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Luftklappenvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- - einen Luftklappenträger mit einer von Luft durchströmbaren Luftdurchlassöffnung,
- - eine Luftklappe, welche wenigstens in die Luftdurchlassöffnung einragt und welche zwischen zwei Betriebsstellungen unterschiedlich starker Abdeckung der Luftdurchlassöffnung beweglich am Luftklappenträger aufgenommen ist, und
- - einen Luftklappenantrieb mit einem Ausgangsglied, welches derart mit der Luftklappe gekoppelt ist, dass eine Bewegung des Ausgangsglieds eine Bewegung der wenigstens einen Luftklappe zwischen ihren Betriebsstellungen bewirkt.
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Derartige Luftklappenvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind in der Automobiltechnik allgemein bekannt. Sie dienen vorrangig dazu, die konvektive Kühlung von Funktionsbaugruppen im Motorraum durch Änderung der Betriebsstellung der Luftklappe zu verändern. So ist die Luftklappe - in der Regel weist eine Luftklappenvorrichtung eine Mehrzahl von Luftklappen auf - zwischen einer Schließstellung und einer Durchlassstellung beweglich, wobei die Abdeckung der Luftdurchlassöffnung in der Schließstellung groß und in der Durchlassstellung klein ist. Bevorzugt ist die Luftdurchlassöffnung in der Schließstellung der wenigstens einen Luftklappe für eine Durchströmung von Luft verschlossen und in der Durchlassstellung mit möglichst geringem Durchströmwiderstand durchströmbar. Dies gilt nicht nur für den Stand der Technik, sondern auch für die vorliegende Anmeldung.
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Luftklappenvorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2014 006 662 A1 , der
EP 3 002 145 B1 , der
US 9,758,031 B2 sowie der
US 9,537,458 B2 .
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Der Betrieb einer wie oben beschrieben ausgestalteten Luftklappenvorrichtung hat aufgrund der dadurch beeinflussten konvektiven Kühlung von Funktionsbaugruppen, wie etwa eines Kühlmittel-Wärmetauschers und damit mittelbar der Brennkraftmaschine, Auswirkung auf die Schadstoffemission des Kraftfahrzeugs. Daher ist es wichtig, die Luftklappenvorrichtung jederzeit auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüfen zu können. Eine solche Funktionsüberprüfung mit vertretbarem Aufwand stellt sich in der Praxis als schwieriger dar als dies auf den ersten Blick erscheinen mag.
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Selbstverständlich kann die Luftklappenvorrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren versehen werden, die das Vorhandensein von Luftklappen und ihre Stellung erfassen und an eine übergeordnete Kraftfahrzeugsteuerung übermitteln können. Jedoch würde dies den Aufbau der Luftklappenvorrichtung erheblich verkomplizieren und die Luftklappenvorrichtung erheblich verteuern.
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Da selbst bei Luftklappenvorrichtungen mit mehreren Luftklappen nur ein gemeinsamer Luftklappenantrieb für die Luftklappen vorgesehen ist, wird der Luftklappenantrieb häufig auch dann weiter bestimmungsgemäß betrieben werden können, wenn die Luftklappe oder eine der Luftklappen der Luftklappenvorrichtung durch äußere Einflüsse, wie etwa Steinschlag und dergleichen, beschädigt oder sogar aus der Luftklappenvorrichtung herausgeschlagen wurde. Ohne weitere Sensoren mit einem ansonsten funktionstüchtigen Luftklappenantrieb ist ein Schaden der Luftklappenvorrichtung jedoch nicht oder wenigstens nicht ohne weiteres zu erfassen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Luftklappenvorrichtung derart weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln die Luftklappenvorrichtung auf ihre Funktionsfähigkeit überprüfbar ist. Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mit einer Luftklappenvorrichtung, wie sie im ersten Absatz der vorliegenden Anmeldung genannt ist, dadurch, dass die Luftklappenvorrichtung ein Sperrbauteil umfasst, welches verlagerbar ist zwischen einer Freigabestellung, in welcher es eine Bewegung des Ausgangsglieds gestattet, und einer Sperrstellung, in welcher es eine Bewegung des Ausgangsglieds blockiert, wobei das Sperrbauteil in die Sperrstellung vorbelastet ist und durch eine mit der Luftklappe gekoppelte Halteformation in der Freigabestellung gehalten ist.
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Solange die Luftklappe - dies schließt eine einzige Luftklappe der Luftklappenvorrichtung ebenso ein wie eine Luftklappe aus einer Mehrzahl vorhandener Luftklappen - korrekt am Luftklappenträger funktionsfähig angeordnet ist, hält die mit der Luftklappe gekoppelte Halteformation das Sperrbauteil in der Freigabestellung. Dann jedoch, wenn die Luftklappe durch Steinschlag oder ein anderes unerwünschtes äußeres Ereignis getroffen und aus ihrer funktionsfähigen Stellung verlagert wird, verlagert sich mit der Luftklappenvorrichtung auch die mit ihr gekoppelte Halteformation, so dass dann das Sperrbauteil nicht länger in der Freigabestellung gehalten ist und durch ihre Vorbelastung sich in die Sperrstellung bewegt. In der Sperrstellung blockiert das Sperrbauteil das Ausgangsglied des Luftklappenantriebs in wenigstens einer Bewegungsrichtung. Diese Blockierung kann vom Luftklappenantrieb in einfacher Weise erfasst werden: beispielsweise kann bei einem elektrischen Luftklappenantrieb durch die Blockade ein ungewöhnlich hoher Motorstrom oder ein anderer ungewöhnlicher Betriebswert des Luftklappenantriebs erfasst werden und basierend hierauf eine Fehlermeldung durch eine mit dem Luftklappenantrieb kooperierende Steuervorrichtung erzeugt und ausgegeben werden. Somit ist an der Luftklappe selbst kein aufwändiger und teurer Sensor wie beispielsweise ein Positionssensor und dergleichen, notwendig, um die Funktionstüchtigkeit der Luftklappenvorrichtung zu erfassen und ggf. deren Funktionsuntüchtigkeit oder deren Beschädigung zu erfassen und anzuzeigen.
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Die Halteformation kann in beliebiger Art und Weise mit der Luftklappe gekoppelt sein, solange eine Verlagerung der Luftklappe aus ihrer bestimmungsgemäßen funktionsfähigen Lage auch zu einer Verlagerung der Halteformation führt, so dass diese das der Luftklappe zugeordnete Sperrbauteil nicht mehr in der Freigabestellung halten kann. Die Halteformation ist bevorzugt zur gemeinsamen Bewegung mit der Luftklappe gekoppelt, besonders bevorzugt einstückig mit einem Bauteil der Luftklappe etwa mit einem Lagerbauteil oder mit einem Klappenblatt, oder, falls die Luftklappe einstückig ausgebildet ist, mit der Luftklappe als Ganzes.
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Grundsätzlich kann das Sperrbauteil in beliebiger Art und Weise in die Sperrstellung vorbelastet sein, beispielsweise durch Schwerkraft. Da jedoch das Kraftfahrzeug häufig bereits durch Bodenunebenheiten in schneller Folge in unterschiedliche Richtungen beschleunigt wird, kann die bloße schwerkraftbasierte Vorbelastung nicht ausreichend zuverlässig sein. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Luftklappenvorrichtung eine Vorspannvorrichtung aufweist, welche die Sperrformation mit einer Vorspannkraft in die Sperrstellung vorspannt.
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Zur Erzielung eines möglichst großen konstruktiven Freiheitsgrades, welcher dem Konstrukteur ermöglicht, die Luftklappenvorrichtung an unterschiedliche Bauraumformen unterschiedlicher Kraftfahrzeuge anzupassen, kann die Luftklappenvorrichtung eine Kopplungsvorrichtung aufweisen, welche die Luftklappe mit einer weiteren Luftklappe oder/und mit dem Ausgangsglied zur gemeinsamen Bewegung koppelt.
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Wenngleich das Sperrbauteil sogar am Kraftfahrzeug selbst beweglich gelagert sein kann, ist es zur Erzielung einer räumlich kompakten und daher vorteilhaften Luftklappenvorrichtung bevorzugt, wenn das Sperrbauteil an einer Vorrichtung aus der Kopplungsvorrichtung und dem Luftklappenträger zwischen Freigabestellung und Sperrstellung verlagerbar gelagert ist.
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Wenngleich das Sperrbauteil in seiner Sperrstellung unmittelbar zur Blockade einer Bewegung des Ausgangsglieds am Ausgangsglied selbst angreifen kann, kann ein solcher sperrender Eingriff am Ausgangsglied mitunter schwierig zu realisieren sein, da das Ausgangsglied des Luftklappenantriebs in räumlicher Entfernung von der eigentlich funktionsmäßig zu überwachenden Luftklappe angeordnet sein kann. Wenn das Sperrbauteil, wie zuvor geschildert, an einer Vorrichtung aus der Kopplungsvorrichtung und dem Luftklappenträger verlagerbar gelagert ist, dann ist es weiterhin bevorzugt, wenn die jeweils andere Vorrichtung aus der Kopplungsvorrichtung und dem Luftklappenträger eine Eingriffsformation aufweist, mit welcher eine Sperrformation des Sperrbauteils dann in einem sperrenden Eingriff steht, der eine Bewegung der Kopplungsvorrichtung in wenigstens eine Bewegungsrichtung blockiert, wenn sich das Sperrbauteil in der Sperrstellung befindet.
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Die Kopplungsvorrichtung kann, etwa als Kopplungssteg, dazu ausgebildet sein, eine Mehrzahl von Luftklappen zur gemeinsamen Bewegung zu koppeln. Dann ist weiter bevorzugt, das Sperrbauteil an der Kopplungsvorrichtung beweglich zu lagern, da dann das Sperrbauteil in unmittelbarer räumlicher Nähe und somit in unmittelbarer Wechselwirkung mit der Luftklappe angeordnet sein kann. Bevorzugt ist dann weiterhin eine Kopplungsformation der Luftklappe, mit welcher die Luftklappe mit der Kopplungsvorrichtung zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt ist, die Halteformation der Luftklappe.
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Beispielsweise kann die Halteformation ein relativ zur Kopplungsvorrichtung drehbarer Zapfen sein, welcher einen Abschnitt der Kopplungsformation durchsetzt oder wenigstens in diesen einragt. Die Halteformation der Luftklappe in Gestalt eines solchen Kopplungszapfens kann mit der Kopplungsvorrichtung verrastet sein, um die Verbindungssicherheit zu erhöhen.
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Grundsätzlich kann das Sperrbauteil mit beliebigen Trajektorien zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung verlagerbar sein. Eine zuverlässige Bewegbarkeit ohne übermäßige Gefahr eines Verklemmens bei gleichzeitig sehr einfachen für die Verlagerungsbewegung notwendigen Führungsformation und geringem Bewegungsraumbedarf kann dadurch erreicht werden, dass das Sperrbauteil zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung schwenkbar ist. Beispielsweise kann eine Vorrichtung aus der das Sperrbauteil lagernden Vorrichtung, wie beispielsweise Kopplungsvorrichtung oder Luftklappenträger, und dem Sperrbauteil eine Öffnung aufweisen. Die jeweils andere Vorrichtung kann dann einen die Öffnung durchsetzenden Zapfen aufweisen, wodurch das Sperrbauteil an der sie verlagerbar lagernden Vorrichtung in einfacher Weise schwenkbar gelagert werden kann. Bevorzugt sind die genannte Öffnung und der Lagerzapfen miteinander verrastbar, so dass das Sperrbauteil in einfacher Weise mit der es lagernden Vorrichtung montiert und gegen unbeabsichtigte Trennung, etwa durch Fahrzeugvibrationen, gesichert werden kann.
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Grundsätzlich kann die Halteformation in beliebigem Eingriff mit dem Sperrbauteil stehen, so lange dieser Eingriff nur ausreicht, das Sperrbauteil gegen seine Vorbelastung in der Freigabestellung zu halten. Beispielsweise kann die Halteformation in reibschlüssigem Anlageeingriff mit einer Gegenanlagefläche des Sperrbauteils stehen. Jedoch ist ein solcher reibschlüssiger Anlageeingriff mit Verweis auf die oben bereits genannten am Kraftfahrzeug häufig auftretenden wechselnden Beschleunigungen in unterschiedliche Richtungen nicht so zuverlässig, wie ein Formschlusseingriff. Deshalb ist bevorzugt, dass die Halteformation in Formschlusseingriff mit dem Sperrbauteil steht.
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Der oben genannte sperrende Eingriff der Sperrformation des Sperrbauteils mit einer Eingriffsformation entweder der Kopplungsvorrichtung oder des Luftklappenträgers, bevorzugt des Luftklappenträgers, kann ein beliebiger Eingriff sein, beispielsweise ein Formschlusseingriff, in welchem eine Formation aus Sperrformation und Eingriffsformation die jeweils andere Formation in der zu blockierenden Bewegungsrichtung hintergreift. Alternativ kann der sperrende Eingriff ein bloßer Anlageeingriff sein, welcher zu einer Verklemmung von Sperrformation und Eingriffsformation führt und damit zu einer Unbeweglichkeit der das Sperrbauteil tragenden Vorrichtung und der die Eingriffsformation aufweisenden Vorrichtung relativ zueinander in wenigstens einer Bewegungsrichtung blockiert. Die Eingriffsformation, die bevorzugt am Luftklappenträger vorgesehen ist, kann als Vorsprung oder als Ausnehmung an der sie tragenden Vorrichtung ausgebildet sein.
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Ebenso kann die Sperrformation eine Ausnehmung oder ein Vorsprung sein oder auch nur eine Anlagefläche zur Anlage an einer Gegenanlagefläche der Eingriffsformation. Bevorzugt ist die Sperrformation eine Formation aus Ausnehmung und Vorsprung und ist die Eingriffsformation die jeweils andere Formation.
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Eine vorteilhaft effektive Anordnung des Sperrbauteils an der Luftklappenvorrichtung kann dadurch erreicht werden, dass ein Abschnitt der Kopplungsvorrichtung, welcher entweder das Sperrbauteil trägt oder die Eingriffsformation aufweist, und ein Abschnitt des Luftklappenträgers, welcher die jeweils andere Raumform aus Sperrbauteil und Eingriffsformation aufweist, miteinander fluchten. Da bevorzugt die Halteformation eine Kopplungsformation der Luftklappe mit der Kopplungsvorrichtung ist, ist das Sperrbauteil bevorzugt dann an der Kopplungsvorrichtung angeordnet, wenn diese eine Mehrzahl von, bevorzugt gleichartigen, Luftklappen zur gemeinsamen Bewegung miteinander koppelt. Dabei fluchtet der das Sperrbauteil tragende Abschnitt der Kopplungsvorrichtung bevorzugt mit dem die Eingriffsformation aufweisenden Abschnitt des Luftklappenträgers. Beispielsweise kann die Sperrformation an einer parallel zum Bewegungspfad der Kopplungsvorrichtung ausgerichteten Wand der Kopplungsvorrichtung verlagerbar angeordnet sein. Ebenso bevorzugt kann an einer zu dieser parallelen oder mit dieser sogar fluchtenden Wand des die Eingriffsformation aufweisenden Luftklappenträgerabschnitts die Eingriffsformation als aus der Wandfläche vorragender Vorsprung ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist die Luftklappe zwischen ihren Betriebsstellungen unterschiedlicher Abdeckung der Luftdurchlassöffnung schwenkbar am Luftklappenträger angeordnet, so dass die Halteformation bevorzugt parallel zur Schwenkachse der Luftklappe verläuft. In diesem Fall ist der oben genannte Wandabschnitt bevorzugt orthogonal zur Schwenkachse der Luftklappe angeordnet. Gleiches gilt bevorzugt für die die Eingriffsformation aufweisende Wand des Luftklappenträgerabschnitts. In diesem Falle kann das Sperrbauteil mit der oben genannten bevorzugten Schwenkbewegung von der Freigabestellung in die Sperrstellung in Formschlusseingriff mit der Eingabeformation gelangen, wenn die Luftklappe durch ein Gewaltereignis aus ihrer funktionsbereiten Stellung am Luftklappenträger so weit verlagert wurde, dass die Halteformation das Sperrbauteil nicht mehr in der Freigabestellung zu halten vermag.
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Die oben genannte Vorspannvorrichtung, beispielsweise eine Federvorrichtung in bevorzugter Gestalt einer Schenkelfeder für eine Schwenkbewegung des Sperrbauteils, sorgt nicht nur für eine sichere Verlagerung des Sperrbauteils in die Sperrstellung bei Wegfall der Halteformation, sondern kann weiter dafür sorgen, dass das Sperrbauteil mit seiner Sperrformation letztendlich selbst dann durch Relativbewegung von Sperrbauteil und Luftklappenträger, bevorzugt von der das Sperrbauteil tragenden Kopplungsvorrichtung und dem Luftklappenträger, in sperrenden Eingriff mit der Eingriffsformation gelangen kann, wenn die Halteformation in einer Betriebsstellung der Luftklappe wegfällt, in welcher die Eingriffsformation für die Sperrformation des Sperrbauteils nicht erreichbar ist.
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Beispielsweise kann gerade bei einer bevorzugten schwenkbeweglichen Luftklappe die Kopplungsvorrichtung in einer Betriebsstellung der Luftklappe, vorzugsweise in der Schließstellung der Luftklappe so weit vom Luftklappenträgerabschnitt mit der Eingriffsformation entfernt sein, dass eine Verstellung des Sperrbauteils von der Freigabestellung in die Sperrstellung zunächst keine Bewegungsblockade bewirkt, da in dieser Betriebsstellung die Eingriffsformation für die Sperrformation aufgrund räumlicher Entfernung nicht erreichbar ist.
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Wenigstens dann, wenn sich die Luftklappe jedoch in der Durchlassstellung befindet, ist die Eingriffsformation für die Sperrformation erreichbar. Bevorzugt ist das Sperrbauteil derart ausgebildet, dass es dann, wenn es sich zwar in der Sperrstellung befindet, jedoch seine Sperrformation aus den oben genannten Gründen nicht in Eingriff mit der Eingriffsformation ist, eine Verlagerung der Luftklappe in die Durchlassstellung gestattet. Dabei ist die Sperrformation im Verlauf der Verlagerung des bereits in der Sperrstellung befindlichen Sperrbauteils gegen die Federvorspannung der Vorspannvorrichtung aus ihrer Sperrstellung zur Herstellung eines Formschlusseingriffs mit der Eingriffsformation auslenkbar und bei fortgesetzter Bewegung in Formschlusseingriff bringbar. Eine ähnliche Wirkung ist von der Falle eines Türblatts bekannt, wenn die Tür zugeworfen wird und die Falle gegen ihre Federvorspannung aus ihrer Vorspann-Stellung auslenkbar und mit dem Schlosskasten formschlüssig verrastbar ist. Das Sperrbauteil und die Eingriffsformation können hierzu miteinander zusammenwirkende Einlaufschrägen aufweisen, die ein formschlüssiges Einschnappen von Sperrformation und Eingriffsformation bei der Verstellung der Luftklappe in die Schließstellung unterstützen.
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Somit kann sichergestellt sein, dass nicht nur ein Fehler der Luftklappe mittels des Luftklappenantriebs erfassbar ist, sondern dass dann, wenn ein Schaden an der Luftklappenvorrichtung, insbesondere an der Luftklappe, vorliegt, die wenigstens eine Luftklappe noch in die Durchlassstellung verstellbar ist, jedoch aus dieser nicht mehr zurück in die Schließstellung verstellbar ist. Somit kann nicht nur gewährleistet werden, dass der Schaden der Luftklappenvorrichtung durch Blockade der wenigstens einen Luftklappe in eine Bewegungsrichtung allein durch den Luftklappenantrieb erfassbar ist, sondern dass die wenigstens eine Luftklappe im Schadensfall in eine Betriebsstellung verbracht werden kann, die eine Durchströmung der Luftdurchlassöffnung und damit eine ausreichende Kühlung der hinter der Luftdurchlassöffnung gelegenen Funktionsbaugruppen ermöglicht.
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Grundsätzlich kann das Sperrbauteil derart vorgesehen sein, dass seine Verlagerung in die Sperrstellung dann unmittelbar keine Blockade des Ausgangsglieds bewirkt, wenn sich die wenigstens eine Luftklappe in der Schließstellung befindet. Dadurch kann eine Bewegung der wenigstens eine Luftklappe aus der Schließstellung heraus selbst bei Vorliegen eines eine Verlagerung des Sperrbauteils in dessen Sperrstellung auslösenden Defekts der Luftklappenvorrichtung möglich sein. So kann eine konvektive Kühlung oder Belüftung von in bestimmungsgemäßer Durchströmungsrichtung hinter der Luftdurchlassöffnung gelegenen Bauteilen und Aggregaten zumindest in Grenzen ermöglicht werden. Dies gilt auch für den oben bereits beschriebenen Fall einer Verrastbarkeit von Eingriffsformation und Sperrformation.
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Alternativ kann die Eingriffsformation des Sperrbauteils in der Sperrstellung während einer Verstellung der wenigstens einen Luftklappe in Richtung zur Durchlassstellung hin in einen sperrenden Eingriff mit der Eingriffsformation gelangen, wobei der sperrende Eingriff ein Erreichen der Durchlassstellung verhindert. Ein solcher sperrender Eingriff kann ein Anlageeingriff sein. Die unmittelbare Bewegungsblockade der wenigstens einen Luftklappe auf dem Weg in die Durchlassstellung ist wegen der Bewegungskopplung der Luftklappe mit dem Ausgangsglied mittelbar auch eine Bewegungsblockade des Ausgangsglieds, sodass durch die Bewegungsblockade über den Luftklappenantrieb erkennbar ist, dass eine Verlagerung des Sperrbauteils in die Sperrstellung ausgelöst wurde, was einen Defekt der Luftklappenvorrichtung anzeigt. Da ein solcher Anlageeingriff durch Abheben der Sperrformation von der Eingriffsformation wieder lösbar ist, kann die wenigstens eine Luftklappe wieder von der Blockadeposition zurück in die Schließstellung bewegbar sein. Der Defekt der Luftklappenvorrichtung wurde dann jedoch bereits wegen der erzielten Bewegungsblockade erkannt, da das Ausgangsglied seine der Durchlassstellung zugeordnete Sollposition nicht erreichen kann oder/und eine vom Luftklappenantrieb in der Blockadesituation gezogene elektrische Leistung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Der oben genannte sperrende Eingriff kann also eine Bewegung des Ausgangsglieds in jede von zwei entgegengesetzten Bewegungs- bzw. Antriebsrichtungen blockieren, etwa durch einen Formschlusseingriff, oder in nur eine von zwei entgegengesetzten Bewegungs- bzw. Antriebsrichtungen, etwa durch einen Anlageeingriff, der in einer Richtung durch Abheben der Sperrformation und der Eingriffsformation voneinander wieder lösbar ist. Im Falle eines Anlageeingriffs als dem sperrenden Eingriff kann die Sperrformation oder/und die Eingriffsformation als Bauteilflanke ausgebildet sein.
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Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann abweichend von der Anordnung an der Kupplungsvorrichtung oder am Luftklappenträger auch vorgesehen sein, dass das Sperrbauteil eine Sperrformation aufweist, welche dann in einem sperrenden Eingriff unmittelbar mit dem Ausgangsglied steht, der eine Bewegung des Ausgangsglieds in wenigstens eine Bewegungsrichtung blockiert, wenn sich das Sperrbauteil in der Sperrstellung befindet.
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Wenngleich die Luftklappenvorrichtung nur eine Luftklappe aufzuweisen braucht, ist es zur Steuerung von großen Luftmengenströmen durch eine Luftdurchlassöffnung mit großem maximal möglichem durchströmbaren Querschnitt bevorzugt, wenn die Luftklappenvorrichtung eine Mehrzahl von zur gemeinsamen Bewegung gekoppelten Luftklappen aufweist. Damit ein Fehler einer jeden einzelnen Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen erfassbar ist, ist bevorzugt jeder Luftklappe je ein Sperrbauteil zugeordnet ist, welche von der jeweiligen Luftklappe in der Freigabestellung gehalten ist. Bevorzugt sind alle Sperrbauteile gleichartig ausgebildet.
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Bevorzugt ist die Mehrzahl von Luftklappen gleichartig bewegbar, beispielsweise um zueinander parallele Schwenkachsen zwischen den genannten Betriebsstellungen verschwenkbar. Die Mehrzahl von Luftklappen kann in mehrere Teilgruppen von Luftklappen unterteilt sein, von welchen jede eine Teilöffnung der Luftdurchlassöffnung abhängig von ihrer Betriebsstellung unterschiedlich stark abdeckt. Die Luftdurchlassöffnung kann also aus mehreren voneinander getrennten Teilöffnungen gebildet sein.
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Bevorzugt dienen mehrere Luftklappen abhängig von ihrer Betriebsstellung der Steuerung einer Durchströmung ein- und derselben Luftdurchlassöffnung bzw. Teil-Luftdurchlassöffnung.
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Um eine Durchströmung der Luftdurchlassöffnung möglichst effektiv und effizient beeinflussen zu können, überspannt jede Luftklappe bevorzugt die Luftdurchlassöffnung oder eine Teil-Luftdurchlassöffnung, falls die Luftdurchlassöffnung mehrere voneinander getrennte Teil-Luftdurchlassöffnungen umfasst.
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Um eine etwaige Störung bzw. Beschädigung der Luftklappenvorrichtung, insbesondere einer der wenigstens einen Luftklappe für den Fahrer des die Luftklappenvorrichtung tragenden Fahrzeugs erkennbar zu machen, ist bevorzugt an einem die Luftklappenvorrichtung tragenden Kraftfahrzeug vorgesehen, dass der Luftklappenantrieb signalübertragungsmäßig mit einer Steuervorrichtung im Kraftfahrzeug ausgebildet ist, welche dann, wenn eine Bewegung des Ausgangsglieds des Luftklappenantriebs in wenigstens eine Richtung blockiert ist, eine Fehlermeldung ausgibt.
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Wenn das Kraftfahrzeug nach einer Abstellphase wieder in Bewegungsbetrieb genommen wird, ist es vorteilhaft, zu überprüfen, ob alle oder wenigstens ein Teil der am Fahrzeug vorhandenen Funktionsbaugruppen ordnungsgemäß funktioniert. Daher ist es gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, bei einem Betriebsstart des Kraftfahrzeugs die wenigstens eine Luftklappe der Luftklappenvorrichtung zwischen Ihren Betriebsstellungen zu bewegen.
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In der für Luftklappenvorrichtungen üblichen Weise ist die Luftklappenvorrichtung bevorzugt an einer Fahrzeugvorderseite derart angeordnet, dass die Luftdurchlassöffnung durchströmende Luft einen Betriebsflüssigkeits-Wärmetauscher anströmt. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass eine Luftklappenvorrichtung der oben beschriebenen Art zusätzlich oder alternativ an einer anderen Stelle des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und dort eine Durchströmung der Luftdurchlassöffnung steuert, etwa am Fahrzeugunterboden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Draufsicht auf einen vorderen Fahrzeugabschnitt mit daran montierter erfindungsgemäßer Luftklappenvorrichtung. Der Fahrzeugabschnitt wird von dem Motorraum aus in Richtung der Rollachse des Fahrzeugs betrachtet.
- 2 die grobschematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung von 1 mit geöffneten Luftklappen,
- 3A eine grobschematische Teilschnittdarstellung längs der Schnittebene III-III von 2 mit allen Sperrbauteilen in der Freigabestellung,
- 3B die Ansicht von 3A mit genau einem Sperrbauteil in der Sperrstellung,
- 4A eine grobschematische Teilschnittansicht längs der Ebene IV-IV von 1 mit allen Sperrbauteilen in der Freigabestellung und
- 4B die Ansicht von 4A mit genau einem Sperrbauteil in der Sperrstellung.
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In den 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Fahrzeugs allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser Fahrzeugabschnitt 10 wird von einem im Motorraum des Fahrzeugs vorhandenen Betrachter, also von innen mit Blicklichtung längs der Rollachse Ro des Fahrzeugs 10, betrachtet. Das Fahrzeug 10 trägt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung 12 der vorliegenden Erfindung. Diese umfasst einen Luftklappenträger 14, an welchem eine Mehrzahl von Luftklappen 16, im dargestellten Beispiel genauer zwölf Luftklappen 16, um zueinander parallele bzw. koaxiale Schwenkachsen S16 schwenkbar aufgenommen sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Schwenkachsen mit dem Bezugszeichen S16 bezeichnet.
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Die Luftklappen 16, die in 1 in ihrer Schließstellung gezeigt sind, liegen aneinander sowie die jeweils äußersten Luftklappen 16 auch am Luftklappenträger 14 an und verschließen in der Schließstellung zwei Teil-Luftdurchlassöffnungen 18a und 18b, welche zusammen eine Luftdurchlassöffnung 18 des Luftklappenträgers 14 bilden.
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Zur Erleichterung der Orientierung ist ein Koordinaten-Dreibein mit kartesischen Fahrzeugachsen: Gierachse Gi, Nickachse Ni und Rollachse Ro in den 1 bis 4 im Zusammenhang mit der jeweils betrachteten Fahrzeugkomponente abgebildet.
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Die Luftklappen 16 sind in zwei Gruppen zu je sechs Luftklappen mit zueinander parallelen Schwenkachsen S16 angeordnet, von welchen jede Gruppe genau eine Teil-Luftdurchlassöffnung 18a bzw. 18b überspannt. Jede der Luftklappen 16 weist an ihrem bezogen auf ihre Schwenkachse S16 axialen Längsende je einen Lagerzapfen 20 bzw. 22 auf, mit welchem die jeweilige Luftklappe 16 um ihre Schwenkachse S16 schwenkbar am Luftklappenträger 14 gelagert ist. Alle einer Teil-Luftdurchlassöffnung 18a bzw. 18b zugeordneten Luftklappen 16 sind zur Erleichterung der Montage identisch ausgebildet. Die der Teil-Luftdurchlassöffnung 18b zugeordneten Luftklappen 16 sind bezüglich einer zwischen den Teil-Luftdurchlassöffnungen 18a und 18b orthogonal sowohl zu den Schwenkachsen S16 als auch zur Zeichenebene von 1 verlaufenden Symmetrieebene spiegelsymmetrisch zu den Luftklappen 16 ausgebildet, welche der Teil-Luftdurchlassöffnung 18a zugeordnet sind.
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Die Lagerzapfen 20 durchsetzen eine Stegformation 24 des Luftklappenträgers 14 und sind dort in entsprechenden komplementären Lageröffnungen um ihre jeweilige Schwenkachse S16 schwenkbar aufgenommen. Die Stege 24 stehen orthogonal von einer Grundfläche 26 des Luftklappenträgers 14 ab, in welcher die Teil-Luftdurchlassöffnungen 18a und 18b ausgebildet sind.
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Die entgegengesetzten Lagerzapfen 22 der Luftklappen 16 sind in Lagerstegen 28 um die Drehachse S16 drehbar aufgenommen. Die Lagerstege 28 befinden sich in 1 für deren Betrachter hinter der teilgeschnittenen Kopplungsvorrichtung 30 und sind durch diese verdeckt. Sie sind in 2 wegen der darin verlagerten Kopplungsvorrichtung 30 mit ihrem oberen Längsabschnitt erkennbar, ebenso in den 3A bis 4B.
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Die Kopplungsvorrichtung 30, welche einen in den 1 und bezüglich einer zur Gierachse Gi orthogonalen Schnittebene C-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Basis 36c des C-förmigen Querschnitts dem Betrachter der 1 und 2 zugekehrt ist, verbindet die Luftklappen 16 zur gemeinsamen Schwenkbewegung um die Schwenkachsen S16 miteinander.
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An ihren der Kopplungsvorrichtung 16 zugewandten Längsenden weisen die Luftklappen 16 jeweils einen Betätigungsarm 32 auf, von welchem der Lagerzapfen 22 und, mit größerer Entfernung von dem sich zwischen den Lagerzapfen 20 und 22 erstreckenden Klappenblatt 16a, in gleicher Richtung ein Kopplungszapfen 34 auskragt, welcher um seine Kopplungszapfen-Längsachse drehbar in einer der von der Basis 36c der Kopplungsvorrichtung 30 abstehenden Schenkelwände 36a bzw. 36b aufgenommen ist.
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In 1 und 2 ist im linken oberen Bereich der Luftklappenvorrichtung 12 ein elektromotorischer Luftklappenantrieb 38 gezeigt, welcher über eine Signalübertragungsleitung 40 mit einer Steuervorrichtung 42 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 42 steuert den Betrieb des Klappenantriebs 38 und steht mit Funktionsbaugruppen des übrigen Fahrzeugs 10 durch einen Datenbus in Signalübertragungsverbindung.
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Der Elektromotor 38 weist als Ausgangsglied eine Ausgangswelle 44 in Gestalt einer Hohlwelle auf, welche mit dem den Lagersteg 24 durchsetzenden und länger als die übrigen Lagerzapfen 20 ausgebildeten Lagerzapfen 20' der obersten linken Luftklappe 16 in 1 A in drehmomentübertragender Verbindung steht. Durch den Luftklappenantrieb 38 kann die in 1 linke obere Luftklappe 16 aus der in 1 gezeigten Schließstellung in die in 2 gezeigte Öffnungsstellung und zurück bewegt werden. Mittels der Betätigungsarme 32, der daran ausgebildeten Kopplungszapfen 34 und der Kopplungsvorrichtung 30 werden mit der linken oberen unmittelbar angetriebenen Luftklappe 16 alle übrigen Luftklappen 16 gleichförmig und synchron zur selben Bewegung angetrieben.
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Zur Erfassung einzelner Ausfälle von Luftklappen 16 sind an den Schenkelwänden 36a und 36b - im dargestellten Beispiel an den aufeinander zu weisenden Seiten derselben - für jede Luftklappe 16 ein Sperrbauteil 46 vorgesehen, welches mittels eines Lagerzapfens 48 um eine zur Schwenkachse S16 parallele, aber mit Abstand zu dieser vorgesehene Schwenkachse des Sperrbauteils schwenkbar an der Kopplungsvorrichtung 30 angeordnet ist.
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Der Lagerzapfen 48 des Sperrbauteils 46 ist auf der dem Sperrbauteil 46 gegenüberliegenden Seite der Schenkelwand 36a bzw. 36b durch einen hintergreifenden Kopf 50 lagegesichert. Der hintergreifende Kopf 50 kann ein Rastkopf sein, welcher nach Durchgang durch die den Lagerzapfen 48 aufnehmende Öffnung in der Schenkelwand 36a bzw. 36b der Kopplungsvorrichtung 30 federnd hintergreift. Zur federnden Verrastung kann der Lagerzapfen 48 von seinem freien, den Kopf tragenden Längsende her geteilt ausgeführt sein
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Die 1 bis 4B sind lediglich grobschematisch und geben einen derartigen verrastenden Hintergriff nicht detailgetreu wieder.
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Die Sperrbauteile 46 sind durch Schenkelfedern 52 in eine Sperrstellung vorgespannt, jedoch durch die Kopplungszapfen 34 in einer Freigabestellung gehalten.
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Die Sperrbauteile 46, die an derselben Schenkelwand 36a oder 36b angeordnet sind, sind identisch ausgebildet. Die Sperrbauteile 46, welche an unterschiedlichen Schenkelwänden 36a oder 36b angeordnet sind, sind relativ zueinander spiegelbildlich ausgebildet.
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In 2 ist die Luftklappenvorrichtung 12 von 1 mit den Luftklappen 16 in der Durchlassstellung dargestellt. In dieser Betriebsstellung ist die Luftdurchlassöffnung mit dem geringsten Strömungswiderstand aller möglichen Betriebsstellungen für eine längs der Rollachse Ro anströmende Luftströmung durchströmbar. Die 1 und 2 zeigen jeweilige Endstellungen der Luftklappen 16, zwischen welchen sie durch den Luftklappenantrieb 38 sowie durch die Kopplungsvorrichtung 30 schwenkbeweglich sind.
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In 2 ist erkennbar, wie durch die Verschwenkung der Luftklappen 16 um ihre Schwenkachsen S16 der vom Betrachter von 2 aus wahrnehmbare Abstand in Gierachsenrichtung zwischen den Lagerzapfen 22 einerseits und den Kopplungszapfen 34 andererseits zugenommen hat. Die Kopplungsvorrichtung 30 von 2 ist bezüglich der Stellung von 1 längs der Gierachse zum unteren Bildrand hin versetzt, so dass die oberen Längsenden der Lagerstege 28 erkennbar sind.
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In 3A ist eine Schnittansicht eines Teils der Luftklappenvorrichtung 12 von 3 längs der Schnittebene III-III gezeigt. Die Schnittebene III-III durchsetzt die Basis 36c der Kopplungsvorrichtung 30 und verläuft parallel zur Schenkelwand 36a, auf die der Betrachter der 3A blickt. Die Sperrbauteile 46 sind scheibenartig ausgebildet und durch die Schenkelfedern 52 jeweils in eine in 3A nicht dargestellte Sperrstellung vorgespannt. Die Sperrbauteile 46 von 3A befinden sich alle in der Freigabestellung, in welcher sie durch den die Schenkelwand 36a durchsetzenden Kopplungszapfen 34a formschlüssig gehalten sind. Der Kopplungszapfen 36 der jeweiligen Luftklappe 16 ragt in eine Sperrformation 46a in beispielhafter Gestalt einer Ausnehmung des Sperrbauteils 46. Der Lagersteg 28 auf Seiten des Luftklappenträgers 14 weist auf seiner von den Luftklappen 16 weg weisenden Seite rippenartig bezüglich des übrigen Stegs 28 vorstehende Eingriffsformationen 54 auf, und zwar für jedes Sperrbauteil 46 eine.
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Die Schenkelwand 36a und der Lagersteg 28 befinden sich bezüglich der Grundfläche 26 des Luftklappenträgers 14 übereinander. Die Eingriffsformationen 54 ragen somit vom Lagersteg 28 zur selben Seite aus, an welcher die Sperrbauteile 46 an der Schenkelwand 36a des Kopplungsbauteils 30 angeordnet sind. Somit sind die Sperrbauteile 46 bezüglich der Grundfläche 26 des Luftklappenträgers 14 über den Eingriffsformationen 54 angeordnet.
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Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass die Schwenkachsen S16 der in 3A nicht gezeigten Luftklappen 16 orthogonal zur Zeichenebene der 1 orientiert sind, ebenso die Schwenkachse der Lagerzapfen 48 der Sperrbauteile 46. Auch die Kopplungszapfen 34 erstrecken sich mit ihrer Zapfenlängsachse orthogonal zur Zeichenebene der 3A.
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In 3B ist die gleiche Anordnung wie in 3A dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die zweite Luftklappe 16 von oben durch einen Steinschlag aus der Luftklappenvorrichtung 12 ausgeschlagen wurde, so dass die Luftklappenvorrichtung 12 beschädigt ist und nicht mehr bestimmungsgemäß funktioniert.
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Ohne weitere Maßnahmen wäre dieser Schaden nicht erfassbar.
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Durch das Herausschlagen der zweiten Luftklappe 16 von oben ist deren Kopplungszapfen 34 aus der entsprechenden Öffnung 56 in der Schenkelwand 36a entfernt, so dass das zweite Schenkelbauteil 46 von oben, anders als seine Nachbar-Schenkelbauteile 46, nicht mehr durch den Kopplungszapfen 34 in der Freigabestellung gehalten wird.
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Das in 3B zweite Sperrbauteil 46 von oben wurde daher von der Schenkelfeder 52 um den die Schenkelwand 36a durchsetzenden Zapfen 48 in die in 3B gezeigte Sperrstellung verschwenkt. In dieser Sperrstellung greift die Eingriffsformation 54 formschlüssig in die Sperrformation 46a des Sperrbauteils 46 ein. Durch diesen formschlüssigen Eingriff wird insgesamt die Kopplungsvorrichtung 30 in der in 3B gezeigten Stellung gehalten, in welcher sich die Luftklappen 16 in der Durchlassstellung befinden. Eine entsprechende Energieversorgung des Luftklappenantriebs 38 in Schließrichtung führt nicht zu einer Relativbewegung der Luftklappen 16 relativ zum Luftklappenträger 14 und folglich auch nicht zu einer Relativbewegung des Kopplungsbauteils 30 relativ zum Luftklappenträger 14. Diese dem bestimmungsgemäßen Betrieb nicht entsprechende Betriebssituation des Luftklappenantriebs 38 ist durch einen erhöhten Motorstrom oder vergleichbare vom Normalzustand abweichende Betriebswerte ohne weiteres erfassbar.
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Die Bewegungsblockade der Kopplungsvorrichtung 30 und dadurch mittelbar des Ausgangsglieds 44 des Klappenantriebs 38 wird noch dadurch unterstützt, dass die Bewegungssinne der Kopplungsvorrichtung 30 längs ihrer durch den Betätigungsarm bestimmten Teilkreisbahn aus der der Durchlassstellung zugeordneten Position hinaus einerseits und des Sperrbauteils 46 von der Freigabestellung in die Sperrstellung andererseits gegensinnig sind.
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Die Steuervorrichtung 42, welche die Betriebsanomalie des Luftklappenantriebs 38 erkennt, gibt folglich eine Fehlermeldung aus, die durch den Fahrzeugführer wahrnehmbar ist.
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Bis zur Reparatur der Luftklappenvorrichtung 12 verbleibt diese in einer Betriebsstellung, in welcher die Luftdurchlassöffnung 18 von Luft durchströmbar ist, so dass eine Kühlung der im Motorraum gelegenen Funktionsbaugruppen durch Fahrtwind sichergestellt ist.
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In 4A ist der Zustand der Kopplungsvorrichtung 30 und des Luftklappenträgers 14 bei intakter Luftklappenvorrichtung 12 dargestellt, jedoch mit den Luftklappen 16 in der Schließstellung. Aufgrund der Verschwenkung der Luftklappen 16 um ihre Schwenkachsen S16 - erkennbar an der abweichenden Stellung des Betätigungsarms 32, ist die Kopplungsvorrichtung 30 bezüglich des Lagerstegs 28 längs der Rollachse mit größerem Abstand angeordnet und längs der Gierachse zum oberen Bildrand hin - verglichen mit der Darstellung von 3A - verschoben.
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In 4B ist mit den Luftklappen 16 in Durchlassstellung die gleiche Betriebssituation wie in 3B dargestellt, nämlich mit aus der Luftklappenvorrichtung 12 herausgeschlagener zweitoberster Luftklappe 16.
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Wiederum ist das der herausgeschlagenen Luftklappe 16 zugeordnete Sperrbauteil 46 in die Sperrstellung verstellt. Als Bewegungsbegrenzung liegt ein Anschlagabschnitt 46b auf der dem Luftklappenträger 14 zugewandten Seite der Basis 36c der Kopplungsvorrichtung 30 an.
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Ausgehend von dem in 4B gezeigten Zustand kann das zweite Sperrbauteil 46 von oben wegen der körperlichen Anlage des Anschlagabschnitts 46b an der Basis 36c nicht weiter im Gegenuhrzeigersinn verschwenken, kann jedoch gegen die Vorspannkraft ihrer Vorspannfeder 52 um den Lagerzapfen 48 im Uhrzeigersinn verschwenken.
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Wegen des großen räumlichen Abstands der Kopplungsvorrichtung 30 und damit der Sperrbauteile 46 vom Luftklappenträger 14 und folglich von den Eingriffsformationen 54 befindet sich das zweitoberste Sperrbauteil 46 zwar in der Sperrstellung, jedoch ohne sich in formschlüssigem Eingriff mit der Eingriffsformation 54 zu befinden. Daher behindert das in die Sperrstellung verschwenkte Sperrbauteil 46 eine Bewegung der übrig gebliebenen Luftklappen 16 an der Luftklappenvorrichtung 12 zunächst nicht.
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Werden die Luftklappen 16 jedoch aus der in 4B gezeigten Schließstellung in die in 3B gezeigte Durchlassstellung verstellt, gleitet das Sperrbauteil mit seiner vorauseilenden Flanke 46c über die Eingriffsformation 54 und wird von dieser gegen die Vorspannkraft der Feder 52 zunächst im Uhrzeigersinn verschwenkt, bis die Bewegung der Kopplungsvorrichtung 30 relativ zum Lagersteg 28 so weit fortgeschritten ist, dass die Sperrformation 46a sich auf Höhe der Eingriffsformation 54 befindet und somit die Feder 52 das Sperrbauteil 46 wieder zurück in die Sperrstellung verstellen kann, jedoch diesmal unter Formschlusseingriff der Sperrformation 46a mit der Eingriffsformation 54. Dann ist die in 3B gezeigte Stellung zustande gekommen, in welcher eine erneute Bewegung der Luftklappen 16 zurück in die Schließstellung durch den Formschlusseingriff verhindert ist.
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Zur Überprüfung, ob sich die Luftklappenvorrichtung 12 in einem betriebsbereiten ordnungsgemäßen Zustand befindet, bewegt die Steuervorrichtung 42 bei Betriebsbeginn des Fahrzeugs bevorzugt die Luftklappen 16 einmal vollständig zwischen Durchlassstellung und Schließstellung hin und her und prüft, ob nach Erreichen der Durchlassstellung eine Verstellung in die Schließstellung erneut möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014006662 A1 [0003]
- EP 3002145 B1 [0003]
- US 9758031 B2 [0003]
- US 9537458 B2 [0003]
