DE102017222800A1

DE102017222800A1 - Luftklappenvorrichtung mit einer wenigstens abschnittsweise aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildeten Luftklappe zur elektrischen Beheizung derselben

Info

Publication number: DE102017222800A1
Application number: DE102017222800.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Tsigkopoulos; Klaus Pfaffelhuber
Original assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Roechling Automotive AG and Co KG; Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19
Also published as: CN110014822B; CN110014822A; US20190191491A1

Abstract

Eine Luftklappenvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (36) umfasst ein Vorrichtungsgestell (12) mit einer Durchgangsöffnung(14) und mit wenigstens einer zur Veränderung eines von Luft durchströmbaren Querschnitts der Durchgangsöffnung (14) am Gestell beweglich zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung aufgenommen Luftklappe (16; 116), wobei der durchströmbare Querschnitt der Durchgangsöffnung (14) dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe (16; 116) in der Öffnungsstellung befindet, größer ist als dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe (16; 116) in der Schließstellung befindet, wobei in der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) eine wahlweise bestrombare elektrische Widerstandsheizvorrichtung vorgesehen ist, welche einen Heizleiter (46; 146) und eine Stromquelle (50) umfasst, wobei die Stromquelle (50) dazu ausgebildet ist, elektrische Leistung an den Heizleiter (46; 146) auszugeben, welche ausreicht, um diesen ausgehend von einer Starttemperatur von 20°C in 10 Minuten um wenigstens 2 K zu erwärmen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Heizabschnitt (46; 146) der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, so dass die Luftklappe (16; 116) selbst den Heizleiter (46; 146) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftklappenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Luftklappenvorrichtung umfasst ein Vorrichtungsgestell mit einer Durchgangsöffnung und mit wenigstens einer zur größenmäßigen Veränderung eines von Luft durchströmbaren Querschnitts der Durchgangsöffnung am Gestell beweglich zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung aufgenommen Luftklappe. Dabei ist der durchströmbare Querschnitt der Durchgangsöffnung dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe in der Öffnungsstellung befindet, größer ist als dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe in der Schließstellung befindet. In der wenigstens einen Luftklappe ist eine wahlweise bestrombare elektrische Widerstandsheizvorrichtung vorgesehen, welche einen Heizleiter und eine Stromquelle umfasst. Die Stromquelle ist dazu ausgebildet, elektrische Leistung an den Heizleiter auszugeben, welche ausreicht, um diesen ausgehend von einer Starttemperatur von 20°C in 10 Minuten um wenigstens 2 K zu erwärmen.
Eine gattungsgemäße Luftklappenvorrichtung ist aus der DE 10 2012 023 067 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Luftklappenvorrichtung kann in einem beweglichen Luftleitelement, das beispielsweise zur Steuerung einer Luftströmung zu einer Motorkühleinheit hin dient, eine nicht näher bezeichnete elektrische Heizvorrichtung vorgesehen sein, mit welcher das Luftleitelement erforderlichenfalls enteist werden kann.
Aus der DE 10 2006 054 423 A1 ist eine elektrische heizbare Kunststofffolie bekannt, welche wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Kunststoffschicht durch Einmischen von elektrisch leitfähigen Additiven in eine Kunststoffmatrix gebildet ist. Die bekannte Kunststofffolie dient der Herstellung von flächigen Heizfolien.
Aus der DE 10 2004 049 148 A1 ist eine Heizfolie bekannt, welche auf einer zu einem Fahrzeugkörper hin gewandten Seite eines Stoßfängers angeordnet ist, um eine in ihrer Umgebung angeordnete Radar-Empfangs/Sendeeinrichtung erforderlichenfalls erwärmen zu können, da die Sende- und Empfangscharakteristik von Radargeräten stark von der jeweils herrschenden Witterung (Temperatur, Feuchtigkeit) verändert werden kann.
Aus der DE 10 2008 015 853 A1 ist eine beheizbare Kunststoffscheibe für Kraftfahrzeuge bekannt. Diese Druckschrift lehrt, einen Heizleiter im Siebdruckverfahren auf die Kunststoffoberfläche der Kunststoffscheibe aufzudrucken.
Aus der DE 10 2014 207 566 A1 ist eine Luftklappenanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, deren Luftklappen wenigstens abschnittsweise aus elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial gebildet sein können, um abhängig davon, ob der elektrisch leitfähige Luftklappenabschnitt sich mit einer weiteren Komponente in elektrisch leitfähigen Kontakt befindet oder nicht, auf eine Betriebsstellung der Luftklappe schließen zu können.
Luftklappenvorrichtungen an Kraftfahrzeugen stehen üblicherweise mit der Umgebungsluft in Kontakt und sind daher den in der Außenumgebung des jeweiligen Kraftfahrzeugs herrschenden Umgebungstemperaturen ausgesetzt. Diese Umgebungstemperaturen können je nach Betriebsregion des Kraftfahrzeugs im Verlaufe eines Jahres um mehrere Dutzend Kelvin schwanken, was jahreszeitabhängig je nach thermischem Ausdehnungskoeffizienten des oder der für die Bildung der Luftklappenvorrichtung verwendeten Materialien zu unerwünschten Abmessungsunterschieden ein und derselben Luftklappenvorrichtung führen kann.
Unabhängig von den in einem Jahresverlauf auftretenden jeweiligen Temperaturunterschieden zwischen maximaler und minimaler Umgebungstemperatur kann die Luftklappenvorrichtung bei Unterschreitung des Gefrierpunktes aufgrund von Vereisung immobilisiert werden und so ihre bestimmungsgemäße Aufgabe einer Steuerung/Regelung einer konvektiv kühlenden Luftströmung zu einem Wärmetauscher einer Brennkraftmaschine nicht mehr erfüllen. Zur Vermeidung dieser Immobilisierung durch Vereisung lehrt die gattungsgemäße DE 10 2012 023 067 A1 die Anordnung einer elektrischen Heizvorrichtung in einem beweglichen Luftleitelement. Die von der gattungsgemäßen Druckschrift vorgeschlagene Lösung ist jedoch aufwendig und teuer. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftklappenvorrichtung vorzuschlagen, welche mit einfacheren Aufbau zuverlässig eine wenigstens abschnittsweise elektrische Beheizung der Luftklappe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Luftklappenvorrichtung, bei welcher wenigstens ein Heizabschnitt der wenigstens einen Luftklappe aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, so dass die Luftklappe selbst den Heizleiter bildet. Somit kann bereits bei der Herstellung der Luftklappe ein Heizabschnitt der Luftklappe durch bloße Materialwahl definiert werden, ohne dass hierfür gesondert ausgebildete Heizleiter in ein Kunststoffmaterial der Luftklappe eingebettet werden müssen, etwa durch Einlegen einer Heizleiter-Anordnung in eine Spritzgusskavität und durch Umspritzen derselben. Elektrisch beheizbare Luftklappen können somit, verglichen mit dem Stand der Technik, günstiger und pro Zeiteinheit in höherer Stückzahl hergestellt werden.
In an sich bekannter Weise ragt die wenigstens eine Luftklappe in die Durchgangsöffnung ein und durchsetzt sie bevorzugt, um durch eine Stellungsänderung ihren durchströmbaren Querschnitt verändern zu können.
Ein elektrisch leitfähiger Kunststoff kann dabei durch Füllen einer Kunststoffmatrix mit elektrisch leitfähigen Partikeln bereitgestellt werden.
Die Erwärmung von 2 K in 10 Minuten durch Bestromung mit der Stromquelle ist im Zweifelsfall ausgehend von einer homogenen Starttemperatur der Luftklappenvorrichtung von 20° C in einer Luftatmosphäre von 1013 hPa unter Ausschluss einer die Luftklappenvorrichtung anströmenden Luftströmung zu messen. Sich durch die Erwärmung des wenigstens einen Heizabschnitts ausbildende Konvektionsströmungen sind zulässig.
In der Regel weist die wenigstens eine Luftklappe ein in der Durchgangsöffnung angeordnetes Klappenblatt und wenigstens eine Lagerformation auf. Die Lagerformation kann dann mit einer Lagergegenformation am Gestell zur beweglichen Lagerung der Luftklappe am Gestell zusammenwirken, etwa in der Art einer zylindrischen oder konischen Lagerwelle als der Lagerformation, welche in einer hohl-zylindrischen oder hohl-konischen Buchse als der Lagergegenformation rotatorisch beweglich gelagert sein kann. Da in der Regel das Klappenblatt in stärkerem Maße den Umwelteinflüssen ausgesetzt ist, insbesondere während eines Fahrbetriebs des die Luftklappenvorrichtung tragenden Fahrzeugs von Fahrtwind angeströmt und daher konvektiv gekühlt wird, ist bevorzugt der Heizabschnitt wenigstens am Klappenblatt ausgebildet. Eine solche Luftklappe, welche abschnittsweise elektrisch beheizbar ist und abschnittsweise nicht, kann durch 2-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt werden, indem ein erster Abschnitt aus einem ersten elektrisch nicht-leitfähigen Kunststoffmaterial erzeugt wird und ein zweiter Abschnitt aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial erzeugt wird.
Da gerade im Falle einer gewünschten Enteisung elektrisch in die Luftklappe eingetragene Wärme vor allem dem Aufschmelzen von Eis dient, welches die Oberfläche der Luftklappe, insbesondere des Klappenblatts, benetzt, ist es vorteilhaft, wenn der Heizabschnitt sich wenigstens längs eines Oberflächenabschnitts der Luftklappe, insbesondere des Klappenblatts, erstreckt. Ein unter der Oberfläche der Luftklappe gelegener Klappenkern kann elektrisch nicht leitfähig ausgebildet sein. Dieser Klappenkern kann bei entsprechend elektrisch leitfähig ausgebildeter Oberflächenschicht, die ihn umgibt, durch Wärmeleitung von der Oberflächenschicht nach innen erwärmt werden.
Um die Luftklappenanordnung enteisen möglichst schnell zu können, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass wenigstens die gesamte Oberfläche des Klappenblatts aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet. Auf diese Weise kann die Oberfläche des gesamten Klappenblatts in einem einzigen Beheizvorgang erwärmt werden, obwohl nur ein Abschnitt des Klappenblatts, nämlich ein seine äußere Oberfläche bildender Abschnitt, aus elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet ist, der Klappenkern dagegen nicht. Zur Vermeidung eines aufwändigeren 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens kann das gesamte Klappenblatt als Heizabschnitt ausgebildet sein.
Zur Einleitung bzw. Durchleitung von elektrischer Energie von der Stromquelle zu dem wenigstens einen Heizabschnitt der wenigstens einen Luftklappe hin kann wenigstens eine Oberfläche einer Lagerformation aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet sein. Diese Oberfläche kann mit einer aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildeten Oberfläche des Klappenblatts elektrisch leitend in Verbindung stehen.
Die Oberfläche der Lagerformation, die bevorzugt eine bezüglich einer Rotationsachse rotationssymmetrische Lagerformation ist, um welche die wenigstens eine Luftklappe zwischen ihren beiden Betriebsstellungen: Öffnungsstellung und Schließstellung, verlagerbar ist, kann ein Schleifkontakt sein. Dieser kann gesondert von der übrigen aus Kunststoff ausgebildeten Lagerformation aus Metall ausgebildet sein, etwa als Schleifring. Eine andere Option ist, in die Lagerformation ein bevorzugt ebenfalls rotationssymmetrisches Kontaktbauteil in die Lagerformation zu integrieren und das Kontaktbauteil axial über den mechanisch als Bewegungslager wirkenden Bereich vorstehen zu lassen. Rotationssymmetrische Kontaktbauteile sind bereits in der Tontechnik in Gestalt von Cinch-Steckern bekannt.
Weiterhin kann auch die Lagerformation abschnittsweise oder bevorzugt vollständig aus elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet sein, sodass die wenigstens eine Luftklappe bevorzugt einstückig in einem einzigen Spritzgussvorgang herstellbar ist. Bevorzugt ist daher sowohl die wenigstens eine Lagerformation als auch das Klappenblatt aus dem elektrisch leitfähigen Kunststoff gebildet.
Um elektrische Energie durch Abschnitte der Luftklappe hindurch leiten zu können, ohne dass diese sich hierdurch nennenswert erwärmen oder um deren Erwärmung gegenüber anderen Abschnitten in Grenzen zu halten, kann die wenigstens eine Luftklappe wenigstens zwei jeweils aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildete Abschnitte mit unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten aufweist. So wird bei Durchströmung mit elektrischer Energie derjenige Abschnitt mit dem höheren elektrischen Widerstandswert eine stärkere Erwärmung erfahren als ein Abschnitt mit niedrigerem elektrischem Widerstand. Auf diese Art und Weise können zum einen sich bei einer einheitlichen Bestromung der wenigstens einen Luftklappe unterschiedlich erwärmende Abschnitte ausgebildet werden. Zum anderen kann eine Einleitung von elektrischem Strom durch eine Lagerformation erfolgen, ohne dass diese sich zusammen mit ihrer Lagergegenformation aufgrund von thermischer Wärmedehnung verklemmt, da deren elektrische Widerstand niedriger gewählt sein kann als der elektrische Widerstand eines Abschnitts im Klappenblatt.
Zur gezielten bedarfsgerechten Erwärmung und Beheizung der wenigstens einen Luftklappe kann die Luftklappenvorrichtung eine Steuervorrichtung aufweisen, welche die Stromquelle zur Bestromung des Heizleiters ansteuert. Die Steuervorrichtung kann mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung aus einem Klappentemperatursensor zur Erfassung einer Luftklappentemperatur, einem Umgebungstemperatursensor zur Erfassung einer Umgebungstemperatur, einer Klappenstellung-Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Betriebsstellung der wenigstens einen Luftklappe und einer Passgenauigkeits-Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Maß- oder Passgenauigkeit der wenigstens einen Luftklappe signalübertragungsmäßig verbunden sein und kann folglich dazu ausgebildet sein, die Stromquelle nach Maßgabe von wenigstens einem Erfassungssignal wenigstens einer Erfassungseinrichtung zu bestromen.
So kann beispielsweise die Steuervorrichtung dazu ausgebildet sein, die wenigstens eine Luftklappe dann zu bestromen und folglich zu beheizen, wenn Erfassungssignale entsprechender Erfassungseinrichtungen anzeigen, dass die Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Umgebungstemperatur-Schwellenwert unterschreitet oder/und dass die Klappen Temperatur einen vorbestimmten Klappentemperatur-Schwellenwert unterschreitet.
Von erwähnenswerter Bedeutung ist dabei die oben genannte Passgenauigkeits-Erfassungseinrichtung. Je nach jeweils herrschenden Umgebungstemperaturen kann die wenigstens eine Luftklappe aufgrund von thermisch bedingter Wärmedehnung unterschiedliche Maße aufweisen. Dadurch kann es dann, wenn die Luftklappe zu stark abkühlt, zu unerwünschten Undichtigkeiten der Luftklappenvorrichtung kommen. Derartige Undichtigkeiten können beispielsweise ermittelt werden, indem zunächst die Betriebsstellung der wenigstens einen Luftklappe ermittelt wird und indem dann, wenn die Betriebsstellung eine vorbestimmte Betriebsstellung ist, wie etwa die Schließstellung, ermittelt wird, ob zwischen einem Abschnitt der wenigstens einen Luftklappe und einem benachbarten Abschnitt ein elektrischer Kontakt besteht, wie dies beispielsweise aus der eingangs genannten DE 10 2014 207 566 A1 grundsätzlich bekannt ist. Liegt der elektrische Kontakt nicht vor, obwohl er in der ermittelten Betriebsstellung vorliegen sollte, steuert die Steuervorrichtung die Stromquelle zur Bestromung des Heizabschnitts an, bis der elektrische Kontakt erfasst werden kann.
Alternativ kann die Steuervorrichtung die Stromquelle derart ansteuern, dass die Temperatur der wenigstens einen Luftklappe in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, für welchen bekannt ist, dass in diesem Temperaturbereich vorbestimmte tatsächliche Maße der wenigstens einen Luftklappe sich von ihren Nennmaßen um nicht mehr als eine vorbestimmte erlaubte Toleranz unterscheiden.
Die vorliegende Erfindung wurde oben stets anhand einer Luftklappenvorrichtung mit wenigstens einer Luftklappe beschrieben. Zur möglichst umfangreichen Veränderbarkeit einer konvektiven Kühlung von in Durchströmungsrichtung hinter der Durchgangsöffnung gelegenen Vorrichtungen weist die Luftklappenvorrichtung bevorzugt sie eine Mehrzahl von Luftklappen auf, von welchen jede wenigstens einen Heizabschnitt aufweist, der aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist. Vorzugsweise sind zur Erleichterung ihrer Herstellbarkeit mehrere, besonders bevorzugt alle Luftklappen einer Luftklappenvorrichtung hinsichtlich ihrer elektrisch leitfähigen Abschnitte identisch ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung einer Luftklappenvorrichtung, insbesondere einer Luftklappenvorrichtung, wie sie oben beschrieben und weitergebildet ist, mit einer beweglich in einem Vorrichtungsgestell gelagerten Luftklappe, von welcher wenigstens ein bestrombarer Heizabschnitt aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, zur Erwärmung wenigstens des Heizabschnitts. Dabei kann die Erwärmung einer Enteisung oder/und einer Erzielung einer thermisch induzierten Abmessungsänderung wenigstens des Heizabschnitts dienen.
Zu guter Letzt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Luftklappenvorrichtung, wie sie oben beschrieben und weitergebildet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:

1 eine grobschematische Rückansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung der vorliegenden Anmeldung,
2 eine alternativ ausgestaltete Luftklappe zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung und
3 eine grobschematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit der Luftklappenvorrichtung von 1 mit vereisten Luftklappen.

In 1 ist eine in grobschematischer Rückansicht dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung der vorliegenden Anmeldung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Luftklappenvorrichtung 10 umfasst ein Vorrichtungsgestell 12, welches eine Durchgangsöffnung 14 definiert und welches eine Mehrzahl von Luftklappen 16 beweglich gelagert. Die Durchgangsöffnung 14 ist in zwei Teil-Durchgangsöffnungen 18 und 20 unterteilt, welche jeweils von Luftklappen 16 durchsetzt sind.
Die Luftklappen 16 der linken Teil-Durchgangsöffnung 18 und der rechten Teil-Durchgangsöffnung 20 sind bezüglich einer zur Zeichenebene von 1 orthogonalen und äquidistant zu den beiden Teil-Durchgangsöffnungen 18 und 20 gelegenen Spiegelsymmetrieebene S spiegelsymmetrisch ausgebildet. Unter Beachtung der Spiegelsymmetrie reicht es daher aus, lediglich eine Luftklappe 16 zu beschreiben, deren Beschreibung für alle in 1 gezeigten Luftklappen 16 anwendbar ist.
Die Luftklappen 16 sind jeweils um zueinander parallele Schwenkachsen A zwischen ihrer in 1 dargestellten Schließstellung, in welcher die Teil-Durchgangsöffnungen 18 und 20 von den Luftklappen 16 verschlossen sind bzw. eine Durchströmung mit Luft stärker behindert ist, und einer Öffnungsstellung beweglich, in welcher die Teil-Durchgangsöffnungen 18 und 20 von Luft in einer Richtung orthogonal zur Zeichenebene der weniger stark behindert ist.
Jede Luftklappe 16 weist ein Klappenblatt 22 auf, welches sich in der Durchgangsöffnung 14 befindet und welches die Sperrung und Freigabe der Durchgangsöffnung für eine Durchströmung leistet. Jede Luftklappe 16 weist weiter zwei Lagerformationen 24 und 26 auf, welche in Gestalt von Wellenstümpfen beiderseits des Klappenblatts 22 von diesem in entgegengesetzte Richtungen abstehen. Die Lagerformationen 24 und 26 lagern das Klappenblatt 22 und folglich die Luftklappe 16 insgesamt zur Drehung um die der jeweiligen Luftklappe 16 zugeordnete Schwenkachse A und sind deshalb koaxial zur Schwenkachse A angeordnet.
Aus dem Begriff „Klappenblatt“ soll nicht zwingend auf eine lediglich flächige Gestalt desselben geschlossen werden, wenngleich diese aus Gründen eines niedrigen Klappengewichts bevorzugt ist. Das Klappenblatt kann auch als Körper, etwa als prismenähnlicher Körper, ausgebildet sein.
Die Lagerformationen 24 und 26 sind in jeweils zugeordneten Lagergegenformationen 28 bzw. 30 in beispielhafter Gestalt von Lagerbuchsen am Vorrichtungsgestell 12 drehbar gelagert.
Ein Bewegungsantrieb 32, beispielhaft dargestellt in Form eines Spindeltriebs, ist mit den Luftklappen 16 über ein Gestänge 34 in an sich bekannter Weise derart bewegungsübertragend gekoppelt, dass die Luftklappen 16 durch einen einzigen Bewegungsantrieb 32 gemeinsam zwischen ihren Betriebsstellungen verschwenkbar sind.
Wie durch die grobschematische Seitenansicht der 3 angezeigt ist, kann die Luftklappenvorrichtung 10 vereisen, etwa wenn ein die Luftklappenvorrichtung 10 tragendes Fahrzeug 36 im Freien geparkt ist und die Außentemperaturen nach einem Niederschlag unter den Gefrierpunkt sinken. Dann kann am Fahrzeug 36 niedergeschlagene Feuchtigkeit gefrieren. In 3 ist, zu Erläuterungszwecken übertrieben, eine an einer Fahrzeugvorderseite gebildete Eiskappe 38 dargestellt, die eine unerwünschte körperliche Barriere gegen eine Verstellung der Luftklappen 16 zwischen ihren Betriebsstellungen bildet. Da Luftklappen 16 beim Abstellen des Fahrzeugs häufig durch die Fahrzeugsteuerung oder durch eine Steuervorrichtung 40 der Luftklappenvorrichtung 10 in die Schließstellung verbracht werden, befinden sich die Luftklappen 16 in der in 3 gezeigten Situation in der Schließstellung, ebenso wie jene von 1.
In der in 3 gezeigten Vereisungssituation sind in Durchströmungsrichtung D hinter der Durchgangsöffnung 14 im Vorrichtungsgestell 12 gelegene Funktionsbauteile, wie etwa ein Kühler-Wärmetauscher 42 oder/und eine Brennkraftmaschine 44 für einen konvektiven Kühlung Luftstrom für lange Zeit nicht mehr erreichbar.
Zum Zwecke einer Enteisung ist es bereits bekannt, Luftklappen einer Luftklappenvorrichtung mit einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung auszurüsten, um gegebenenfalls die Temperatur der Luftklappen durch Bestromung der Heizvorrichtung erhöhen zu können.
Im vorliegenden Fall ist an den Luftklappen 16 der 1 ein zentraler Abschnitt der Klappenblätter 22 aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellt, sodass der so gebildete Heizabschnitt 46 (in 1 schraffiert dargestellt) einen spezifischen Durchgangswiderstand von zwischen 10² und 10⁴ Ωmm²/m aufweist. Dieser Widerstandswert ist lediglich beispielhaft genannt. Er kann auch von dem genannten Bereich abweichen. Durch die so hergestellte elektrische Leitfähigkeit des Heizabschnitts 46 kann der Heizabschnitt 46 bei entsprechender Bestromung aufgrund seines elektrischen Widerstands erwärmt werden. Der Heizabschnitt 46 weist jedoch als elektrisch leitfähiger Abschnitt einen spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 10¹¹ Ωmm²/m auf, ein für ungefüllten Kunststoff typischer Wert, der als elektrisch isolierend, also nicht leitfähig anzusehen ist.
Zur Bestromung des Heizabschnitts 46 ist im Ausführungsbeispiel von 1 am Vorrichtungsgestell 12 ein elektrischer Leiter 48 vorgesehen, welcher dann, wenn sich die Luftklappen 16 in ihrer Schließstellung befinden, zusammen mit den Luftklappen 16 einen geschlossenen Stromkreis bildet. Eine lediglich beispielhaft und grobschematisch dargestellte Stromquelle 50, die in der Regel eine Kombination einer Fahrzeugbatterie mit einer Schalteinrichtung aufweist, ist durch die Steuervorrichtung 40 der Luftklappenvorrichtung 10 schaltbar.
Die Steuervorrichtung 40 kann beispielsweise mit einem Umgebungstemperatursensor 52 gekoppelt sein (siehe 3) und in Abhängigkeit von dessen Erfassungssignal die Stromquelle 50 zur Bestromung ein- oder ausschalten. Ebenso kann die Steuervorrichtung 40 den in den Bewegungsantrieb 32 fließenden Strom erfassen und anhand dieses Stromerfassungswerts in Verbindung mit dem Signal des Umgebungstemperatursensors 52 auf eine Blockierung der Luftklappen 16 durch Vereisung schließen und eine Enteisung der Luftklappen 16 durch Bestromung der Heizabschnitte 46 veranlassen.
Der Heizabschnitt 46 einer Luftklappe 16 kann beispielsweise durch ein mit Graphit gefülltes Polypropylen realisiert sein, wie es unter dem Handelsnamen „TECA-COMP® PP HTE black 4098“ am Markt erhältlich ist. Andere elektrisch leitfähige und durch Spritzgießen verarbeitbare Stoffe sind zur Herstellung des Heizabschnitts 46 ebenso anwendbar.
Die Stromquelle 50 speist unter entsprechender Schaltung durch die Steuervorrichtung 40 eine elektrische Leistung in die Luftklappen 16 ein, welche deren Temperatur bei ansonsten gleich bleibenden Bedingungen ausgehend von einer Anfangstemperatur von 20 °C, d. h. ohne Vereisung, in 10 Minuten um wenigstens 2 K erhöht. Tatsächlich wird der Temperaturanstieg unter den genannten Bedingungen höher als 2 K ausfallen. Die aus dem Stand der Technik bereits bekannte sensorische Verwendung von elektrisch leitfähig ausgebildeten Kunststoffabschnitten von Luftklappen nutzt zwar die elektrische Leitfähigkeit dieser Kunststoffabschnitte, um eine oder mehrere Betriebsstellungen der Luftklappen zu erkennen. Jedoch sind die bei der sensorischen Verwendung durch die elektrisch leitfähig ausgebildeten Kunststoffabschnitte von Luftklappen fließenden Ströme so gering, dass sie zwar zur Erfassung von elektrischen Kontaktsituationen und elektrischen Widerstandswerten dienen, jedoch nicht zu einer Temperaturerhöhung der elektrisch leitfähigen Kunststoffabschnitte führen.
Eine elektrische Beheizung der Luftklappen 16 der Luftklappenvorrichtung 10 von 1 funktioniert jedoch nur in deren Schließstellung, in welcher der durch die Strom führenden Leiter 48 angelegte Stromkreis tatsächlich durch die Luftklappen 16 geschlossen ist.
Mit der in 2 gezeigten alternativen Luftklappe 116 ist eine Beheizung der Luftklappe 116 unabhängig von ihrer Betriebsstellung möglich.
Gleiche und funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte wie in 1 sind in 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100. Die alternative Ausführungsform einer Luftklappe 116 wird nachfolgend nur insofern erläutert, als sich dieser Ausführungsform von den Luftklappen 16 von 1 unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der Luftklappe 116 ausdrücklich verwiesen wird.
Die linke Seite der Luftklappe 116 zeigt an, dass das gesamte Klappenblatt 122 und auch die Lagerformation 124 aus elektrisch leitfähigem Kunststoff durch Spritzgießen hergestellt sein können. Dann kann Strom in das im Betrieb durch niedrige Umgebungstemperatur besonders belastete Klappenblatt 122 über die ebenfalls elektrisch leitfähige Lagerformation 124 eingeleitet werden. Die als Lagerbuchsen ausgebildete Lagergegenformation kann dann einen Schleifkontakt aufweisen, welcher dauerhaft die Lagerformation 124 kontaktiert. Außerdem kann die Lagerformation 124 aus einem stärker mit elektrisch leitfähigen Partikeln gefüllten Kunststoff hergestellt sein als das Klappenblatt 122, sodass sich die Lagerformation 124 bei Bestromung weniger stark erwärmt als das Klappenblatt 122.
Auf der rechten Seite der Luftklappe 116 von 2 ist angezeigt, dass zur Bestromung des Heizabschnitts 146 ein metallischer Kontaktstift 154 in die Lagerformation 126 integriert sein kann, etwa durch Einspritzen bzw. Umspritzen des Kontaktstifts 154 mit Spritzgussmaterial der Lagerformation 126. Der Kontaktstift 154 ist bevorzugt wenigstens an seinem axial über die Lagerformation 126 hinausragenden Kontaktabschnitt rotationssymmetrisch ausgebildet, sodass er dauerhaft und unabhängig von der Betriebsstellung der Luftklappe 116 mit einer gestellfesten Speise-Buchse in elektrisch leitendem Kontakt stehen kann, sodass durch die Speise-Buchse und den Kontaktstift 154 Strom zum Heizabschnitt 146 geleitet werden kann. Die Leitung vom Kontaktstift 154 zum Heizabschnitt 146 kann durch eine ebenfalls in das Kunststoffmaterial der Luftklappe 116 eingebettete Leitungsanordnung 156 erfolgen oder, bei entsprechender elektrisch leitfähiger Ausgestaltung des Klappenblatts 122 und der Lagerformation 126, kann durch das Kunststoffmaterial der Lagerformation 126 und wenigstens eines Abschnitts des Klappenblatts 122 erfolgen.
Die rechte und die linke Seite der Luftklappe 116 können jeweils identisch gestaltet sein. 2 zeigt lediglich der Einfachheit halber unterschiedlich gestaltete Lagerformationen einmal am Beispiel der Lagerformation 124 und ein weiteres mal am Beispiel der Lagerformation 126 an.
Bei Verwendung der Luftklappe 116 kann wegen der Ausbildung elektrisch leitender Abschnitte an den Lagerformation 124 und 126 Strom unabhängig vom Betriebszustand der jeweiligen Luftklappe 116 in diese eingeleitet und folglich die Luftklappe 116 elektrisch beheizt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012023067 A1 [0002, 0008]
DE 102006054423 A1 [0003]
DE 102004049148 A1 [0004]
DE 102008015853 A1 [0005]
DE 102014207566 A1 [0006, 0022]

Claims

Luftklappenvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (36), die Luftklappenvorrichtung (10) umfassend ein Vorrichtungsgestell (12) mit einer Durchgangsöffnung(14) und mit wenigstens einer zur Veränderung eines von Luft durchströmbaren Querschnitts der Durchgangsöffnung (14) am Gestell beweglich zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung aufgenommen Luftklappe (16; 116), wobei der durchströmbare Querschnitt der Durchgangsöffnung (14) dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe (16; 116) in der Öffnungsstellung befindet, größer ist als dann, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe (16; 116) in der Schließstellung befindet, wobei in der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) eine wahlweise bestrombare elektrische Widerstandsheizvorrichtung vorgesehen ist, welche einen Heizleiter (46; 146) und eine Stromquelle (50) umfasst, wobei die Stromquelle (50) dazu ausgebildet ist, elektrische Leistung an den Heizleiter (46; 146) auszugeben, welche ausreicht, um diesen ausgehend von einer Starttemperatur von 20°C in 10 Minuten um wenigstens 2 K zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Heizabschnitt (46; 146) der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, so dass die Luftklappe (16; 116) selbst den Heizleiter (46; 146) bildet.
Luftklappenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Luftklappe (10; 110) ein in der Durchgangsöffnung (14) angeordnetes Klappenblatt (22; 122) und wenigstens eine Lagerformation (24, 26; 124, 126) aufweist, welche mit einer Lagergegenformation (28, 30) am Gestell (12) zur beweglichen Lagerung der Luftklappe (10; 110) am Gestell (12) zusammenwirkt, wobei der Heizabschnitt (46; 146) am Klappenblatt (22; 122) ausgebildet ist.
Luftklappenvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die gesamte Oberfläche des Klappenblatts (22; 122), vorzugsweise des gesamte Klappenblatt (22; 122), als Heizabschnitt (46; 146) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist.
Luftklappenvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche einer Lagerformation (124) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist und diese Oberfläche mit einer aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildeten Oberfläche des Klappenblatts (122) elektrisch leitend in Verbindung steht.
Luftklappenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Luftklappe (10; 110) wenigstens zwei jeweils aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildete Abschnitte mit unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten aufweist.
Luftklappenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuervorrichtung (40) aufweist, welche die Stromquelle (50) zur Bestromung des Heizleiters (46; 146) ansteuert, wobei die Steuervorrichtung (40) mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung (52) aus einem Klappentemperatursensor zur Erfassung einer Luftklappentemperatur, einem Umgebungstemperatursensor (52) zur Erfassung einer Umgebungstemperatur, einer Klappenstellung-Erfassungseinrichtung zur Erfassung wenigstens einer Betriebsstellung der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) und einer Passgenauigkeits-Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Maß- oder Passgenauigkeit der wenigstens einen Luftklappe (16; 116) signalübertragungsmäßig verbunden ist und dazu ausgebildet ist, die Stromquelle (50) nach Maßgabe von wenigstens einem Erfassungssignal wenigstens einer Erfassungseinrichtung (52) zu bestromen.
Luftklappenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von Luftklappen (16; 116) aufweist, von welchen jede wenigstens einen Heizabschnitt (46; 146) aufweist, der aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist.
Verwendung einer Luftklappenvorrichtung (10), insbesondere einer Luftklappenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer beweglich in einem Vorrichtungsgestell (12) gelagerten Luftklappe (16; 116), von welcher wenigstens ein bestrombarer Heizabschnitt (46; 146) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, zur Erwärmung wenigstens des Heizabschnitts (46; 146).
Verwendung der Luftklappenvorrichtung (10) zur Enteisung derselben.
Verwendung der Luftklappenvorrichtung (10) zur Erzielung einer thermisch induzierten Abmessungsänderung wenigstens des Heizabschnitts (46; 146).