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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verschlusssystem zur Steuerung eines Fluidstroms, umfassend eine Rahmenkonstruktion, die wenigstens eine Öffnung zum Durchtritt eines Fluids begrenzt, wenigstens ein Verschlusselement, wobei das Verschlusselement die Öffnung wahlweise öffnet oder verschließt, und ein Antriebselement, das zur Betätigung des Verschlusselements geeignet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Luftklappensteuerungen zur Steuerung des Luftstroms z.B. zum Kühler eines Kraftfahrzeugs sind in unterschiedlichen Konstruktionen bekannt.
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Gemeinsam ist den meisten Konstruktionen die drehbare Anordnung von Lamellen, die eine Luftzustromöffnung je nach Betriebszustand des Motors mehr oder weniger öffnen, bzw. verschließen können. Die drehbaren Lamellen werden durch einen Antrieb betätigt, bzw. eingestellt, wobei in der Regel ein Antrieb für sämtliche aneinander gekoppelte Lamellen verwendet wird.
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Bekannte Systeme weisen das Problem auf, dass mit zunehmender Länge der Lamellen diese instabil werden und anfällig gegen äußere Einflüsse und Kräfte, wie z.B. Fahrtwind etc., sind, was eine verstärkte Bauform und somit erhöhten Materialaufwand und -kosten nach sich zieht.
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Daneben wird in der Regel das Drehmoment an einer Seite eines Verschlusselements eingeleitet und durch die Geometrie auf die andere Seite weitergeleitet. Dabei wird die Lamelle stark auf Torsion beansprucht.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Ausgehend davon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verschlusssystem zur Steuerung eines Fluidstroms bereitzustellen, bei dem wenigstens ein Verschlusselement angetrieben ist, das eine erhöhte Stabilität und Festigkeit aufweist sowie einen gleichmäßigen Drehmomentverlauf zeigt.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verschlusssystem zur Steuerung eines Fluidstroms nach Anspruch 1. Vorteilhafte Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Verschlusssystem zur Steuerung eines Fluidstroms umfasst eine Rahmenkonstruktion, die wenigstens eine Öffnung zum Durchtritt eines Fluids begrenzt, wenigstens eines, vorzugsweise mehrere Verschlusselemente, wobei die Verschlusselemente die Öffnung wahlweise öffnen oder verschließen, und ein Antriebselement mit einer Länge LA, das zur Betätigung von wenigstens einem Verschlusselement geeignet ist, und wobei wenigstens ein Verschlusselement entlang einer Länge Lv ein Hohlprofil aufweist, und wobei das Antriebselement innerhalb des Hohlprofils des Verschlusselements angeordnet ist.
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Das oder die Verschlusselement(e) in Form von Lamellen sind vorzugsweise jeweils drehbar um jeweils eine Längsachse gelagert, wobei die Längsachsen im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind. Denkbar ist aber auch eine vertikale Ausrichtung des Verschlusselements.
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Mindestens ein Verschlusselement weist ein Hohlprofil auf, wodurch bereits eine erhöhte Stabilität und Festigkeit gegenüber einem Verschlusselement ohne Hohlprofil erzielt wird.
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Daneben wird durch das innenliegende, im Hohlprofil angeordnete hochfeste Antriebselement, die Festigkeit und die Stabilität entlang der Länge Lv noch weiter erhöht und das Verschlusselement wesentlich weniger oder nicht mehr auf Torsion belastet.
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Das Antriebselement weist mindestens die Länge Lv des Hohlprofils des Verschlusselements auf, kann aber auch darüber hinausragen, um zusätzliche Funktionen zu auszuüben.
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In einer vorteilhaften Ausführung umfasst das Verschlusssystem wenigstens ein erstes Abdeckelement und ein Arretierungssystem, wobei das erste Abdeckelement und/oder das Arretierungssystem zur Herstellung einer drehfesten Verbindung des Antriebselements zum Hohlprofil geeignet ist.
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Das erste Abdeckelement und das Arretierungssystem nehmen das Antriebselement auf und bilden eine drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebselement und dem Hohlprofil des Verschlusselements. Dabei ist das erste Abdeckelement mit dem Antriebselement verbunden und wird in den Hohlkörper des Verschlusselements eingeführt und hindurchgeführt. Im Anschluss wird das zweite Abdeckelement montiert, um das Antriebselement zu fixieren.
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Je nach Anwendungsgebiet kann das Antriebselement auch durch das erste Abdeckelement und/oder das Arretierungssystem hindurchgeführt werden, bzw. darüber hinausragen.
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Das Arretierungssystem besteht insbesondere aus einem zweiten Abdeckelement und/ oder einem Verbindungselement.
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Das Arretierungssystem ist vorzugsweise mit einem Ende des Antriebselements der Länge LA verbunden. Bevorzugt ist das Verbindungselement an einem Ende des Antriebselements der Länge LA angeordnet und ist geeignet, mit dem zweiten Abdeckelement verbunden zu werden, und das Verbindungselement ist drehfest im Hohlprofil des Verschlusselements angeordnet.
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Das Arretierungssystem erfüllt zwei Funktionen. Zum einen wird durch das Verbindungselement eine drehfeste Verbindung zwischen Verbindungselement und dem Hohlprofil hergestellt. Zum anderen wird eine nachträgliche Montage und Fixierung des Antriebselements mit dem verbundenen Verbindungselement mit dem Hohlprofil durch das zweite Abdeckelement ermöglicht.
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Das Verbindungselement ist in vorteilhafter Weise mit dem Antriebselement verbunden. Dabei kann das Verbindungselement an einem Ende des der Länge LA angeordnet sein. Die Geometrie des Verbindungselements ist an das Profil des Hohlprofils angepasst. Einerseits, um ein nachträgliches Einführen des Verbindungselements mit der verbundenen Antriebselements in das Hohlprofil zu ermöglichen und andererseits, um eine drehfeste Verbindung mit dem Hohlprofil zu erzielen. Nach Einführen des Verbindungselements in das Hohlprofil wird das Verbindungselement durch das Aufstecken des zweiten Abdeckelements fixiert.
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In vorteilhafter Weise weist das erste Abdeckelement und/oder das zweite Abdeckelement ein Anschlussprofil auf, welches in das Hohlprofil des Verschlusselements drehfest einsteckbar ist. Das Anschlussprofil kann eine hierzu geeignete Form aufweisen und z.B. die Verwendung von Widerhaken vorsehen.
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Das Verschlusssystem weist wenigstens ein Koppelungselement auf, wobei das Koppelungselement das Verschlusselement mit dem darin angeordneten Antriebselement mit wenigstens einem weiteren Verschlusselement verbindet, so dass die derart gekoppelten Verschlusselemente eine gekoppelte Bewegung vollziehen, bzw. die Öffnung wahlweise öffnen oder verschließen.
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Die Bewegung des angetriebenen Verschlusselements wird auf die über das Koppelungselement verbundenen Verschlusselemente übertragen. Das Koppelungselement kann dabei insbesondere ein stangenförmiges Bauteil, z.B. eine Schubstange sein.
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Dabei kann das Koppelungselement derart mit den Verschlusselementen gekoppelt sein, dass durch eine lineare Bewegung des Koppelungselements die Ausrichtung der Verschlusselemente relativ zum Fluidstrom des anströmenden Fluids durch Drehung der Verschlusselemente verstellbar ist.
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Die Drehachse der Verschlusselemente ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Koppelungselements angeordnet.
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Das Antriebselement weist bevorzugt die Form einer Stange oder einer Welle auf. Andere Formen des Antriebselements sind daneben denkbar, sofern sie geeignet sind, in dem Hohlprofil des Verschlusselements angeordnet zu werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das erste Abdeckelement und/oder das zweite Abdeckelement mit dem Antriebselement, insbesondere durch Vergießen, Verspritzen, Anspritzen, verbunden. Zur besseren Kraftübertragung soll wenigstens ein Abdeckelement fest und dauerhaft mit dem Antriebselement verbunden sein. Andere Verbindungsformen sind ebenfalls möglich.
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Das Antriebselement kann beispielsweise an den Stellen, an denen es eine drehfeste Verbindung mit einem Abdeckelement oder einem Verbindungselement eingehen soll, geprägt oder zusammengedrückt sein, so dass eine abgeflachte, nicht zylindrische Außenkontur entsteht, und eine drehfeste Verbindung durch Formschluss realisiert werden kann.
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In vorteilhafter Weise umfasst das Verschlusssystem einen Aktuator, wobei der Aktuator mit dem Antriebselement gekoppelt ist, so dass eine Bewegung des Aktuators die Ausrichtung des Verschlusselements relativ zum Fluidstrom des anströmenden Fluids durch Drehung des Verschlusselements bewirkt.
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Die Koppelung eines oder mehrerer Aktuatoren erfolgt über geeignete Koppelungselemente am ersten Abdeckelement und/oder am Arretierungssystem.
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Bevorzugt besteht das Verschlusselement aus Kunststoff und ist mittels Spritzgussverfahren und/oder Extrusionsverfahren hergestellt. Die Lamellen können vorzugsweise als Extrusions-Profile mittels Extrusionsverfahren beliebige Länge aufweisen und praktisch ohne Umrüstung der Werkzeuge hergestellt werden.
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In vorteilhafter Weise besteht das Antriebselement aus Stahl oder Aluminium. Ebenso sind weitere Werkstoffe mit hoher Festigkeit denkbar, die eine hinreichende Biegefestigkeit aufweisen.
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Das Antriebselement ist insbesondere in einer Hohllamelle einer Gruppe von Lamellen, die von demselben Aktuator angetrieben werden, angeordnet, beispielsweise in der MasterLamelle, hinter der sich die On-Board-Diagnostik befindet. Dieser Lamelle kommt eine Steuerungsfunktion zu. Daher sind an diese Lamelle besonders hohe Anforderungen bezüglich Genauigkeit beim Anschlag, bei der Winkelstellung etc., und damit hohe Anforderungen an die Stabilität zu stellen. Diese Lamelle muss mehr Torsionskräfte aufnehmen, was durch die Integration des Antriebselements ermöglicht wird. Dadurch kann auf andere Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität wie erhöhten Materialeinsatz, hohe Materialqualität, besondere Herstellungsverfahren o.ä. verzichtet werden.
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Für alle genannten Merkmale soll sowohl einzeln als auch in Kombinationen miteinander Schutz beansprucht werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren deutlich. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht (Rückseite) auf einen Rahmen und eine Verschlusselementeanordnung eines Verschlusssystems mit einer Antriebswelle gemäß der Erfindung;
- 2 eine weitere perspektivische Ansicht (Rückseite) einer weitere Ausführung des Verschlusssystems mit einer nach außen durchgehenden Antriebswelle mit außerhalb liegenden Funktionen gemäß der Erfindung;
- 3 eine transparente Darstellung eines Verschlusselements mit Hohlprofil mit darin aufgenommenem Antriebselement samt zweier Abdeckelemente gemäß der Erfindung;
- 4 einen Ausschnitt des Hohlprofils des Verschlusselements gemäß 3;
- 5A eine Darstellung der Anordnung eines Antriebselements in Form einer Welle mit einem ersten Abdeckelement an einem Ende und einem Verbindungselement am anderen Ende;
- 5B einen Ausschnitt der Anordnung des Antriebselements gemäß 5A, bei der das erste Abdeckelement gezeigt ist;
- 5C einen weiteren Ausschnitt der Anordnung des Antriebselements gemäß 5A, bei der die Verbindung zwischen Verbindungselement und dem Antriebselement gezeigt ist;
- 6A eine transparente Darstellung der Anordnung des Arretierungssystems, bei dem das Verbindungselement drehfest im Hohlprofil des Verschlusselements angeordnet ist und das zweite Abdeckelement eine Verbindung zwischen Antriebselement und Verschlusselement herstellt;
- 6B eine weitere Darstellung der Anordnung des Arretierungssystems bei einer hergestellten Verbindung zwischen zweitem Abdeckelement, mit dem Antriebselement verbundenen Verbindungselement und dem Hohlprofil des Verschlusselements;
- 7 eine Darstellung einer weiteren Ausführung mit einer herausragenden Antriebswelle mit einer außerhalb liegenden Funktionen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt Komponenten eines Verschlusssystems 1 zur Steuerung eines Fluidstroms gemäß der Erfindung, nämlich eine Rahmenkonstruktion 2 und eine an der Rahmenkonstruktion 2 angeordnete Verschlusselementeanordnung 3 in Form von Lamellen.
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Die Rahmenkonstruktion 2 umfasst ein unteres Rahmenteil 21 und ein oberes Rahmenteil 22 sowie zwei seitliche Rahmenteile 23 und 24, die zusammengesetzt eine Öffnung 20 bilden. An der Öffnung 20 sind Verschlusselemente 3 in Form von Lamellen angeordnet, die die Öffnung 20 wahlweise verschließen oder (teilweise) öffnen können. Die Verschlusselementeanordnung 3 weist eine Anzahl übereinander angeordneter, horizontal ausgerichteter und um eine horizontale Achse drehbarer Lamellen auf, von denen beispielhaft zwei mit den Bezugszeichen 31 bzw. 32 gekennzeichnet sind.
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Es versteht sich von selbst, dass die Rahmenkonstruktion 2 auch lediglich aus einem einstückigen Umfangsrahmen bestehen kann, d.h. nicht zwingend mehrere Rahmenteile 21-24 vorhanden sein müssen. In diesem Fall begrenzt der Umfangsrahmen eine Öffnung 20, die von einer Gruppe parallel angeordneter Lamellen 3 verschlossen werden kann.
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Vorliegend fungiert das oberste Verschlusselement 31 als Antriebsverschlusselement (Masterlamelle). Die oberste Lamelle ist in vorteilhafter Weise angetrieben, da dort in der Regel die Sensorik des Lamellenanschlags des Diagnosesystems angeordnet ist. Denkbar ist auch der Antrieb eines anderen beliebigen Verschlusselements 3 der Gruppe.
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Das Verschlusselement 31 weist einen Hohlkörper 311 auf, in dem ein Antriebselement 4 in Form einer Antriebswelle verläuft bzw. in dieses eingeführt ist (durch durchgehenden Strich illustriert).
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Die Verschlusselemente 3 in Form von Lamellen können synchron über ein Koppelungselement (nicht dargestellt) gedreht, insbesondere zum Öffnen bzw. Schließen der Öffnung 20, betätigt werden. Das Verschlusselement 31 als angetriebenes Verschlusselement ist über das Koppelungselement mit den restlichen Verschlusselementen 3 verbunden, so dass die Bewegung übertragen wird.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausführung des Verschlusssystems 1. Zu erkennen ist, dass die Antriebswelle 4 über das Verschlusselement 31 und die seitlichen Rahmenteile 23, 24 herausragt, um weitere, außerhalb liegende Funktionen zu erfüllen. Der Antrieb der Antriebswelle 4 kann auf der linken und/oder der rechten Seite oder kumulativ erfolgen. Je nach Erfordernis kann beispielsweise die Anlenkung eines Bremsluftkanals links/rechts, eines Sternradgetriebes, eines sphärischen Umlenkgetriebes, einer variablen Drehmomenten-Überlagerung oder mehrerer Luftklappensysteme (oben/unten/seitlich) erfolgen.
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Aus den 3 und 4 ist ein Verschlusselement 31 mit einem Hohlprofil 311 erkennbar, in dem ein Antriebselement 4 in Form einer Welle mit einer Länge LA mit einem ersten Abdeckelement 51 und mit einem zweiten Abdeckelement 52 angeordnet sind. Zur besseren Verständlichkeit ist der Hohlkörper 311 transparent dargestellt. In dieser Ausführungsform sind an den Abdeckelementen 51, 52 bzw. den jeweiligen Enden der Länge LA Aktuatoren 6 zum Antrieb des Antriebselements 4 angebracht.
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4 zeigt ein Ende des Verschlusselements 31. Die Lamelle 31 weist insbesondere einen Grundkörper auf, der als Extrusionsprofil ausgebildet ist. Durch in Extrusionsverfahren hergestellte Lamellen kann die Länge der hergestellten Lamelle ohne relevante Änderungen am Werkzeug variiert werden. Deutlich erkennbar ist das Hohlraumprofil 311, in dem das Antriebselement 4 angeordnet wird.
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Aus den 5A bis 5C ist das Antriebselement 4 in Form einer Welle mit einem ersten Abdeckungselement 51 und einem Arretierungssystem 5, bestehend aus einem zweiten Abdeckungselement 52 und einem Verbindungselement 53, erkennbar.
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5A zeigt die Antriebswelle 4 mit einer Länge LA mit einem fest montierten ersten Abdeckungselement 51 an einem Ende der Länge LA und einem Verbindungselement 53 des Arretierungssystems 5 am anderen Ende der Länge LA . Das Verbindungselement 53 kann ebenfalls fest moniert oder auch lose sein und somit flexibel entlang der Länge LA bewegbar sein.
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5B zeigt das erste Abdeckungselement 51 im Detail. Auf der einen Seite weist das erste Abdeckungselement 51 ein Adapterbereich 512 zur Verbindung mit einem Antriebselement/ Aktuator auf. Auf der anderen Seite ist ein Anschlussprofil 511 vorhanden, das eine Struktur aufweist, die dem Hohlprofil 311 entspricht und zur Einführung geeignet ist. Die Struktur weist Elemente 5111 auf, z.B. Widerhaken etc., die ein leichtes Einführen ermöglichen, die Verbindung stabilisieren und ein Herausrutschen unterbinden.
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Aus 5C ist die Geometrie des Verbindungselements 53 ersichtlich, welche an das Hohlprofil des Verschlusselements angepasst ist. Dabei liegen die Seiten 531 an dem Hohlprofil 311 an und bilden eine drehfeste (weil formschlüssige) Verbindung mit dem Verschlusselement 31.
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Die 6A und 6B zeigen die Anordnung bzw. Herstellung der Verbindung des zweiten Abdeckungselements 52 mit dem Hohlprofil 311 des Verschlusselements 31 im Detail. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das Verschlusselement 31 transparent dargestellt. Das zweite Abdeckungselement 52 weist wie das in den 5A und 5B beschriebene erste Abdeckungselement 51einem Anschlussprofil 521 und einen Adapterbereich 522 auf.
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6A zeigt das in dem Hohlprofil 311 drehfest angeordnete Verbindungselement 53 mit dem drehfest verbundenen Antriebselement 4. Das zweite Abdeckungselement 52 wird bei der Montage in Richtung des Hohlprofils 311 bewegt.
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Aus 6B ist der verbundene Zustand nach der Montage ersichtlich. Das zweite Abdeckungselement 52 ist vollständig im Hohlprofil 311 des Verschlusselements 31 aufgenommen. Widerhaken 5211 sorgen für einen sicheren Halt im Hohlprofil 311. Daneben nehmen Führungselemente 523 das Verbindungselement 33 auf. Die derart hergestellte Verbindung sorgt für einen stabilen Halt und eine sichere Kraftübertragung auf die Länge der gesamten Lamelle 31.
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7 zeigt eine Ausführungsform für eine mögliche Kombination an den Adapterbereichen 512, 522 des ersten Abdeckungselements 51 und/oder zweiten Abdeckungselements 52 in Form eines Sternrads.
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Sämtliche beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen beziehen sich lediglich auf spezielle Ausführungsbeispiele. Insbesondere sollen sich die Beschreibungen auch auf Ausführungsformen mit einer unterteilten Öffnung und mehreren Gruppe von Lamellen zum Verschließen der Öffnung beziehen. In diesem Fall ist eine Schubstange vorgesehen, die die Lamellen der Gruppe zum Öffnen bzw. Verschließen betätigt. Die Schubstange ist, abhängig davon ob die Lamellen vertikal oder horizontal angeordnet sind, in einem der Rahmenelemente verkapselt und in ihrem Aufnahmeraum verschiebbar angeordnet.