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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Luftklappenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Luftklappenträger mit einer Durchströmungsöffnung und mit einer Mehrzahl von Luftklappen, welche in die Durchströmungsöffnung einragen oder diese durchsetzen und welche jeweils zwischen einer Sperrstellung als einer Arbeitsstellung und einer Durchlassstellung als einer weiteren Arbeitsstellung beweglich am Luftklappenträger gelagert sind, wobei jede Luftklappe in ihrer Sperrstellung eine bestimmungsgemäße Durchströmung der Durchströmungsöffnung stärker behindert als in der Durchlassstellung, wobei die Luftklappenvorrichtung als eine Betriebsstellung eine Schließstellung aufweist, in welcher sich jede Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen in der Sperrstellung als der der Schließstellung zugeordneten Arbeitsstellung befindet, und als eine weitere Betriebsstellung eine Öffnungsstellung aufweist, in welcher sich jede Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen in der Durchlassstellung als der der Öffnungsstellung zugeordneten Arbeitsstellung befindet, wobei die Luftklappenvorrichtung weiter eine Antriebsvorrichtung zur Bereitstellung von Antriebskraft für die Bewegung der Luftklappen zwischen Sperrstellung und Durchlassstellung und eine Kopplungsvorrichtung zur Übertragung der von der Antriebsvorrichtung bereitgestellten Antriebskraft zu den Luftklappen aufweist.
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Derartige Luftklappenvorrichtungen sind im Bereich des Kühlergrills an Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Die beweglich am Luftklappenträger gelagerten Luftklappen dienen dazu, die Durchströmbarkeit der Strömungsöffnung abhängig von ihrer Stellung zu verändern, um dadurch eine die Durchströmungsöffnung im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs durchströmende Luftströmung mengenmäßig zu verändern. Dadurch kann eine konvektive Kühlluftströmung durch die Durchströmungsöffnung hindurch dem Kühlbedarf von in Durchströmungsrichtung hinter der Durchströmungsöffnung gelegenen Funktionsbaugruppen des Kraftfahrzeugs angepasst werden. Beispielsweise kann so die Aufwärmphase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach einem Kaltstart oder nach einer vorherigen Betriebsphase bei einer Temperatur, die niedriger als die Nennbetriebstemperatur der Brennkraftmaschine ist, bis zum Erreichen der Nennbetriebstemperatur verkürzt werden. Das Erreichen der Nennbetriebstemperatur der Brennkraftmaschine kann anhand der Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine überwacht werden, etwa dahingehend, ob die Kühlmitteltemperatur über oder unter einer vorbestimmten Schwellentemperatur gelegen ist.
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Durch eine Verkürzung der Aufwärmphase der Brennkraftmaschine kann die Zeitspanne verkürzt werden, in welcher die Brennkraftmaschine mit transienten und daher suboptimalen Betriebsparametern betrieben wird. Während der Aufwärmphase stößt die Brennkraftmaschine üblicherweise - verglichen mit ihrem Betrieb bei Nennbetriebstemperatur - pro Zeiteinheit oder/und pro zurückgelegter Strecke eine größere Schadstoffmenge aus.
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Da die Luftklappenvorrichtung somit die Schadstoffemission eines Kraftfahrzeugs beeinflusst, ist es wünschenswert, ihre Betriebsbereitschaft bzw. ihr ordnungsgemäßes Funktionieren überwachen zu können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Luftklappenvorrichtung derart weiterzubilden, dass sie hinsichtlich ihres ordnungsgemäßen Funktionierens einfach und sicher überprüfbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Luftklappenvorrichtung, bei welcher die Kopplungsvorrichtung derart mit der Mehrzahl von Luftklappen gekoppelt ist, dass wenigstens ein Teil der Luftklappen aufgrund eines Verstellvorgangs der Luftklappenvorrichtung in eine Ziel-Betriebsstellung ihre der Ziel-Betriebsstellung zugeordnete Ziel-Arbeitsstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht.
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Dadurch, dass wenigstens ein Teil der Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht, ist jedes einzelne Ereignis, in welchem eine oder mehrere Luftklappen aus der Mehrzahl von Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht bzw. erreichen, mit einfachen Mitteln erfassbar.
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Die Ziel-Arbeitsstellung ist dabei bevorzugt eine Endstellung der Luftklappen, über welche die Luftklappen nicht hinaus bewegt werden können. Verwendet man eine elektrische Antriebsvorrichtung, beispielsweise einen Elektromotor, als Bewegungsantrieb der Luftklappen, ist der Betrag des während eines Verstellvorgangs durch die Antriebsvorrichtung fließenden Stroms ein Indiz dafür, ob eine Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung als Endstellung erreicht hat oder nicht. Dann nämlich, wenn eine Luftklappe ihre Endstellung erreicht hat, also nicht mehr weiter in dem Bewegungssinn, in dem sie angetrieben wird, bewegt werden kann, steigt verglichen mit der vorhergehenden Bewegungsphase der durch die Antriebsvorrichtung fließende Strom als so genannter „Stillstandsstrom“ betragsmäßig an. Wenn Luftklappen zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihre Ziel-Arbeitsstellung erreichen, kann die aus jedem Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung resultierende Änderung des durch die Antriebsvorrichtung fließenden Stroms erfasst werden, sodass jedes einzelne Erreichen einer Ziel-Arbeitsstellung durch eine oder mehrere Luftklappen gesondert erfassbar ist.
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Die Ziel-Arbeitsstellung muss jedoch keine Endstellung der Luftklappen sein. Es reicht aus, wenn die Luftklappen in der Zielstellung weiter im bisherigen Bewegungssinn bewegbar sind, ihr Bewegungswiderstand jedoch größer als außerhalb der Ziel-Arbeitsstellung. Auch dies ermöglicht bereits, das Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung zu erkennen.
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Im Gegensatz dazu erreichen bei Luftklappenvorrichtungen des Standes der Technik in der Regel alle Luftklappen einer Mehrzahl von Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung gleichzeitig, sodass hieraus ohne aufwendige Sensorik nicht ermittelbar ist, ob die Ziel-Arbeitsstellung nur von einigen wenigen oder von allen Luftklappen erreicht wurde.
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Im Gegensatz dazu kann in der erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung das Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung von wenigstens einem Teil der Luftklappen ohne aufwendige Sensorik beispielsweise durch den von der Antriebsvorrichtung gezogenen Strom festgestellt werden, da wenigstens ein Teil der Luftklappen aufgrund des Verstellvorgangs ihre Ziel-Arbeitsstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht.
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Dabei kann man das Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung durch jede einzelne Luftklappe auflösen, indem man die Kopplungsvorrichtung derart ausbildet, dass jede Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen bei Verstellung der Luftklappenvorrichtung in eine Ziel-Betriebsstellung ihre zugeordnete Ziel-Arbeitsstellung zu einem anderen Zeitpunkt erreicht als die übrigen Luftklappen.
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Die Ziel-Arbeitsstellung ist dabei bevorzugt - wie schon im Stand der Technik - für alle Luftklappen aus der Mehrzahl von Luftklappen die gleiche Ziel-Arbeitsstellung, so dass über die Durchlassöffnung hinweg im Wesentlichen einheitliche Durchströmungsverhältnisse erzielt werden können. So ist nach Erreichen der Ziel-Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung, also wenn alle daran beteiligten Luftklappen ihre der Ziel-Betriebsstellung zugeordnete Ziel-Arbeitsstellung erreicht haben, der zwischen je zwei paarweise benachbarten Luftklappen gebildete Durchströmungsspalt für alle beteiligten Luftklappenpaare im Wesentlichen gleich groß. Die schließt einen Spalt mit einem Spaltmaß von „0“, also eine verschlossene Durchströmungsöffnung mit ein.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Kopplungsvorrichtung derart auszubilden, dass sich ein zu einer Luftklappe führender Antriebsstrang nach Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung durch die jeweilige Luftklappe unter weiterer Ausübung von Arbeitskraft durch die Antriebsvorrichtung wenigstens abschnittsweise verformt, sodass das Erreichen einer Ziel-Arbeitsstellung durch eine Luftklappe den Antrieb einer anderen Luftklappe zum Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung nicht behindert. Die Verformung ist vorzugsweise elastisch.
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Allerdings benötigt diese Lösung eine sehr leistungsstarke Antriebsvorrichtung, da bei n vorgesehenen Luftklappen bei größtmöglicher Auflösung der Luftklappenbewegung n-1 Antriebsstränge kumulativ verformt werden müssen, damit auch die letzte Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung erreichen kann.
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Das gleiche Ziel kann mit einer weniger leistungsstarken Antriebsvorrichtung dann erreicht werden, wenn die Luftklappenvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Antriebskraft übertragende Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und einer Luftklappe zu trennen, nachdem die Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht hat.
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Dabei soll eine Antriebskraft übertragende Verbindung bereits dann als getrennt im Sinne der vorliegenden Anmeldung angesehen werden, wenn aufgrund einer Änderung in der Verbindung in der Lagerung einer Luftklappe am Luftklappenträger betragsmäßig größere Reibkräfte auf die Luftklappe ausgeübt werden als im Antriebsstrang zwischen Antriebsvorrichtung und Luftklappe. Dann kann zwar von der Antriebsvorrichtung im Wege der Reibung möglicherweise eine Rest-Antriebskraft auf die Luftklappe ausgeübt werden. Diese ist betragsmäßig jedoch nicht groß genug, um die Luftklappe relativ zum Luftklappenträger zu bewegen.
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Der Begriff „Antriebskraft“ schließt den Begriff „Antriebsdrehmoment“ ein und betrifft sowohl eine längs einer Kraftwirkungsrichtung wirkende Antriebskraft im klassischen Sinne wie auch ein rotatorisch um eine Momentenachse wirkendes Antriebsdrehmoment.
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Um das Erreichen der Ziel-Arbeitsstellung durch einzelne Luftklappen in einfacher Weise erfassbar zu machen, kann die Luftklappenvorrichtung in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dazu ausgebildet sein, eine Antriebskraft übertragende Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und der Luftklappe zu trennen, bevor eine weitere Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht. Dann kann nämlich dann, wenn eine Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung als Endstellung erreicht, gegenüber der unmittelbar vorhergehenden Bewegungsphase der Luftklappe ein sogenannter Stillstandsstrom an der Antriebsvorrichtung erfasst werden, welcher betragsmäßig höher ist als der während des Bewegungsantriebs der sich bewegenden Luftklappe benötigte Antriebsstrom. Wird die Antriebskraft übertragende Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und der Luftklappe in der Ziel-Arbeitsstellung getrennt, bevor die nächste Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht, fällt der erfassbare Stromwert bis zum nächsten Erreichen einer Ziel-Arbeitsstellung durch die andere Luftklappe betragsmäßig wieder ab. So kann auch für dieses nächste Erreichen einer Ziel-Arbeitsstellung durch eine weitere Luftklappe wieder ein Stillstandsstrom der Antriebsvorrichtung erfasst werden, welcher betragsmäßig in der gleichen Größenordnung liegen wird, wie der Stillstandsstrom für die zuvor ihre Ziel-Arbeitsstellung erreichende Luftklappe.
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Bei n Luftklappen, die nacheinander ihre Ziel-Arbeitsstellung erreichen und deren Antriebskraft übertragende Verbindung mit der Antriebsvorrichtung jeweils getrennt wird, bevor die nächste Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht, kann so aufgrund des jeweils nur kurzzeitig auftretenden Stillstandsstroms ein Auftreten von n Stromwertspitzen oder wenigstens Stromwertanstiegen erfasst werden, was zuverlässig anzeigt, dass alle n Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht haben.
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Das Erfassungssignal des Antriebsstroms der Antriebsvorrichtung oder allgemein das Erfassungssignal einer erfassten Größe, welche mit der von der Antriebsvorrichtung ausgegebenen Antriebskraft in eindeutigem Zusammenhang steht, kann an eine Steuereinrichtung, etwa die Steuereinrichtung eines die Luftklappenvorrichtung tragenden Fahrzeugs, übertragen werden, welche das Signal verarbeitet, beispielsweise durch Zähl- oder/und Vergleichsoperationen, und aus dem Verarbeitungsergebnis auf das Vorliegen eines funktionstüchtigen oder nicht funktionstüchtigen Zustands oder auf einen konkreten Defekt einer aus dem Erfassungssignal bestimmbaren Luftklappe schließen kann.
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Wenngleich die Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung gruppenweise nacheinander erreichen können, ist es aus den oben genannten Gründen bevorzugt, wenn die Kopplungsvorrichtung derart mit der Mehrzahl von Luftklappen gekoppelt ist, dass die Luftklappen der Mehrzahl von Luftklappen ihre der Ziel-Betriebsstellung zugeordnete Ziel-Arbeitsstellung einzeln und nacheinander erreichen.
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Die Trennung der Antriebskraft übertragenden Verbindung zwischen Antriebsvorrichtung und einer oder mehreren aus der Mehrzahl von Luftklappen kann konstruktiv dadurch realisiert sein, dass die Kopplungsvorrichtung mit dem Teil der Luftklappen, vorzugsweise mit allen Luftklappen, aus der Mehrzahl von Luftklappen jeweils über eine kraft- bzw. drehmomentabhängig trennbare Kupplung zur Übertragung von Antriebskraft gekoppelt oder koppelbar ist.
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Die kraft- bzw. drehmomentabhängig trennbaren Kupplungen können aufwendige Kupplungen sein, deren Kupplungsteile zwischen einer Antriebskraft übertragenden Verbindungsstellung und einer die Antriebskraftübertragung unterbrechenden Trennstellung schaltbar sind, beispielsweise durch einen Elektromagneten. Allerdings ist vorliegend eine technisch weniger aufwendige Lösung bevorzugt. So ist es aus Gründen einer möglichst einfachen konstruktiven Lösung vorteilhaft, wenn die einzelnen Kupplungen jeweils ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Kupplungsteil aufweisen, welche durch eine überwindbare Verrastung miteinander kuppelbar sind. Die Verrastung kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass ein Kupplungsteil einer Kupplung wenigstens eine Rastausnehmung aufweist und das jeweils andere Kupplungsteil derselben Kupplung einen in eine zu dem ersten Kupplungsteil hin auskragende Verrastungsstellung vorgespannten Rastvorsprung aufweist, etwa durch eine Vorspanneinrichtung, wie eine Feder, insbesondere Schraubenfeder, Blattfeder und dergleichen. In einer vorbestimmten Relativstellung kann der Rastvorsprung des einen Kupplungsteils in die Rastausnehmung des anderen Kupplungsteils formschlüssig eingreifen und verrastet mit dieser. In diesem Verrastungseingriffszustand übertragen die beiden Kupplungsteile der Kupplung Antriebskraft bis zu einer vorbestimmten Grenzantriebskraft, die in den meisten Fällen ein Grenzdrehmoment sein wird. Wird die Grenzantriebskraft in der Kupplung überschritten, wird diese nicht mehr übertragen, sondern sorgt dafür, dass die überwindbare Verrastung zwischen den Kupplungsteilen wieder gelöst wird und die Kupplungsteile der Kupplung relativ zueinander bewegt werden bzw. das der Luftklappe näher gelegene Kupplungsteil zusammen mit der Luftklappe stillsteht, während das der Antriebsvorrichtung näher gelegene Kupplungsteil bei fortwährend ausgeübter Antriebskraft im Sinne seines bisherigen Antriebs weiter bewegt wird. Eine Gruppe aus antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungsteilen sind derart verbunden, dass sie nur gemeinsam drehen. Bevorzugt sind dies die dauerhaft mit der Kopplungsvorrichtung verbundenen antriebsseitigen Kupplungsteile, da dann die Kopplungsvorrichtung dazu genutzt werden kann, die antriebsseitigen Kupplungsteile zur gemeinsamen Drehung miteinander zu verbinden.
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Die Grenzantriebskraft kann durch Gestalt der in Formschluss-Verrastungseingriff bringbaren Formationen: Rastausnehmung und Rastvorsprung, oder/und durch Betrag der Vorspannung eingestellt werden. Man muss lediglich dafür Sorge tragen, dass die Antriebsvorrichtung in der Lage ist, eine größere Antriebskraft bzw. ein größeres Antriebsdrehmoment als die Grenzantriebskraft auszugeben. Gerät eine Luftklappe dann in ihre Ziel-Arbeitsstellung, die eine Endstellung ist, ist deren weitere Bewegung zwangsweise blockiert, sodass die von der Antriebsvorrichtung ausgeübte Antriebskraft aufgrund des fließenden Stillstandsstroms ansteigt, bis es die Grenzantriebskraft übersteigt und die zuvor Antriebskraft übertragende Verrastung zwischen den beiden Kupplungsteilen löst.
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Grundsätzlich kann eine Luftklappe zu einer beliebigen Art von Bewegung zwischen ihren beiden Arbeitsstellungen angetrieben werden. Dies kann eine translatorische oder eine rotatorische oder eine kombinierte Bewegung aus translatorischer und rotatorischer Bewegung sein. Bevorzugt ist jede aus der Mehrzahl von Luftklappen aufgrund des geringen hierfür notwendigen Bauraums nur rotatorisch zwischen ihren Arbeitssstellungen bewegbar.
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Um sicherstellen zu können, dass einige oder alle der Luftklappen ihre Ziel-Arbeitsstellung in wenigstens einem Antriebssinn zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreichen, können die einzelnen Kupplungen, wie oben bereits beschrieben, jeweils ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Kupplungsteil aufweisen, welche in Antriebskraft übertragenden Eingriff miteinander bringbar und aus diesem lösbar sind. Dabei sind die antriebsseitigen oder/und die abtriebsseitigen Kupplungsteile in einem Bewegungssinn relativ zueinander verstellt angeordnet.
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Die Luftklappenvorrichtung kann, der obigen Beschreibung folgend, einen Sensor aufweisen, welcher wenigstens eine Größe erfasst, die mit der von der Antriebsvorrichtung ausgegebenen Antriebskraft in eindeutigem Zusammenhang steht. Bevorzugt ist die Antriebsvorrichtung eine elektrische Antriebsvorrichtung und der Sensor ein Sensor zur Erfassung des durch die Antriebsvorrichtung fließenden Antriebsstroms. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass der Sensor im Falle einer pneumatischen oder hydraulischen Antriebsvorrichtung ein Drucksensor des Pneumatik-Gases oder der Hydraulikflüssigkeit in einem zwischen Zylinder und einer Kolbenfläche bereitgestellten Arbeitsraum der Antriebsvorrichtung ist.
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Die Ziel-Betriebsstellung kann jede der beiden genannten Betriebsstellungen aus Schließstellung und Öffnungsstellung sein. Dementsprechend kann die Ziel-Arbeitsstellung jede aus den beiden genannten Arbeitsstellungen: Sperrstellung und Durchlassstellung, sein.
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Die vorliegend vorgestellte Luftklappenvorrichtung ist daher nicht nur dazu ausgebildet, dass zwei oder mehrere Luftklappen einer Mehrzahl von Luftklappen bei Verstellung der Luftklappenvorrichtung in eine Ziel-Betriebsstellung ihre zugeordnete Ziel-Arbeitsstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreichen, sondern die Luftklappenvorrichtung ist bevorzugt ebenfalls dazu ausgebildet, dass bei Antrieb der Luftklappenvorrichtung ausgehend von einer Ausgangs-Betriebsstellung zur jeweils and Ausgangs-Arbeitsstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten verlassen. Auch dies kann mit den oben beschriebenen konstruktiven Mitteln sichergestellt werden.
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Das zeitlich unterschiedliche Verlassen der Ausgangs-Arbeitsstellung einer Ausgangs-Betriebsstellung kann vorteilhaft dazu genutzt werden, Bewegungshindernisse der Luftklappenvorrichtung zu überwinden. Beispielsweise kann es im Winter vorkommen, dass einige oder alle Luftklappen aus der Mehrzahl von Luftklappen der Luftklappenvorrichtung festgefroren sind. Dann kann durch den mit der erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung möglichen sequenziellen Antrieb der Luftklappen jede einzelne Luftklappe gegen das Bewegungshindernis angetrieben werden. Somit kann wenigstens kurzfristig die nahezu gesamte von der Antriebsvorrichtung bereitstellbare Antriebskraft bzw. Antriebsdrehmoment auf eine einzelne Luftklappe konzentriert werden, während bei herkömmlichen Luftklappenvorrichtungen, bei welchen die Luftklappen stets nur zur gemeinsamen Bewegung antreibbar sind, sich die Antriebskraft der Antriebsvorrichtung stets auf die Mehrzahl an gemeinsam und synchron antreibbaren Luftklappen verteilt.
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Wegen der oben vorgeschlagenen bevorzugten kraft- bzw. drehmomentabhängig trennbaren Kupplung zwischen der Antriebsvorrichtung und den einzelnen Luftklappen ist bei dem Versuch, einzelne Luftklappen gegen ein Bewegungshindernis anzutreiben, keine Überlastung der Antriebsvorrichtung oder des Antriebsstrangs zu befürchten, da im Falle eines erfolglosen Versuchs eines Freibrechens einer Luftklappe die zwischen Antriebsvorrichtung und Luftklappe vorhandene Kupplung aufgrund des dann die Grenzantriebskraft übersteigende Antriebskraft schlicht und einfach von der Antriebsvorrichtung getrennt wird.
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Zum Freibrechen einzelner einem Bewegungshindernis unterliegender Luftklappen ist daher gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung vorgesehen, dass in wenigstens einer Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung als Ausgangs-Betriebsstellung eine Antriebskraft übertragende Verbindung zwischen der Antriebsvorrichtung und wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Luftklappen getrennt, aber herstellbar ist und die Antriebskraft übertragende Verbindung zwischen wenigstens einer Luftklappe aus dem Teil von Luftklappen und der Antriebsvorrichtung erst dann hergestellt wird, nachdem eine andere Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen ihre der Ausgangs-Betriebsstellung zugeordnete Ausgangs-Arbeitsstellung in Richtung zu ihrer der jeweils anderen Betriebsstellung zugeordneten Arbeitsstellung hin verlassen hat.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einer Luftklappenvorrichtung, wie sie oben beschrieben und weitergebildet wurde, mit einem Sensor, welcher wenigstens eine Größe erfasst, die mit der von der Antriebsvorrichtung ausgegebenen Antriebskraft in eindeutigem Zusammenhang steht. Das Kraftfahrzeug weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, mit welcher der Sensor signalübertragungsmäßig verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist zur Verarbeitung der vom Sensor gelieferten Erfassungssignale ausgebildet. Aufgrund der Sensorsignale kann die Steuereinrichtung eine ordnungsgemäße Funktionstüchtigkeit der Luftklappenvorrichtung oder einen Defekt derselben ermitteln und anzeigen. Dann, wenn die Luftklappen derart angeordnet sind, dass sie einzeln und nacheinander ihre Ziel-Arbeitsstellung einer Ziel-Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung erreichen, kann die Steuereinrichtung aufgrund des oben beschriebenen Erfassungssignals über das bloße Vorliegen eines Defekts hinaus auch die nicht ordnungsgemäß funktionierende Luftklappe identifizieren und über ein Anzeigegerät an einen Fahrzeuginsassen ausgeben.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung in ihrer Schließstellung,
- 2 eine Lupenvergrößerung des Kreises II von 1 zur näheren Erläuterung einer zwischen der Kopplungsvorrichtung und den Luftklappen vorgesehenen Drehmoment übertragenden Kupplung und
- 3 eine Draufsicht auf die Kopplungsvorrichtung mit antriebsseitigen Kupplungsteilen.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Luftklappenvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst einen Luftklappenträger 12, welcher eine Durchströmungsöffnung 14 umgibt, und welcher beispielhaft drei Luftklappen 16a, 16b und 16c um eine zu ihren jeweiligen Längsachsen (und zur Zeichenebene von 1) parallele jeweilige Drehachse Da, Db und Dc drehbar lagert.
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Die Luftklappen 16a, 16b und 16c sind im Wesentlichen identisch ausgebildet, weshalb nachfolgend gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile und Bauteilabschnitte für alle Luftklappen mit einheitlichen Bezugszeichen, jedoch unterschiedlichen Kleinbuchstaben bezeichnet sind. Werden die zur Beschreibung der Luftklappen vergebenen Bezugszeichen ohne Kleinbuchstaben verwendet, so gilt die Beschreibung für alle Luftklappen 16a, 16b und 16c.
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Die Luftklappen 16 sind über einen Wellenabschnitt 18 drehbar in einer Strebe 20 des Luftklappenträgers 12 aufgenommen. Die Wellenabschnitte 18 durchsetzen hierfür Durchsetzungsöffnungen 22 in der Strebe 20 des Luftklappenträgers 12, welche wenigstens abschnittsweise komplementär zur den Wellenabschnitten 18 ausgebildet sind, um diese mit axial und radial möglichst geringem Spiel drehbar zu lagern.
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Die Luftklappen 16, von welchen jede in 1 in ihrer Sperrstellung als einer Arbeitsstellung gezeigt ist, sind über eine Antriebsvorrichtung 24 zur Bewegung in wenigstens eine andere Arbeitsstellung antreibbar.
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Zur Übertragung von Drehmoment von der Antriebsvorrichtung 24 zu den Luftklappen 16 ist eine Kopplungsvorrichtung 26 vorgesehen, welche beispielsweise über ein Zahnradgetriebe 28 die von der Antriebswelle 30 der Antriebsvorrichtung 24 ausgegebene Antriebskraft, in diesem Falle Antriebsdrehmoment, gleichmäßig zu den Luftklappen 16 überträgt. Um die Luftklappen 16 jeweils gleichsinnig antreiben zu können, weist das Zahnradgetriebe 28 zwischen einzelnen Antriebszahnrädern 32 Zwischenzahnräder 34 auf, die vorzugsweise den gleichen Durchmesser aufweisen wie das auf der Antriebswelle 30 der Antriebsvorrichtung 24 sitzende Zahnrad 31. Dann können alle Antriebszahnräder 32 des Zahnradgetriebes 28 den gleichen Durchmesser aufweisen, was die Fertigung und Montage des Zahnradgetriebes 28 erheblich erleichtert. Anstelle des Zahnradgetriebes 28 kann auch ein Gestänge vorgesehen sein oder eine Kombination von Zahnradgetriebe und Gestänge.
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Die Kopplungsvorrichtung 26 ist mit den Luftklappen 16 über jeweilige Kupplungen 36 Drehmoment übertragend verbunden.
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Der Übersichtlichkeit halber ist die der Luftklappe 16a zugeordnete Kupplung 36a in 2 vergrößert dargestellt. Die Kupplungen 36 sind konstruktiv im Wesentlichen identisch ausgebildet, sodass die nachfolgend mit Bezug auf 2 für die Kupplung 36a gegebene Erläuterung auf alle Kupplungen 36 der in 1 gezeigten Luftklappenvorrichtung 10 zutrifft.
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In eine hierfür ausgebildete Ausnehmung 38 in der Vertikalstrebe 20 des Luftklappenträgers 12 ist eine abtriebsseitige Kupplungsscheibe 40 als abtriebsseitiges Kupplungsteil 40 angeordnet. Die abtriebsseitige Kupplungsscheibe 40 ist beispielsweise einstückig mit dem zugeordneten Wellenabschnitt 18 ausgebildet.
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Der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 40 axial bezogen auf die Drehachse D der Luftklappen 16 gegenüber liegt eine antriebsseitige Kupplungsscheibe 42, welche drehfest mit einer Getriebe-Ausgangswelle 44 gekoppelt ist, die an dem der antriebsseitigen Kupplungsscheibe 42 fernen Längsende mit dem jeweiligen Antriebszahnrad 32 drehmomentübertragend verbunden ist.
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Die Kupplung 36 ist eine antriebskraft- bzw. drehmomentabhängig Antriebskraft übertragende Kupplung und kann hierfür beispielsweise an einem ihrer Kupplungsteile, hier: am antriebsseitigen Kupplungsteil 42, federvorbelastete Rastvorsprünge 46 aufweisen, welche in eine zum jeweils anderen Kupplungsteil, hier: abtriebsseitiges Kupplungsteil 40, auskragende Richtung vorbelastet sind.
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Das jeweils andere Kupplungsteil, hier: abtriebsseitiges Kupplungsteil 40, weist Rastausnehmungen 48 auf, in welche die Rastvorsprünge 46 dann eingreifen, wenn die Rastvorsprünge 46 den Rastausnehmungen 48 unmittelbar axial bezogen auf die Drehachsen D der Luftklappen 16 gegenüberliegen.
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Durch konstruktive Gestaltung der in die Rastausnehmungen 48 eingreifenden Enden der Rastvorsprünge 46, durch konstruktive Ausgestaltung der Rastausnehmungen 48 oder/und durch entsprechende Einstellung der Federvorspannkraft durch Auswahl geeigneter Federn, kann die Kupplung 36 so ausgebildet werden, dass sie bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzdrehmoments bzw. einer vorbestimmten Grenzantriebskraft die Drehmoment übertragende Verbindung zwischen Kopplungsvorrichtung 26 und den Luftklappen 16 trennt. Die Rastvorsprünge 46 treten dann außer Eingriff mit den Rastausnehmungen 48 und liegen an der Stirnseite des abtriebsseitigen Kupplungsteils 40 an. Dabei ist zu beachten, dass die zwischen den Rastvorsprüngen 46 und der nicht ausgenommenen Stirnseite des abtriebsseitigen Kupplungsteils 40 übertragbare Reibungskraft geringer ist als die zwischen den Wellenabschnitten 18 und den Öffnungen 22 oder/und zwischen der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 40 und der sie aufnehmenden Ausnehmung 38 in der Strebe 20 ist. In diesem Falle kann durch den Reibschluss zwischen den Rastvorsprüngen 46 und dem nicht ausgenommenen Abschnitt der Stirnseite der abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 40 kein ausreichendes Drehmoment von der Kopplungsvorrichtung 26 zu der zugeordneten Luftklappe 16 übertragen werden, sodass diese in ihrer Stellung verharrt, bis die Rastvorsprünge 46 aufgrund einer Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungsteilen 40 und 42 wieder in Rasteingriff mit den zugeordneten Rastausnehmungen 48 gelangen und die zugeordnete Luftklappe 16 in einem Bewegungssinn antreiben, in welchem diese tatsächlich antreibbar ist.
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Ausgehend von der in 1 gezeigten Sperrstellung als der Arbeitsstellung der Luftklappen 16, die der Schließstellung der gesamten Luftklappenvorrichtung 10 zugeordnet ist, sind die einzelnen Luftklappen 16 nur zu ihrer Durchlassstellung hin bewegbar, in welcher sie eine vorzugsweise maximale Durchströmung der Durchströmungsöffnung 14 in einer Richtung orthogonal zur Zeichenebene von 1 ermöglichen.
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In 3 ist eine Draufsicht längs der Drehachsen D der Luftklappen 16 auf die Kopplungsvorrichtung 26 gezeigt. Die Kopplungsvorrichtung 26 befindet sich in einer Stellung, die erreicht wurde, als die Luftklappenvorrichtung 10 ihre Schließstellung erreicht hat, also als die Luftklappe 16a als letzte Luftklappe ihre der Schließstellung der Luftklappenvorrichtung 10 zugeordnete Sperrstellung als Ziel-Arbeitsstellung erreicht hatte.
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Dementsprechend befindet sich nur die in 3 oberste antriebsseitige Kupplungsscheibe 42a in Rasteingriff mit der zugeordneten gegenüberliegenden abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 40a. Die beiden darunterliegenden antriebsseitigen Kupplungsscheiben 42b und 42c sind außer Rasteingriff mit ihren zugeordneten abtriebsseitigen Kupplungsscheiben 40b und 40c und sind unterschiedlich weit von einer Rasteingriffsstellung entfernt.
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Die antriebsseitige Kupplungsscheibe 42c ist dabei am weitesten von einer Rasteingriffsstellung mit der zugeordneten abtriebsseitigen Kupplungsscheibe 40c entfernt. Die abtriebsseitigen Kupplungsscheiben 40 befinden sich alle in derselben Relativstellung, d. h. im dargestellten Beispiel mit genau übereinanderliegenden Rastausnehmungen 48, wie dies bei den in Rasteingriff stehenden Rastvorsprüngen 46a der obersten antriebsseitigen Kupplungsscheibe 42a zu erkennen ist.
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Der Grund dafür ist folgender: Bei der Verstellung der Luftklappenvorrichtung 10 in die in 1 dargestellte Schließstellung hat die unterste Luftklappe 16c als erste ihre der Schließstellung zugeordnete Sperrstellung als Ziel-Arbeitsstellung erreicht. Die Sperrstellung ist bevorzugt eine Endstellung, über die die Luftklappen 16 in einem Schließsinn nicht hinaus bewegt werden können.
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Erreicht die Luftklappe 16c ihre Ziel-Arbeitsstellung, steigt hierdurch kurz der durch die Antriebsvorrichtung 24, die im vorliegenden Beispiel eine elektrische Antriebsvorrichtung ist, strömende Stromwert wegen des dann an der in einer Endstellung festgelegten Luftklappe 16a auftretenden Stillstandsstroms an. Der Stromwert in seinem zeitlichen Verlauf wird von einer mit der Antriebsvorrichtung 24 signalübertragend verbundenen Steuervorrichtung 50 erfasst. Die Antriebsvorrichtung 24 wird weiter im Schließsinne betrieben, wodurch das Grenzdrehmoment zwischen den Kupplungsscheiben 40c und 42c überschritten wird, sodass die Rastvorsprünge 46c der antriebsseitigen Kupplungsscheibe 42c außer Eingriff mit ihren zugeordneten Rastvorsprüngen 40c gelangen. Daraufhin bewegen sich die beiden übrigen Luftklappen 16a und 16b, weiterhin angetrieben durch die Antriebsvorrichtung 24 und durch den immer noch bestehenden Rasteingriff ihrer Kupplungen 36a und 36b, weiter in Richtung Sperrstellung.
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Als Nächstes erreicht die Luftklappe 16b ihre Sperrstellung, woraufhin sich der zuvor für die Luftklappe 16c beschriebene Vorgang wiederholt. Es tritt ein Stillstandsstrom auf, der von der Steuervorrichtung 50 erkannt wird. Durch Fortsetzen des Bewegungsantriebs in Richtung Sperrstellung gerät auch die Kupplung 36b außer Rasteingriff, sodass die Luftklappe 16a alleine ihre Bewegung in Richtung Ziel-Arbeitsstellung (Sperrstellung) fortsetzt. Erreicht diese ebenfalls ihre Sperrstellung, tritt erneut ein Stillstandsstrom auf, welcher von der Steuervorrichtung 50 erfasst wird. Dieses Mal wird die Antriebsvorrichtung 24 jedoch durch die Steuervorrichtung 50 abgeschaltet, die durch Datenspeicherzugriff ermitteln kann, dass die letzte Luftklappe ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht hat. Bei n Luftklappen, die einzeln und nacheinander ihre Ziel-Arbeitsstellung erreichen, kann durch Feststellen von n nacheinander auftretenden erhöhten Stillstandsstromwerten das ordnungsgemäße Erreichen der Schließstellung ermittelt werden und zwar derart, dass ermittelt werden kann, dass jede einzelne Luftklappe 16 ihre Ziel-Arbeitsstellung erreicht hat. Sollte dies nicht der Fall sein, kann durch die Steuervorrichtung ermittelt werden, welche Luftklappe fehlerhaft erscheint, beispielsweise weil eine zu erwartende Stromwerterhöhung ausgeblieben ist, etwa durch Bruch des Wellenabschnitts 18.
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Die Steuervorrichtung 50 kann hierfür vorbestimmte Zeitfenster überwachen, welche von der Drehgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung 24 abhängen, in denen bei ordnungsgemäßem Betrieb das Auftreten von Stillstandsströmen zu erwarten ist. Treten Stillstandsströme einzelner Luftklappen außerhalb dieser Zeitfenster auf, kann dies eine unerwünschte Verklemmung der Luftklappe durch äußere Einflüsse, etwa durch Schmutz oder Steinschlag, bedeuten. Auch dies kann zur Anzeige einer Fehlermeldung führen.
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Wird die Luftklappenvorrichtung 10 von 1 ausgehend von ihrer Schließstellung nun durch die Antriebsvorrichtung 24 in ihre Öffnungsstellung verstellt, bewegt sich zunächst nur die oberste Luftklappe 16a aus ihrer Sperrstellung hin zu ihrer Durchlassstellung, da nur deren Kupplung 36a bereits über einen hergestellten Rasteingriff Drehmoment überträgt.
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Da die übrigen antriebsseitigen Kupplungsscheiben 42b und 42c jedoch zur gemeinsamen Drehung mit der Kupplungsscheibe 42a gekoppelt sind, drehen auch diese im Sinne einer Verstellung in eine Durchlassstellung und erreichen, wiederum einzeln und nacheinander, ihre Rasteingriffsstellungen, sodass die Bewegung der einzelnen Luftklappen 16a, 16b und 16c ausgehend von ihrer gemeinsamen Sperrstellung hin zu ihrer ebenfalls gemeinsamen Durchlassstellung sequenziell beginnt.
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Hiermit kann zunächst das gesamte Antriebsdrehmoment der Antriebsvorrichtung 24 bis hin zum Grenzdrehmoment auf eine einzelne Luftklappe konzentriert werden, was vorteilhaft sein kann, um beispielsweise Bewegungshindernisse, wie Vereisung und dergleichen, zu überwinden.
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Die Rastvorsprünge 46 oder/und die Rastausnehmungen 48 können durch konstruktive Gestaltung so ausgebildet sein, dass das Grenzdrehmoment in Öffnungsrichtung größer ist als in Schließrichtung, um ein Überwinden eines Bewegungshindernisses in der Schließstellung mit größerer Wahrscheinlichkeit zu ermöglichen als ein weniger kritisches Bewegungshindernis dann, wenn sich die Luftklappenvorrichtung in der Öffnungsstellung befindet.
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Während die oberste Luftklappe 16a in 1 die letzte war, die ihre Sperrstellung erreicht hat, wird sie die erste sein, die ihre Durchlassstellung erreicht. Deshalb wird nach Erreichen der Durchlassstellung, die wiederum bevorzugt eine Endstellung ist, die Kupplung 36a außer Rasteingriff gelangen, sodass sukzessive die Luftklappe 16b und schließlich die Luftklappe 16c ihre Durchlassstellung erreichen, wobei wiederum bei jedem Erreichen der Durchlassstellung durch eine der Luftklappen von der Steuervorrichtung 50 ein Ansteigen des Antriebsstromwerts ermittelt wird. Dadurch kann ein ordnungsgemäßer Funktionszustand der Luftklappenvorrichtung 10 sowohl beim Übergang in deren Schließstellung als auch beim Übergang in deren Öffnungsstellung ohne aufwändige Sensorik ermittelt und an eine übergeordnete Fahrzeugsteuerung oder dergleichen weitergegeben werden. Die Steuervorrichtung 50 kann alternativ oder zusätzlich Teil der übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung, etwa eines Bordcomputers, sein.
