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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen von Lamellen einer Lüftungsklappe für ein Fahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung eine Lüftungsklappe für ein Fahrzeug.
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DE 10 2014 107 103 A1 offenbart einen Aktuator für eine Lüftungsgitterklappen-Anordnung mit einem Motor mit einer Motorwelle, einem Abtrieb mit einer Abtriebswelle und einem Getriebezug, der die Motorwelle mit der Abtriebswelle verbindet, wobei sämtliche Komponenten zu einem Aktuator zusammengefasst bzw. in dessen Gehäuse integriert sind. Hiermit können Lamellen der Lüftungsgitterklappen-Anordnung betätigt werden. Ändern sich die Anforderungen an die Lüftungsgitterklappen-Anordnung, muss der Aktuator neu konstruiert werden. Dies ist mit hohem Aufwand und hohen Kosten verbunden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Antriebsvorrichtung zum Verstellen von Lamellen einer Lüftungsklappe bereitzustellen. Es ist wünschenswert, dass die Lamellen schnell und kraftvoll geöffnet werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Antriebsvorrichtung dient zum Verstellen von Lamellen (Kühlluftlamellen) einer Lüftungsklappe (Kühlluftklappe) für ein Fahrzeug. Die Antriebsvorrichtung weist einen Aktuator, eine Abtriebswelle zum Verschwenken der Lamellen und ein zwischen Aktuator und Abtriebswelle geschaltetes Getriebe auf, welches vom Aktuator angetrieben ist und die Abtriebswelle antreibt. Das Getriebe ist als relativ zum Aktuator nachgeschaltetes Zahnradgetriebe mit unrunden Zahnrädern ausgebildet (separates und als Nachschaltgetriebe ausgeführtes Unrundzahnradgetriebe).
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Die separate Ausgestaltung von Aktuator und nachgeschaltetem Getriebe (modularer Aufbau) erlaubt ein flexibles Packaging. So kann der Aktuator flexibel angeordnet werden, da dieser nicht in Achsrichtung der Lamellen positioniert werden muss wie bspw. bei einem Aktuator mit integriertem Getriebe. Zudem ist die Verwendung eines preiswerten, einfachen Aktuators in hoher Stückzahl möglich (kostengünstig). Mittels des nachgeschalteten Getriebes erfolgt eine fahrzeugspezifische Auslegung der benötigten Übersetzung unter Berücksichtigung der Drehmomentanforderungen (Drehmomentbedarf bzw. - charakteristik hängt von der Fahrzeug-Höchstgeschwindigkeit, der Modulgröße und der Drehachsenposition ab). Durch die auf Grund der unrunden Zahnräder variable Übersetzung lässt sich das erforderliche Drehmoment bei gleichzeitiger Einhaltung der Öffnungsdauer bereitstellen.
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Der Aktuator weist insbesondere einen Elektromotor mit einer Motorwelle auf. Über die Motorwelle kann der Aktuator mit dem Getriebe gekoppelt sein.
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Vorzugsweise kann das Zahnradgetriebe ein erstes unrundes Zahnrad aufweisen, welches von dem Aktuator angetrieben ist (bspw. durch die Motorwelle des Elektromotors), und ein damit kämmendes zweites unrundes Zahnrad, welches die Abtriebswelle antreibt. Dabei können die Zahnräder derart ausgebildet sein, dass diese in einer ersten Drehstellung (Geschlossenstellung der Abtriebswelle bzw. der Lamellen) ein großes Übersetzungsverhältnis aufweisen (bspw. ein Übersetzungsverhältnis von 5:1), wobei das Übersetzungsverhältnis mit steigendem Drehwinkel der Abtriebswelle (Verschwenken von der Geschlossenstellung in Richtung Offenstellung) abnimmt (bspw. kann das Übersetzungsverhältnis in Offenstellung 1:1 betragen).
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Zu Beginn der Drehung kann an der Abtriebswelle (Lamellen sind noch geschlossen) ein hohes Drehmoment bereitgestellt werden. Somit können die Lamellen auch bei auf die Lamellen wirkender Windlast (Fahrtwind) geöffnet werden. Das erforderliche Drehmoment wird durch eine hohe Anfangsübersetzung bereitgestellt (Lamellen öffnen langsam). Sobald die Lamellen etwas geöffnet sind (Lamellen werden durch Fahrtwind hinterströmt), fällt das benötigte Drehmoment ab. Die Übersetzung wird zugunsten einer schnellen Öffnung bis zum Minimalmoment reduziert. Die Lamellen sind dann geöffnet. Das hohe Anfangsmoment ist vorteilhaft für eine zuverlässige Öffnung der Lamellen bei hohen Geschwindigkeiten und auch für das Losbrechen bei ggf. vereisten Lamellen im Winter.
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Vorzugsweise können die Zahnräder (erstes Zahnrad und zweites Zahnrad) jeweils als unrundes Teilkreiszahnrad ausgebildet sein (unrundes Teilkreiszahnradpaar). Dadurch können Bauraum und Material eingespart werden. Da der Öffnungswinkel der Lamellen nur ca. 30° bis 90° beträgt (Abhängig von der Lage im Fahrzeug), kann auf ein vollständiges Zahnrad verzichtet werden. Die Form der Zahnräder können so ausgelegt werden, dass sie dem Übersetzungs-/Winkel-Verhältnis des ermittelten Funktionsgraphen entsprechen. Je nach Anforderung ist diese frei festlegbar.
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Vorzugsweise kann das Zahnradgetriebe durch Achsabstand (Abstand zwischen der Rotationsachse der Abtriebswelle und dem Teilkreis des zweiten Zahnrades bzw. Abstand zwischen der Antriebsachse des Aktuators und dem Teilkreis des ersten Zahnrades) und/oder Achslänge (axiale Länge der Abtriebswelle) in Größe und/oder Position relativ zur Abtriebswelle anpassbar sein bzw. angepasst werden. Dies trägt zu einer flexiblen Positionierung und/oder Ausrichtung des nachgeschalteten Getriebes bei. Es kann bei gleichbleibendem Radiusverhältnis der Zahnräder der Achsabstand verändert werden. Dabei bleibt die Übersetzungs-Charakteristik unverändert.
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Vorzugsweise kann der Aktuator im Wirkradius des zweiten Zahnrades frei anordenbar sein. Mit anderen Worten kann die Abtriebswelle des Elektromotors des Aktuators innerhalb des Wirkradius des zweiten Zahnrades angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann der Aktuator um seine eigene Achse (Achse der Rotorwelle des Elektromotors des Aktuators) rotierbar sein. Diese Maßnahmen tragen zu einem flexiblen Packaging bei. So kann der Aktuator in unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen im Vergleich zu einem Aktuator mit integriertem Getriebe angeordnet werden.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Lüftungsklappe (Kühlluftklappe) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst.
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Die Lüftungsklappe (Kühlluftklappe) dient für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Verkleidungsteil, bspw. ein Bugteil oder ein Heckteil, eines Fahrzeuges. Die Lüftungsklappe weist einen Rahmen, mehrere Lamellen (Kühlluftlamellen), die schwenkbar mit dem Rahmen gekoppelt sind, und eine Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Aspekte auf. Die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung ist mit den Lamellen gekoppelt, so dass die Lamellen mittels der Antriebsvorrichtung relativ zum Rahmen verschwenkbar sind.
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Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Antriebsvorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Lüftungsklappe können die nachfolgenden und auch die im Zusammenhang mit der Antriebsvorrichtung beschriebenen Maßnahmen dienen.
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Bei dem Rahmen kann es sich um ein (relativ zum Verkleidungsteil separates) Rahmenelement oder um einen Abschnitt des Verkleidungsteils des Fahrzeugs handeln. Die Lamellen sind relativ zum Rahmen zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung verschwenkbar. In Geschlossenstellung verschließen die Lamellen den durch den Rahmen nach außen hin begrenzten lichten Querschnitt weitgehend oder vollständig. Dazu können die Lamellen in Geschlossenstellung aneinander und am Rahmen (Dichtrahmen) anliegen. In Offenstellung sind die Lamellen jeweils um einen definierten Öffnungswinkel relativ zum Rahmen verschwenkt (Öffnungswinkel bspw. 30° bis 90°).
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Vorzugsweise können die Lamellen relativ zum Rahmen exzentrisch verschwenkbar gelagert sein (Lagerung der Lamellen außerhalb der Rahmenebene). Damit kann die Kühlluftklappe mit Lamellen in Geschlossenstellung hinsichtlich Durchströmung vergleichsweise dicht ausgestaltet werden. Dies trägt zu einer Reduzierung des Cw-Wertes in Geschlossenstellung der Lamellen bei.
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Vorzugsweise können die Lamellen mittels eines Koppelelements schwenkbar miteinander gekoppelt sein, bspw. mittels einer Koppelstange. Dadurch können die Lamellen auf konstruktiv einfache Weise gemeinsam verschwenkt werden. Zudem trägt dies zu einer flexiblen Anordnung der Antriebsvorrichtung bei, da diese an einer beliebigen Lamelle angreifen kann. Die Lamellen können jeweils einen (mit den Lamellen ggf. drehfest verbundenen) Schwenkhebel aufweisen, der schwenkbar mit dem Koppelelement gekoppelt ist. Die Lamellen können zu beiden Seiten jeweils einen von der Lamelle abragenden Lagerzapfen aufweisen, wobei die Lagerzapfen einer Lamelle die Schwenkachse dieser Lamelle bilden. Der Schwenkhebel kann sich optional von einem der Lagerzapfen ausgehend erstrecken.
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Vorzugsweise können die Lamellen derart ausgebildet sein, dass sich benachbarte Lamellen in Geschlossenstellung zumindest teilweise überlappen. Dies trägt zu einer Reduzierung des Cw-Wertes in Geschlossenstellung der Lamellen bei. Die Überlappung kann derart ausgebildet sein, dass eine Lamelle an beiden Enden jeweils einen gestuften Abschnitt aufweist.
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An einem ersten Ende kann die Lamelle an einer ersten Lamellenseite einen ersten gestuften Abschnitt aufweisen. An einem zweiten Ende kann die Lamelle an einer (der ersten Lamellenseite gegenüberliegenden) zweiten Lamellenseite einen zweiten gestuften Abschnitt aufweisen. In Geschlossenstellung der Lamellen können die gestuften Abschnitte von aneinandergrenzenden Enden benachbarter Lamellen aneinander anliegen. Dies begünstigt die Abdichtung der Lamellen und trägt zu einer geringen Dicke der Lamellen im Überlappungsbereich bei.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt.
- 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Lüftungsklappe,
- 2a,b schematisch einen Längsschnitt der Lüftungsklappe aus 1, einmal mit Lamellen in Geschlossenstellung (2a) und einmal in Offenstellung (2b), und
- 3 schematisch die Lüftungsklappe aus 1 mit dargestelltem Anordnungsbereich für die Antriebsvorrichtung.
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In 1 ist schematisch eine perspektivische Ansicht einer Lüftungsklappe 100 für ein Fahrzeug dargestellt. Die Lüftungsklappe 100 dient für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Verkleidungsteil (Bugteil oder Heckteil) eines Fahrzeuges.
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Die Lüftungsklappe 100 weist einen Rahmen 102, mehrere Lamellen 104, die relativ zum Rahmen 102 verschwenkbar ausgebildet sind, und eine Antriebsvorrichtung 10 auf. Eine Abtriebswelle 14 der Antriebsvorrichtung 10 ist mit den Lamellen 104 gekoppelt, so dass die Lamellen 104 mittels der Antriebsvorrichtung 10 relativ zum Rahmen 102 verschwenkbar sind. Die Lamellen 104 sind relativ zum Rahmen 102 zwischen einer Geschlossenstellung (vgl. 2a) und einer Offenstellung (vgl. 2b) verschwenkbar.
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In Geschlossenstellung (vgl. 2a) verschließen die Lamellen 104 den durch den Rahmen 102 nach außen hin begrenzten lichten Querschnitt 106 weitgehend oder vollständig. Dazu können die Lamellen 104 in Geschlossenstellung aneinander und am Rahmen 102 anliegen. In Offenstellung (vgl. 2b) sind die Lamellen 104 um einen definierten Öffnungswinkel relativ zum Rahmen 102 verschwenkt (Öffnungswinkel von bspw. 30°).
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Die Lamellen 104 sind relativ zum Rahmen 102 exzentrisch verschwenkbar gelagert (vgl. 1, 2a, 2b). Mit anderen Worten ist die Lagerung der Lamellen 104 außerhalb der Ebene des Rahmens 102 angeordnet.
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Die Lamellen 104 sind mittels eines Koppelelements 108 schwenkbar miteinander gekoppelt (vgl. 1 und 2a). Im Beispiel ist das Koppelelement 108 als Koppelstange ausgeführt. Die Lamellen 104 weisen im Beispiel jeweils einen drehfest mit diesen verbundenen Schwenkhebel 110 auf, der schwenkbar mit dem Koppelelement 108 gekoppelt ist. Die Lamellen 104 können zu beiden Seiten jeweils einen von der Lamelle 104 abragenden Lagerzapfen 112, 114 aufweisen, wobei die Lagerzapfen 112, 114 einer Lamelle 104 die Schwenkachse dieser Lamelle 104 bilden. Der Schwenkhebel kann 110 sich von einem der Lagerzapfen 112, 114 ausgehend erstrecken.
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Die Lamellen 104 sind im Beispiel derart ausgebildet, dass sich benachbarte Lamellen 104 in Geschlossenstellung teilweise überlappen (vgl. 2a). Die Überlappung kann derart ausgebildet sein, dass eine Lamelle 104 an beiden Enden 116, 118 jeweils einen gestuften Abschnitt 120, 122 aufweist (vgl. 2a, 2b). Der gestufte Abschnitt 120 befindet sich an einer ersten Lamellenseite 124 und der gestufte Abschnitt 122 an einer zweiten Lamellenseite 126. In Geschlossenstellung der Lamellen 104 können die gestuften Abschnitte 120, 122 von aneinandergrenzenden Enden 120, 122 benachbarter Lamellen 104 aneinander anliegen.
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Nachfolgend wird die Antriebsvorrichtung 10 genauer beschrieben. Die Antriebsvorrichtung 10 dient zum Verstellen der Lamellen 104 der Lüftungsklappe 100. Die Antriebsvorrichtung 10 weist einen Aktuator 12, die Abtriebswelle 14 zum Verschwenken der Lamellen 104 und ein zwischen Aktuator 12 und Abtriebswelle 14 geschaltetes Getriebe 16 auf, welches vom Aktuator 12 angetrieben ist und die Abtriebswelle 14 antreibt. Das Getriebe 16 ist als relativ zum Aktuator 12 nachgeschaltetes Zahnradgetriebe mit unrunden Zahnrädern 18, 20 ausgebildet.
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Der Aktuator 12 weist einen Elektromotor (nicht näher dargestellt) mit einer Motorwelle 22 auf (vgl. 1). Über die Motorwelle 22 ist der Aktuator 12 mit dem Getriebe 16 gekoppelt.
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Das Zahnradgetriebe 16 weist ein erstes unrundes Zahnrad 18 auf, welches von dem Aktuator 12 angetrieben ist, und ein damit kämmendes zweites unrundes Zahnrad 20, welches die Abtriebswelle 14 antreibt.
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Die Zahnräder 18, 20 sind derart ausgebildet, dass diese in einer ersten Drehstellung (Geschlossenstellung der Abtriebswelle 14 bzw. der Lamellen 104; vgl. 2a) ein großes Übersetzungsverhältnis aufweisen (im Beispiel ein Übersetzungsverhältnis von 5:1). Das Übersetzungsverhältnis dieser Drehstellung ist anhand des wirksamen Radius r1 des ersten Zahnrades 18 und des wirksamen Radius r2 des Zahnrades 20 veranschaulicht (vgl. 2a).
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Das Übersetzungsverhältnis nimmt mit steigendem Drehwinkel der Abtriebswelle 14 (Verschwenken von der Geschlossenstellung in Richtung Offenstellung; vgl. 2b) ab (im Beispiel beträgt das Übersetzungsverhältnis in Offenstellung 1:1). Das Übersetzungsverhältnis dieser Drehstellung ist anhand des wirksamen Radius r1' des ersten Zahnrades 18 und des wirksamen Radius r2' des Zahnrades 20 veranschaulicht (vgl. 2b).
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Die Zahnräder 18, 20 sind jeweils als unrundes Teilkreiszahnrad ausgebildet. Da der Öffnungswinkel der Lamellen 104 im Beispiel nur ca. 30° beträgt, kann auf ein vollständiges Zahnrad verzichtet werden.
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3 zeigt den Bereich, in dem der Aktuator 12 angeordnet werden kann.
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Das Zahnradgetriebe 16 kann durch Achsabstand A1, A2 (Abstand A2 zwischen der Rotationsachse der Abtriebswelle 14 und dem Teilkreis des zweiten Zahnrades 20 bzw. Abstand A1 zwischen der Motorwelle 22 des Aktuators 12 und dem Teilkreis des ersten Zahnrades 18) und/oder Achslänge L (axiale Länge der Abtriebswelle 14) in Größe und/oder Position relativ zur Abtriebswelle 14 angepasst werden. Es kann bei gleichbleibendem Radiusverhältnis der Zahnräder 18, 20 der Achsabstand A1, A2 verändert werden. Dabei bleibt die Übersetzungs-Charakteristik unverändert.
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Der Aktuator ist im Wirkradius W des zweiten Zahnrades 20 frei anordenbar. So kann die Abtriebswelle 14 des Elektromotors des Aktuators 12 innerhalb des Wirkradius W des zweiten Zahnrades 20 angeordnet werden. Zudem kann der Aktuator 12 um seine eigene Achse (Achse der Motorwelle 22 des Elektromotors des Aktuators 12) rotierbar sein. Der Aktuator 12 kann in unterschiedlichen Positionen und/oder Orientierungen im Vergleich zu einem Aktuator mit integriertem Getriebe angeordnet werden (In 3 sind beispielhaft drei mögliche Positionen des Aktuators 12, 12', 12" gezeigt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014107103 A1 [0002]
