche aus der Formgedächtnislegierung hergestellt ist, durch den Wärme-Übertragungs-Balken 60, wobei das Variable-Länge-Bauteil 70 so verändert wird, dass es die Länge davon ändert mit dem allmählichen Ansteigen der Temperatur.
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Wenn, wie oben beschrieben, die Länge des Variable-Länge-Bauteils 70 ansteigt, rotiert der mit dem Variable-Länge-Bauteil 70 verbundene Lader 22 und der Kanal 10, welcher durch die Luftklappe 20 wie in 3 dargestellt geschlossen ist, wird in den geöffneten Zustand geschaltet, wie in 8 dargestellt, durch gemeinsames Drehen des Gestänges 21 und der Luftklappe 20 durch die Rotation des Laders 22.
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Wenn ferner die PCB 50 ein Steuersignal übermittelt, den Betrieb der thermoelektrischen Vorrichtung 40 wegen der Änderung in den Außenbedingungen zu stoppen, erzeugt das thermoelektrische Bauteil 40 keine Wärme, die Temperatur des Wärmeübertragungsstabs 60 fällt allmählich und die Länge des Variable-Länge-Bauteils 70 wird allmählich reduziert, um wieder die ursprüngliche Form anzunehmen.
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Dementsprechend dreht der Lader 22 in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Drehrichtung, wenn die Länge des Variable-Länge-Bauteils 70 vergrößert wird, so dass der Kanal 10, welcher durch die Rotation der Luftklappe 20 geöffnet wurde, wie in 8 dargestellt, wieder zum geschlossenen Zustand geschaltet wird, wie in 3 dargestellt.
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Wenn indes die aktive Luftklappe gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kaputt ist in dem geschlossenen Zustand, ohne wie oben beschrieben automatisch betätigt zu werden, steigen die Motortemperatur und die Temperatur anderer Wärmetauscher an, wodurch ernsthafte Schäden an einem Fahrzeug verursacht werden.
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Darum muss ein Fahrzeug sicher beibehalten werden, bevor die aktive Lüftungsklappe repariert wird. Zu diesem Zweck hält ein Arbeiter den Lader 22 in dem Zustand, der in 5 dargestellt ist, und zieht den Lader in eine Gegenrichtung zu dem inneren Gehäuse 32, um den Lader an den Hemmbalken 80 zu hängen.
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Der Lader 22 bewegt sich leichtgängig entlang des Führungslochs 31a, welches im Außengehäuse 31 ausgebildet ist. Wenn der Lader 22 sich über den Hemmbalken 80 hinwegbewegt, wie in 9 dargestellt, wird der Lader 22 zurückgehalten vom Hemmbalken 80, es sei denn, am Lader 22 wird eine externe Kraft aufgebracht, so dass der Lader 22 sich nicht wieder in eine Richtung bewegt, in welche die Länge des Variable-Länge-Bauteils 70 reduziert wird.
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Wenn, wie in 9 dargestellt, der Lader 22 zurückgehalten wird, indem er an den Hemmbalken 80 gehängt wird, ist die Luftklappe in dem erzwungenen Rotationszustand, so dass der geschlossene Kanal 10 dauerhaft den geöffneten Zustand, wie in 8 dargestellt, beibehalten kann. Demzufolge ist es möglich zu verhindern, dass das Fahrzeug wegen eines Versagens der Luftklappe 20 beschädigt wird.
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Wie oben beschrieben, kann die Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Gewicht und Kosten reduzieren, indem die schweren und teuren Motoren und Getriebebauteile nicht verwendet werden.
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Zusätzlich kann die Luftklappe 20 durch zwangsweise Rotation der Luftklappe 20 bei einem Versagen befestigt werden, wodurch verhindert wird, dass das Fahrzeug wegen des Versagens der Luftklappe 20 beschädigt wird.
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Die Aktive-Luftklappe-Vorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Luftklappe befestigen, indem die Luftklappe zwangsweise rotiert wird, so dass der Kanal bei einem Versagen geöffnet wird, bei gleichzeitiger Reduzierung von Gewicht und Kosten, wodurch verhindert wird, dass das Fahrzeug beschädigt wird.
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Um die Erklärung zu vereinfachen und eine genaue Definition in den beigefügten Ansprüchen zu ermöglichen, werden die Begriffe „obere“, „untere“, „innere“, „äußere“ verwendet, um Elemente der beispielhaften Ausführung zu bezeichnen mit Bezug auf die Positionierung dieser Elemente wie in den Zeichnungen dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kanal
- 2
- Gestänge
- 3
- Luftklappen
- 4
- Aktuator
- 4a
- Leiterplatte
- 4b
- Motor
- 4c
- Getriebebauteil
- 5
- Dichtungsbauteil
- 10
- Kanal
- 20
- Luftklappe
- 21
- Gestänge
- 22
- Lader
- 30
- Gehäuse
- 31
- Außengehäuse
- 31a
- Führungsloch
- 32
- Innengehäuse
- 40
- thermoelektrische Vorrichtung
- 50
- PCB
- 60
- Wärmeübertragungsstab
- 70
- Variable-Länge-Bauteil
- 80
- Hemmbalken
