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Die Erfindung betrifft eine Regelungseinrichtung für einen Luftstrom einer Kühlereinrichtung eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Regelungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
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Eine solche Regelungseinrichtung ist beispielsweise bereits aus der
DE°10°2011°102°155°A1 bekannt und als so genanntes Kühlergrillmodul in den Kühlergrill am Kraftwagenbug integriert. Die Regelungseinrichtung umfasst dabei eine Mehrzahl von Regelungselementen in Form von übereinander angeordneten Lamellen, welche zur Regelung des durch diese hindurch zu einem Kühler einer dahinter angeordneten Verbrennungskraftmaschine gelangenden Luftstroms mittels einer Verstelleinrichtung verstellbar ist.
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Ein bekanntes Problem bei solchen Regelungseinrichtungen ist es, dass der dortige Antrieb äußerst aufwändig ausgestaltet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Regelungseinrichtung und ein Verfahren zu deren Betreiben der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine einfache Einstellung des Luftstroms realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Regelungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Um eine Regelungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich eine einfache Einstellung des Luftstroms realisieren lässt, ist erfindungsgemäß eine Verstelleinrichtung vorgesehen, welche wenigstens einen formveränderlichen Aktor, insbesondere einen Formgedächtnisaktor, zur Verstellung des wenigstens einen zugeordneten Regelungselements umfasst. Durch einen einfacheren Antrieb mittels eines derartigen formveränderlichen Aktors, insbesondere einen Formgedächtnisaktors, lassen sich besonders vorteilhaft eine Kostenersparnis und eine Gewichtsersparnis erzielen.
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In weiterer Ausgestaltung ist eine Mehrzahl von Regelungselementen, insbesondere Lamellen, an einem Rahmen gelagert und mittels eines gemeinsamen formveränderlichen Aktors verstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass für ein Verstellen von mehreren Regelungselementen nur ein Aktor benötigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jedes der Regelungselemente mit einer Antriebsrolle verbunden, welche über den gemeinsamen formveränderlichen Aktor verstellbar ist. Die Rollen haben den Vorteil, dass der eine formveränderliche Aktor effektiv für alle Regelungselemente eingesetzt werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Mehrzahl von Regelungselementen, insbesondere Lamellen, in einen Kühlergrill einer Frontverkleidung – beispielsweise eines Frontmoduls – integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Bauteil mehrere Funktionen ausführt und dadurch kostengünstig und/oder platzsparend ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der formveränderliche Aktor, insbesondere der Formgedächtnisaktor, durch ein Steuergerät regelbar ist, mittels welchem der Aktor in Abhängigkeit wenigstens eines äußeren Parameters und/oder eines Fahrzeugparameters regelbar ist. Hierdurch ist die Regelung optimal an die momentane Situation angepasst und es entsteht ein optimales Verhältnis von Motorkühlung und Aerodynamik.
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In weiterer Ausgestaltung ist der Aktor in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern in Form von motorbezogenen Daten, wie beispielsweise einer Öltemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur, regelbar. Hierdurch ist die Regelung optimal an die momentane Situation angepasst und es entsteht ein optimales Verhältnis von Motorkühlung und Aerodynamik.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Aktor in Abhängigkeit von Prediktionsalgorithmen, insbesondere einem Kalmanfilter oder dgl., vorausschauend regelbar. Hierdurch ist die Regelung an die zukünftige Situation, wie beispielsweise eine Hangfahrt oder eine Talfahrt, angepasst und es entsteht ein optimales Verhältnis von Motorkühlung und Aerodynamik.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren gemäß Anspruch 9.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Vorderansicht einer Regelungseinrichtung für einen Luftstrom einer Kühlereinrichtung eines Kraftwagens mit fünf Regelungselementen;
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2 eine schematische Querschnittsansicht, auf die Regelungseinrichtung entlang einer durch die Linie II-II in 1 repräsentierten Schnittebene, bei geschlossenen Regelungselementen;
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3 eine schematische Querschnittsansicht auf die Regelungseinrichtung analog zu 2 bei geöffneten Regelungselementen; und in
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4 eine schematische Seitenansicht der Regelungseinrichtung gemäß 1, wobei jeweilige Antriebsrollen der Regelungselemente erkennbar sind, welche über den gemeinsamen formveränderlichen Aktor verstellbar sind.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine Regelungseinrichtung für einen Luftstrom, welcher infolge einer Vorwärtsfahrt eines Kraftwagens auf einen nicht erkennbaren Kraftwagenbug auftrifft, eine Kühleröffnung im Kraftwagenbug passiert und durch die Regelungseinrichtung hindurch zu einer nicht weiter dargestellten Kühlereinrichtung eines Kraftwagens gelangt. Die Regelungseinrichtung kann dabei in die Kühleröffnung bzw. einen Kühlergrill integriert sein oder aber separat davon aufgebildet, insbesondere hinter der Kühleröffnung am Kraftwagenbug angeordnet sein.
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Wie nun aus 1 erkennbar ist, umfasst die Regelungseinrichtung ein Gehäuse 10 in Form eines rechteckförmigen Rahmens oder dgl. sowie eine Mehrzahl von übereinander und parallel zueinander verlaufenden Regelungselementen 12 – vorliegend in Form von Lamellen – welche um eine jeweilige Achse 14 schwenkbar auf beiden Seiten an dem Gehäuse 10 in jeweils einem Lager 16 drehbar gelagert sind. Die Regelungselemente sind demzufolge zweiseitig gelagert.
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Wie insbesondere in Zusammenschau mit 4 erkennbar ist, welche die Regelungseinrichtung in einer Seitenansicht zeigt, ist an mindestens einer Seite der Achse 14 eine Antriebsrolle 18 angeordnet, die fest mit der Achse 14 verbunden ist. Die jeweiligen Antriebsrollen 18 sind, wie dies ebenfalls aus 4 besonders gut erkennbar ist, über einen formveränderlichen Aktor 20 in Form eines Formgedächtnisaktors angetrieben. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der formveränderliche Aktor 20, in Form eines Drahtes, die jeweiligen Antriebsrollen nach Art eines Transmissionsriemens umschlingt. Gleichfalls wäre es denkbar, den formveränderlichen Aktor 20 als Leiste oder dgl. zu gestalten, mittels welchen entsprechende Momente über die Antriebsrollen 18 auf die jeweiligen Regelungselemente 12 übertragbar sind.
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Im Ergebnis soll jedenfalls erreicht werden, dass mittels des formveränderlichen Aktors 20 die Regelungselemente 12 gemeinschaftlich und gleichförmig verstellt werden können. Im vorliegenden Fall werden somit über eine Formveränderung des formveränderlichen Aktors 20 die Antriebsrollen 18 und somit die Achsen 14 samt der Regelungselemente 12 verdreht, um hierdurch die Durchsatzmenge des hindurch gelangenden Luftstroms zur Kühlung des dahinter angeordneten Kühlers einzustellen.
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Der formveränderlichen Aktor 20 ändert seine Form temperaturabhängig aufgrund von angelegtem Strom, infolge ohmscher Erwärmung oder mittels von separaten, nicht weiter erläuterten Heizelementen. Der Aktor 20 funktioniert vorliegend nach dem Zweiwegeffekt der Formgedächtnislegierungen, wobei zwei eingespeicherte Formen möglich sind: eine in abgekühltem Zustand (Martensitphase), welche mit einer Verschlussstellung der Regelungseinrichtung gemäß 2 korreliert, und eine andere in erhitztem Zustand (Austenitphase), welche mit einer Öffnungsstellung der Regelungseinrichtung gemäß 3 korreliert. Beim Erwärmen des Aktors 20 werden demzufolge die Regelungselemente 12 mittels des Aktors 20 in die Öffnungsstellung verlagert und beim Abkühlen des Aktors 20 werden die Regelungselemente 12 mittels des Aktors 20 in die Verschlussstellung verlagert.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform ermöglicht der formveränderliche Aktor 20 ein stufenloses Verstellen der Regelungselemente 12. Alternativ zu der beschriebenen Möglichkeit ist die Funktionsweise des formveränderlichen Aktors 20 über den Einfluss eines Magnetfeldes, auch in diesem Fall mittels von elektrischem Strom, denkbar.
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In 2 ist die Regelungseinrichtung in einem seitlichen Schnitt gezeigt. In der hier gezeigten Öffnungsstellung strömt so wenig Luft als möglich durch die Regelungseinrichtung in Richtung des Kühlers. Die Aerodynamik des Fahrzeuges ist somit am besten, so dass sich ein reduzierter Kraftstoffverbrauch und eine reduzierte Lärmemission einstellen. Jedoch wird der Motorraum nicht durch einströmende Luft gekühlt.
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In 3 ist die Regelungseinrichtung ebenfalls in einem seitlichen Schnitt gezeigt. Die Regelungselemente 12 sind vorliegend in der maximalen Öffnungsstellung angeordnet. In dieser Stellung kann der Luftstrom maximal in den Motorraum einströmen und kühlend wirken.
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Schließlich ist aus 4 ein Steuergerät 22 erkennbar, welches seinerseits über eine Stromleitung 24 versorgbar ist. Das Steuergerät 22 ist vorliegend am Gehäuse 10 angeordnet, kann grundsätzlich aber beliebig positioniert sein.
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In einer besonderen Ausgestaltungsformen wird das Steuergerät 22 des formveränderlichen Aktors 20 und somit die Luftzufuhr in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern wie Öltemperatur und/oder Kühlwassertemperatur gesteuert. Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, äußere Parameter wie die Außentemperatur mit einzubeziehen.
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In zusätzlichen Ausgestaltungsformen ist vorgesehen, das Steuergerät 22 des formveränderlichen Aktors 20 mithilfe von einer globalen Geoposition zu steuern. Die globale Position kann beispielsweise mithilfe von einem System extrahiert werden, welches auf einem globalen Navigationssatellitensystem basiert ist. Aufgrund von Vorwissen aus Geodatenbanken ist es nun möglich, eine Bergfahrt oder eine Talfahrt im Vorfeld zu erkennen und in ein Kühlkonzept einfließen zu lassen.
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In einer weiteren Variante ist es angedacht, in die Steuerung des formveränderlichen Aktors 20 die geschätzte zukünftige Situation aufgrund von einem Prediktionsalgorithmus, einem Kalmanfilter und/oder Partikelfilter oder dgl., einfließen zu lassen. Diese Prediktionsalgorithmen extrapolieren die Situation und ermöglichen somit ebenfalls eine vorausschauende Steuerung des formveränderlichen Aktors 20.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011102155 A1 [0002]
