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Die Erfindung betrifft einen Luftkanal für ein Kraftfahrzeug zum Führen eines Luftstroms mit einem Luftkanalgehäuse, wenigstens einer Eintrittsöffnung und wenigstens einer Austrittsöffnung für den durch ihn geführten Luftstrom.
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Der Luftkanal kann grundsätzlich zur Führung von Kühl-, Heiz- und/oder Belüftungsluft, beispielsweise zur Belüftung und/oder Klimatisierung des Kraftfahrzeuginnenraums, dienen. Der Luftkanal ist üblicherweise zumindest bereichsweise von einem luftundurchlässigen Material umschlossen, so dass der Luftstrom über die gesamte Länge des Luftkanals von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung führbar ist.
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Alternativ zur Belüftung und/oder Klimatisierung des Kraftfahrzeuginnenraums kann der Luftkanal auch dazu dienen, einen Luftstrom gezielt auf ein bestimmtes Fahrzeugbauteil zu führen, um dieses Fahrzeugbauteil durch den durch den Luftkanal geführten Luftstrom zu kühlen. Üblicherweise umfassen Luftkanäle eine Schließeinrichtung, die beispielsweise eine drehbar gelagerte Klappe zum Verschließen des Luftkanals aufweist, wobei die äußeren Abmessungen der Klappe an den Innenquerschnitt des Luftkanals angepasst sind, um den Luftkanal vollständig verschließen zu können. Es ist zudem bekannt, dass Luftkanäle durch lamellenförmige Luftleitelemente verschlossen werden können.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 038 212 A1 beschreibt eine Belüftungsdüse für einen Fahrzeuginnenraum, mit einer in einer Innenraumverkleidung eingelassenen Luftaustrittsöffnung, die mit einem Luftführungsgehäuse verbunden ist. Der Querschnitt des Luftführungsgehäuse ist durch zwei gegenüberliegende Wandungen des Luftführungsgehäuses derart variabel einstellbar, dass der Querschnitt des Luftführungsgehäuses durch eine bogenförmige Einschnürung kleiner oder größer einstellbar ist.
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Alle bisher bekannten Luftkanäle oder Belüftungsdüsen, die verschlossen und geöffnet werden können, benötigen entsprechende Verstellvorrichtungen, die sich negativ auf den benötigten Bauraum auswirken. Ferner schränken an der nach außen liegenden Eintrittsöffnung angeordnete Verstellvorrichtungen die optische Wirkung des Kraftfahrzeugs ein. Verstellvorrichtungen können ferner nachteilhaft durch eine Verengung des durchströmbaren Bereichs ungewollte akustische Effekte auslösen.
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DE 103 35 434 A1 betrifft einen Lüftungskanal für eine Innenraumbelüftung, der in einer zu einer Hauptströmungsrichtung senkrechten Richtung durch Kanalwände begrenzt ist. Wenigstens eine Kanalwand weist an einer dem Lüftungskanal zugewandten Seite eine aus Erhebungen und Vertiefungen bestehende Oberflächenstruktur auf, um eine erhöhte Steifigkeit und eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zu erzielen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Luftkanal für ein Kraftfahrzeug mit einem verbesserten Luftführungskonzept anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Luftkanal der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Luftkanal eine röhrenförmige Faltstruktur angeordnet ist, die sich über zumindest einen Teil der Länge des Luftkanals erstreckt und mit wenigstens einem Ende luftdicht mit dem umliegenden Luftkanal verbunden ist, wobei die röhrenförmige Faltstruktur eine Origami-Röhre ist.
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Die in dem Luftkanal angeordnete Faltstruktur dient zum Verschließen des Luftkanals und kann zwischen zwei Endlagen, einer Offen- und einer Schließstellung bewegt werden. Die Faltstruktur kann ein Faltmuster aufweisen und durch Auf- und Zusammenfalten zwischen der Offen- und der Schließstellung faltbar sein. Demnach kann das Faltmuster das Deformationsverhalten der Faltstruktur derart beeinflussen, dass die Faltstruktur durch Auffalten in die Offenstellung und durch Zusammenfalten in die Schließstellung faltbar ist. Die Schließstellung zeichnet sich dadurch aus, dass der Luftkanal durch die Faltstruktur vollständig verschlossen ist, wobei der Luftkanal in der Offenstellung maximal geöffnet ist. Ein durch den erfindungsgemäßen Luftkanal benötigter Bauraum wird durch die Faltstruktur zum Verschließen und Öffnen des Luftkanals reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Länge der Faltstruktur, insbesondere zur Darstellung eines hinreichend langen Verengungsbereichs, in ihren Dimensionen so gewählt werden kann, dass akustische Effekte wie Pfeifen verringert oder gänzlich vermieden werden. Schließlich kann durch die Anordnung innerhalb des Kanals auch eine optische Sichtbarkeit der Faltstruktur bei Bedarf vermieden werden.
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Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass die Faltstruktur aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere aus Zellstoff, Kunststoff, Metall oder einem Verbundstoff besteht. Zudem kann die Faltstruktur einen quadratischen, ringförmigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen, wobei der Innen- und/oder Außendurchmesser der Faltstruktur konisch ausgebildet sein kann.
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Durch Auf- und Zusammenfalten der Faltstruktur respektive durch die Offenstellung und Schließstellung des Luftkanals ist eine Belüftung durch den Luftkanal derart einstellbar, dass eine Luftmenge eines durch den Luftkanal geführten und aus der Austrittsöffnung des Luftkanals austretenden Luftstroms beeinflussbar ist. Die für den Luftstrom vorgesehene Eintrittsöffnung des Luftkanals kann in einem Frontbereich eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise im Bereich eines Kühlerschutzgitters, derart angeordnet sein, dass der durch einen Fahrtwind verursachte Luftstrom in die Eintrittsöffnung des Luftkanals eintreten kann. Dadurch kann eine bedarfsgerechte Steuerung des durch den Luftkanal geführten Luftstroms erfolgen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die röhrenförmige Faltstruktur eine Origami-Röhre ist. Eine Origami-Röhre kann durch ein Faltverfahren nach einem vorgegebenen Muster eines dünnen Blattes oder Bogens eines Materials, insbesondere eines Papierbogens hergestellt sein. Durch unterschiedliche Faltmuster können unterschiedliche dreidimensionale Strukturen hergestellt werden. Erfindungsgemäß kann die röhrenförmige Faltstruktur durch eine Faltung nach einem Origami-Muster entsprechend hergestellt sein. Derartige Faltmuster sind unter anderem aus dem Artikel „Folding and unfolding origami tessellation by reusing folding path” aus anderen technischen Bereichen bekannt. (Zhongua Xi, Jyh-Ming Lien: Folding and unfolding origami tessellation by reusing folding path: IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICCRA), May 2015).
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass das mit dem Luftkanal luftdicht verbundene Ende der Faltstruktur im Bereich der Eintrittsöffnung des Luftkanals angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung des mit dem Luftkanal luftdicht verbundenen Endes, kann der Luftstrom direkt im Bereich der Eintrittsöffnung durch die röhrenförmige Faltstruktur aufgenommen und durch diese geführt werden. Zudem wird durch eine Anordnung des mit dem Luftkanal luftdicht verbundenen Endes im Bereich der Eintrittsöffnung des Luftkanals sichergestellt, dass der Luftkanal direkt im Bereich seiner Eintrittsöffnung verschließbar ist. Da die Faltstruktur im Bereich der Eintrittsöffnung des Luftkanals mit dem Gehäuse des Luftkanals verbunden ist, entsteht bei geschlossener. Faltstruktur eine geschlossene Ebene direkt im Bereich der Eintrittsöffnung des Luftelements. Durch Schließen des Luftkanals kann der Strömungswiderstand des gesamten Kraftfahrzeugs reduziert werden, wenn der Luftkanal derart am Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass sich die Eintrittsöffnung des Luftkanals beispielsweise im Bereich eines Kühlerschutzgitters befindet und durch einen Luftstrom direkt erreichbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Luftkanal kann es vorgesehen sein, dass ein Innendurchmesser der Faltstruktur einstellbar ist, indem die röhrenförmige Faltstruktur um ihre Längsachse verdrehbar ist und/oder wenigstens ein nicht mit dem Luftkanal luftdicht verbundenes Ende der Faltstruktur entlang des Luftkanals linear bewegbar ist. Beispielsweise kann ein Randpunkt an einer Seite des Endes der Faltstruktur, welches dem Ende, das mit dem Luftkanal luftdicht verbunden ist, gegenüberliegt, angeordnet sein, wobei an diesem Randpunkt eine Stelleinrichtung eine Kraft auf die Faltstruktur ausüben kann, sodass das Ende, an dem sich der Randpunkt befindet, linear zum Luftkanal bewegbar ist. Dadurch kann das nicht mit dem Luftkanal verbundene Ende der Faltstruktur auf das mit dem Luftkanal verbundene Ende zu bewegt oder von diesem weg bewegt werden. Die Faltstruktur kann ein derartiges Faltmuster aufweisen, dass das Aufeinanderzubewegen der beiden Enden eine derartige Deformation der Faltstruktur auslöst, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur verkleinert wird. Wird das nicht mit dem Luftkanal verbundene Ende der Faltstruktur von dem mit dem Luftkanal luftdicht verbundenen Ende wegbewegt, wird dadurch eine derartige Deformation der Faltstruktur bewirkt, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur vergrößert wird. Alternativ kann das Faltmuster der Faltstruktur allerdings auch bewirken, dass das Verkleinern des Innendurchmessers der Faltstruktur durch ein Strecken des Faltmusters und ein Vergrößern des Innendurchmessers der Faltstruktur durch ein Stauchen der Faltstruktur herbeiführbar ist.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Faltstruktur derart um ihre Längsachse drehbar ist, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur dadurch verkleinerbar und vergrößerbar ist. Beispielsweise kann die Faltstruktur an wenigstens einer Stelle am umliegenden Luftkanalgehäuse fixiert sein. Wird die Faltstruktur an einer anderen Stelle um ihre Längsachse gedreht, entsteht gegenüber der fixierten Stelle der Faltstruktur eine Verdrehung. Durch diese Verdrehung ist die Form der Faltstruktur derart deformierbar, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur dadurch veränderbar, beispielsweise verkleinerbar, ist. Durch eine der Verdrehung entgegengesetzten Entdrehung der Faltstruktur um ihre Drehachse ist die Verdrehung der Faltstruktur derart entdrehbar, sodass der Innendurchmesser der Faltstruktur vergrößerbar ist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur derart einstellbar ist, dass der Luftkanal vollständig verschließbar ist. Demnach ist die Faltstruktur derart einstellbar, dass sie aufgrund der vollständigen Schließstellung keinen Innendurchmesser (bzw. einen Innendurchmesser von Null) aufweist. Der gesamte Luftkanal kann durch Reduzierung des Innendurchmessers der Faltstruktur auf Null vollständig verschlossen werden, so dass der Luftstrom nicht in den Luftkanal eindringen kann.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Faltstruktur durch einen Luftstrom, der durch die Eintrittsöffnung des Luftkanals auf das Ende der Faltstruktur, welches luftdicht mit dem umliegenden Luftkanal verbunden ist, trifft, derart faltbar ist, dass der Innendurchmesser der Faltstruktur durch eine durch den Luftstrom ausgelöste Deformation der Faltstruktur vergrößert wird, wobei an der Faltstruktur wenigstens ein Federelement angeordnet ist, wodurch der Innendurchmesser der Faltstruktur mit einer elastischen Gegenlagerung einstellbar ist. Das Federelement kann beispielsweise eine Schraubenfeder sein, die mit einem Randpunkt einer Seite der Faltstruktur gekoppelt ist und auf die Faltstruktur eine Rückstellkraft ausübt, die dazu dient, die Faltstruktur in eine Ursprungsposition zurückzustellen, wenn die Kraft des auf die Faltstruktur einwirkenden Luftstroms nachlässt. Durch diese durch das Federelement erzielte elastische Gegenlagerung der Faltstruktur kann beispielsweise der Innendurchmesser der Faltstruktur proportional oder in anderem mathematischen Zusammenhang zur Stärke des Luftstroms eingestellt werden. Dadurch werden keine zusätzlichen Stellelemente zum Falten der Faltstruktur benötigt, um die Faltstruktur in Abhängigkeit des Luftraums zu steuern, wodurch Kosten reduziert werden und der benötigte Bauraum des erfindungsgemäßen Luftkanals weiter reduziert wird.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Luftkanal. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise mehrere erfindungsgemäße Luftkanäle aufweisen. Diese Luftkanäle bzw. konkret die Eintrittsöffnungen können wenigstens teilweise in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise können sie in oder an einer Kühlerblende angebracht sein, wobei für einen durch den Fahrtwind entstehenden Luftstrom vorgesehene Eintrittsöffnungen der Luftkanäle derart angeordnet sind, dass der Luftstrom in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs von dem Frontbereich des Kraftfahrzeugs zu einem Kühler geführt wird, der von der Kühlerabdeckung verdeckt ist.
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Die in dem Kraftfahrzeug angeordneten Luftkanäle können derart ausgebildet sein, dass sie bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und dem dadurch zunehmenden Fahrtwind, der einen Luftstrom in die Eintrittsöffnung bewirkt, einstellbar sind. Demnach ist die Faltstruktur eines der erfindungsgemäßen Luftkanäle durch den Luftstrom in Verbindung mit dem Faltmuster der Faltstruktur derart deformierbar, dass mit zunehmender Kraft des Luftstroms die Faltstruktur von der Schließstellung in die Offenstellung oder zumindest eine Zwischenstellung bewegbar ist. Durch eine durch ein Federelement an der Faltstruktur anliegende Rückstellkraft ist die Faltstruktur bei Reduzierung der Kraft des Luftstroms von der Offenstellung bzw. Zwischenstellung in die Schließstellung rückstellbar. Dadurch wird eine luftstromabhängige respektive fahrgeschwindigkeitsabhängige passive Steuerung der Luftkanäle in dem Frontbereich des Kraftfahrzeugs erzielt. Demnach kann auch der Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs geschwindigkeitsabhängig variiert werden. Bewegt sich das Kraftfahrzeug mit relativ geringer Geschwindigkeit fort, sind die Luftkanäle durch die innen befindlichen Faltstrukturen derart verschlossen, dass der Luftstrom nicht in die Luftkanäle eindringen kann und entlang der äußeren Fahrzeugform entlang geführt wird. Dadurch entsteht ein geringerer Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs. Wird das Kraftfahrzeug mit einer höheren Geschwindigkeit fortbewegt, nimmt die Kraft des durch den Fahrtwind erzeugten Luftstroms, der auf die Luftkanäle respektive deren Faltstrukturen trifft, zu, wodurch die Faltstrukturen derart deformiert werden, dass sie von einer Schließ- in eine Offenstellung oder eine Zwischenstellung gefaltet werden. Die Deformation der Faltstruktur kann dabei durch das Faltmuster kontrolliert ablaufen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ein Bedienelement umfasst, wobei der Luftkanal durch eine entsprechende Betätigung des Bedienelements durch einen Benutzer einstellbar ist. Beispielsweise kann das Bedienelement ein Hebel, ein Drehregler oder Schieberegler sein. Im Rahmen der Erfindung kann allerdings auch ein elektrischer Sensor, wie beispielsweise ein berührungsempfindlicher Sensor als Bedienelement eingesetzt werden. Über das Bedienelement kann der Benutzer den Luftkanal derart regeln, dass eine gewünschte Verstellung des Luftkanals über das Bedienelement erfassbar ist. Bei einem mechanischen Bedienelement kann die anschließende Steuerung des Luftkanals respektive dessen Faltstruktur über eine entsprechende Mechanik erfolgen, die das Bedienelement und den Luftkanal miteinander koppelt. Wird als Bedienelement ein elektrischer Sensor eingesetzt, kann vom Sensor eine Betätigung durch einen Benutzer erfasst werden und über eine Leitungsverbindung an ein Steuergerät übertragen werden. Das Steuergerät kann die erfasste Betätigung auswerten und eine Stellvorrichtung dementsprechend ansteuern, sodass der Luftkanal respektive dessen Faltstruktur dementsprechend verstellt wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Luftkanal in einer geschnittenen Seitenansicht;
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2 eine weitere Darstellung des in 1 gezeigten Luftkanals in einer geschnittenen Seitenansicht;
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3 eine weitere Darstellung des in 1 und 2 gezeigten Luftkanals in einer geschnittenen Seitenansicht; und
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4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Luftkanal 1 mit einem Luftkanalgehäuse 2, einer Eintrittsöffnung 3 und einer Austrittsöffnung 4 für einen Luftstrom 5. Durch die geschnittene Seitenansicht ist im Luftkanal 1 eine röhrenförmige Faltstruktur 6 erkennbar, die mit einem Ende 7 luftdicht mit dem Luftkanalgehäuse 2 verbunden ist. In der gezeigten Darstellung ist die röhrenförmige Faltstruktur 6 derart gefaltet, dass sie sich in einer Schließstellung befindet, wodurch sie den gesamten Luftkanal 1 verschließt. Ein durch mehrere Pfeile dargestellter Luftstrom 5, der auf den Luftkanal 1 zuströmt, kann demnach nicht in den Luftkanal 1 eindringen. Ein Federelement 8, das an einem Randpunkt einer Seite der röhrenförmigen Faltstruktur 6 gekoppelt ist und an seinem anderen Ende mit dem Luftkanalgehäuse 2 verbunden ist, wirkt mit einer bestimmten Rückstellkraft auf die Faltstruktur, wobei der Luftstrom 5 in der gezeigten Darstellung die durch das Federelement 8 ausgeübte Rückstellkraft nicht überwinden kann und der Luftkanal 1 somit durch die Faltstruktur 6 verschlossen bleibt.
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2 zeigt den gleichen Luftkanal 1 mit dem Luftkanalgehäuse 2 der Eintrittsöffnung 3 und der Faltstruktur 6, die im Inneren des Luftkanals 1 angeordnet ist. Die Faltstruktur 6 ist wie bereits in 1 gezeigt mit dem Ende 7 luftdicht mit dem umgebenden Luftkanalgehäuse 2 verbunden. Im Gegensatz zu der Darstellung in 1 ist in 2 ein Luftstrom 9 gezeigt, der ebenfalls durch mehrere Pfeile dargestellt ist. Durch die größere Anzahl an Pfeilen wird im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Luftstrom 5 ein mit einer größeren Kraft auf den Luftkanal 1 und somit auch auf die im Luftkanal 1 befindliche Faltstruktur 6 treffender Luftstrom 9 dargestellt. Durch die größere Kraft des Luftstroms 9 ist die Faltstruktur derart deformiert, dass ein dem mit dem Luftkanalgehäuse 2 verbundenen Ende 7 gegenüberliegendes Ende von der Eintrittsöffnung 3 des Luftkanals 1 wegbewegt ist. Dadurch ist die Faltstruktur derart deformiert, dass sie durch Auffalten in eine Zwischenstellung gefaltet ist. Dadurch kann wie in 2 gezeigt ein Teil des Luftstroms 9 in den Luftkanal 1 gelangen und diesen durchströmen. Das Federelement 8 wird durch die Kraft des Luftstroms 9 entsprechend gespannt und wirkt der durch den Luftstrom verursachten Deformation der Faltstruktur 6 entgegen.
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3 zeigt eine weitere Darstellung des Luftkanals 1 mit dem Luftkanalgehäuse 2 und der Eintrittsöffnung 3. In 3 ist ein Luftstrom 10 gezeigt, der angedeutet durch die größere Anzahl der Pfeile an Kraft weiter zugenommen hat. Durch diese Kraftzunahme ist es dem Luftstrom 10 möglich, die Faltstruktur 6, die nahe des Luftkanals 1 angeordnet ist, weiter zu deformieren, sodass diese entgegen der durch das Federelement 8 ausgeübten Rückstellkraft durch den Luftstrom 10 in eine vollständige Offenstellung deformiert respektive verstellt ist. Dadurch kann der Luftstrom 10 nahezu ungehindert durch den Luftkanal 1 strömen.
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Lässt die Stärke des Luftstroms wieder nach, wird durch die Rückstellkraft des Federelements 8 der Luftkanal entsprechend wieder verengt bzw. schließlich ganz geschlossen. Eine entsprechende Ausgestaltung der Faltstruktur 6 und des Federelements 8 können so gewählt werden, dass ein vorbestimmtes Öffnungsverhalten, beispielsweise im Hinblick auf die Fahrzeuggeschwindigkeit, realisiert werden kann.
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4 zeigt eine Detailansicht eines Frontbereichs eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 11. Im Frontbereich des Kraftfahrzeugs 11 sind mehrere erfindungsgemäße Luftkanäle 1 angeordnet und dazu ausgebildet, den Luftstrom 9, 10 von ihren Eingangsöffnungen 3 durch ihr Luftkanalgehäuse 2 respektive durch ihre Faltstruktur 6 zu einem Kühler 12 zu führen. Die Kraft des Luftstroms 10 ist wie bereits in 3 gezeigt ausreichend groß, um die Faltstrukturen 6 der einzelnen Luftkanäle 1 derart zu deformieren, dass diese durch die an ihnen angebrachten Faltmuster von der Schließ- in die Offenstellung faltbar sind. Dadurch kann der Luftstrom 10 nahezu ungehindert durch die einzelnen Luftkanäle 1 auf den hinter den Luftkanälen 1 liegenden Kühler 12 geführt werden.
