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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftklappenvorrichtung, umfassend einen Rahmen mit einer Luftdurchlassöffnung, eine Mehrzahl von gemeinsam verstellbar am Rahmen aufgenommenen Luftklappen, welche wenigstens in die Luftdurchlassöffnung einragen, und einen Aktuator zur Verstellung der Mehrzahl von Luftklappen zwischen zwei Betriebsstellungen unterschiedlicher Abdeckung der Luftdurchlassöffnung durch die Mehrzahl von Luftklappen, wobei die Luftklappen gemeinsam verstellbar sind zwischen einer Schließstellung, in welcher die Luftklappen die Luftdurchlassöffnung stärker gegen eine Durchströmung abdecken, und einer Offenstellung, in welcher die Luftklappen die Luftdurchlassöffnung weniger stark gegen eine Durchströmung abdecken, wobei die Luftklappenvorrichtung weiter eine strahlentechnische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung und Beurteilung einer Anordnung der Mehrzahl von Luftklappen aufweist.
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Luftklappenvorrichtungen sind an Kraftfahrzeugen allgemein bekannt, um eine Durchströmung der Luftdurchlassöffnung mit Luft und dadurch eine konvektive Kühlung von in Durchströmungsrichtung hinter der Luftdurchlassöffnung gelegenen Fahrzeugkomponenten zu beeinflussen.
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Eine Luftklappenvorrichtung der eingangs genannten Art mit einer strahlentechnischen, in der konkreten Ausführungsform optischen Erfassungsvorrichtung ist aus der
DE 10 2018 000 955 A1 bekannt.
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Um festzustellen, ob eine Luftdurchlassöffnung durch ein translatorisch verschiebbares Abdeckelement korrekt abgedeckt ist sind an der Luftdurchlassöffnung zwei Paare von jeweils einander gegenüberliegenden Fotosensoren angeordnet. Das erste Paar ist dabei nahe der Spaltöffnung angeordnet, aus welcher das vollständig zurückgezogene Abdeckelement ausfährt. Das zweite Paar ist nahe einer Endposition angeordnet, an welcher das beim Schließen der Luftdurchlassöffnung vorauseilende Längsende des Abdeckelements in seiner Schließstellung zur Ruhe kommt. In der Schließstellung befindet sich das Abdeckelement zwischen den beiden Fotosensoren eines jeden Paars, in der Offenstellung zwischen keinem der Fotosensoren. Dadurch, dass die Fotosensoren dann, wenn sich das Abdeckelement in der Schließstellung befindet, nahe beim Abdeckelement und diesem zugewandt angeordnet sind, ändert sich durch eine Verstellung des Abdeckelements zwischen seiner Offenstellung und seiner Schließstellung die Menge an auf die jeweiligen Fotosensoren einfallendem Licht. So kann eine mit der bekannten strahlungstechnischen Erfassungsvorrichtung gekoppelte Auswertevorrichtung anhand der Signale der Fotosensoren ermitteln, ob sich das Abdeckelement in einer keine Fotosensoren bedeckenden Offenstellung, in einer die Fotosensoren beider Paare bedeckenden Schließstellung oder in einer nur die Fotosensoren des näher an der Spaltöffnung angeordneten Sensorpaars bedeckenden Zwischenstellung befindet.
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Nachteilig an dieser Anordnung ist das Erfordernis, dass die Fotosensoren im Bereich der Luftdurchlassöffnung angeordnet werden müssen. Sofern also die Fotosensoren den durchströmbaren Querschnitt der Luftdurchlassöffnung nicht verringern sollen, muss die Luftdurchlassöffnung um die von den Fotosensoren eingenommene Fläche größer ausgeführt werden, wofür nicht immer der notwendige Bauraum bereitsteht.
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Darüber hinaus können die Fotosensoren an das beschriebene translatorisch bewegliche Abdeckelement ausreichend nahe angenähert werden, damit das Abdeckelement in seinen unterschiedlichen Betriebsstellungen den Lichteinfall auf die Fotosensoren ausreichend deutlich beeinflussen kann. Für eine Anordnung mit einem zwischen seinen Betriebsstellungen schwenkbaren Abdeckelement erscheint diese Lösung jedoch untauglich.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2019 119 353 A1 eine Luftklappenvorrichtung mit mehreren zueinander parallelen Luftklappen bekannt, welche um ebenfalls parallele Klappenschwenkachsen zwischen ihrer Offenstellung und ihrer Schließstellung schwenkbar am Rahmen angeordnet sind. Der Verstellantrieb der Luftklappen weist dabei eine Erkennungsformation auf, die sich abhängig davon, ob die Luftklappenvorrichtung funktioniert oder nicht, am Ende einer Verstellbewegung in unterschiedlichen Verstellpositionen befindet. Die Position der Erkennungsformation kann ausweislich der
DE 10 2019 119 353 A1 auch durch optische Sensoren erfasst werden.
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Nachteilig an dieser Lösung ist eine aufwendige mechanische Erfassungsvorrichtung mit zusammenwirkenden Nocken und Kurvenscheiben, welche eigentlich erfasst, ob sich die Luftklappen der Luftklappenvorrichtung in ihrer dem jeweiligen Betriebszustand entsprechenden Position befinden oder nicht. Die sich für die Erkennungsformation ergebende Endposition ist lediglich Folge des Werks der aufwendigen mechanischen Erfassungsvorrichtung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Luftklappenvorrichtung derart weiterzubilden, dass mit ihr sicher und mit geringem Aufwand das korrekte Funktionieren der Luftklappenvorrichtung überprüft werden kann. Ziel ist eine Überprüfung der Luftklappenvorrichtung durch die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung als Onboard-Diagnose in einem Fahrzeug.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung an einer Luftklappenvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger aufweist, wobei die Strahlungsquelle eine elektromagnetische Prüfstrahlung in Richtung zum Strahlungsempfänger emittiert, wobei wenigstens eine Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen als Prüf-Luftklappe einen von der Prüfstrahlung durchstrahlbaren Prüfabschnitt aufweist, wobei der Prüfabschnitt derart im Ausbreitungsweg der Prüfstrahlung von der Strahlungsquelle zum Strahlungsempfänger angeordnet ist, dass dann, wenn sich die Prüf-Luftklappe in einer vorbestimmten Bezugs-Betriebsstellung befindet, wenigstens ein Teil der Prüfstrahlung den Prüfabschnitt zum Strahlungsempfänger hin durchstrahlt und den Strahlungsempfänger mit einem in einem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum liegenden Einstrahlergebnis erreicht, und dann, wenn sich die Prüf-Luftklappe nicht in der vorbestimmten Bezugs-Betriebsstellung befindet, die Prüfstrahlung den Strahlungsempfänger nicht mit einem in dem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum liegenden Einstrahlergebnis erreicht.
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Zunächst steht durch Verwendung einer Strahlungsquelle eine definierte Prüfstrahlung zur Analyse der Funktionstüchtigkeit bzw. des Betriebszustands der Luftklappenvorrichtung bereit, welche präziser für die gewünschte Analyse nutzbar ist als die Zufallsstrahlung, welche die vier Fotosensoren der aus der
DE 10 2018 000 955 A1 bekannten Klappenvorrichtung nutzen. Die Bereitstellung einer definierten Prüfstrahlung durch eine definierte Strahlungsquelle erlaubt eine präzisere Analyse der am Strahlungsempfänger eintreffenden Strahlung hinsichtlich ihrer Strahlungseigenschaften, unabhängig von äußeren Strahlungsverhältnissen. So kann ein Ergebnisraum an möglichen Einstrahlergebnissen definiert werden, welcher Einstrahlergebnisse einer funktionstüchtigen oder/und korrekt funktionierenden Luftklappenvorrichtung definiert, sodass immer dann, wenn das Einstrahlergebnis in dem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum liegt, von einer Auswertevorrichtung auf eine korrekt arbeitende Luftklappenvorrichtung geschlossen werden kann.
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Durch die dauerhafte Anordnung eines Prüfabschnitts im Strahlungsweg der Prüfstrahlung von der Strahlungsquelle hin zum Strahlungsempfänger wird außerdem stets die Prüf-Luftklappe geprüft, sodass eine Beeinflussung der Prüfstrahlung durch andere Ursachen als durch den Prüfabschnitt nahezu ausgeschlossen ist. An der aus der
DE 10 2018 000 955 A1 bekannten Klappenvorrichtung könnte beispielsweise auch Laub zwischen die Fotosensoren eines Paares an Strahlungsempfängern gelangen und so eine Beurteilung der Funktionstüchtigkeit oder/und des Betriebszustands der Klappenvorrichtung bewirken, welche mit dem tatsächlichen Betriebszustand in keinem Zusammenhang steht.
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Grundsätzlich ist die oben beschriebene Erfassungsvorrichtung zur Beurteilung, ob die Luftklappenvorrichtung korrekt funktioniert, an einer einzigen Prüf-Luftklappe anwendbar. Bevorzugt soll mit der Erfassungsvorrichtung jedoch die Funktionstüchtigkeit bzw. das korrekte Funktionieren möglichst vieler Luftklappen der Luftklappenvorrichtung überprüfbar sein. Daher weist die Luftklappenvorrichtung vorzugsweise mehrere Luftklappen auf, welche als Prüf-Luftklappen ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind alle Luftklappen der Luftklappenvorrichtung als Prüf-Luftklappen ausgebildet. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass dann, wenn in der vorliegenden Anmeldung ausgesagt ist, dass die Mehrzahl von Luftklappen mehrere Prüf-Luftklappen aufweist, von welchen jede einen Prüfabschnitt aufweist, nicht ausgeschlossen ist, dass neben der Mehrzahl von als Prüf-Luftklappen ausgebildeten Luftklappen weitere Luftklappen vorgesehen sind, welche nicht als Prüf-Luftklappen mit einem Prüfabschnitt ausgebildet sind.
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Die eingangs genannte Mehrzahl von Luftklappen kann durch ein Gestänge oder/und Getriebe zur gemeinsamen Verstellbewegung verbunden sein, so dass vorteilhaft ein einziger Aktuator zur Verstellung der Mehrzahl von Luftklappen ausreichen kann.
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Im Sinne einer Onboard-Diagnose ist es vorteilhaft, wenn ein fehlerhafter Zustand einer einzelnen Luftklappe aus der Mehrzahl von Prüf-Luftklappen diagnostizierbar ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die mehreren Prüf-Luftklappen mit ihren Prüfabschnitten in Reihe angeordnet sind, so dass Prüfstrahlung nur dann den Strahlungsempfänger mit einem in dem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum liegenden Einstrahlergebnis erreicht, wenn sich alle Prüf-Luftklappen der Mehrzahl von Luftklappen in ihrer jeweiligen Bezugs-Betriebsstellung befinden. Bevorzugt erreicht die Prüfstrahlung den Strahlungsempfänger dann nicht mit einem in einem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum liegenden Einstrahlergebnis, wenn sich wenigstens eine der mehreren Prüf-Luftklappen nicht in ihrer Bezugs-Betriebsstellung befindet.
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Bevorzugt ist die Bezugs-Betriebsstellung eine definierte und einfach zu erreichende Endstellung der wenigstens einen Prüf-Luftklappe.
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Grundsätzlich kann die Prüfstrahlung eine beliebige elektromagnetische Strahlung sein. Bevorzugt ist die Prüfstrahlung Licht im sichtbaren Bereich. Die Prüfstrahlung kann jedoch auch Licht im nicht sichtbaren Bereich umfassen oder sein, wie beispielsweise ultraviolettes Licht oder Infrarotlicht.
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Die Luftklappen ragen bevorzugt nicht nur in die Luftdurchlassöffnung ein, um deren Durchströmbarkeit mit Luft abhängig von ihrer Betriebsstellung zu verändern, sondern überspannen diese. Bevorzugt sind daher die Luftklappen an ihren beiden Längsenden verstellbar am Rahmen aufgenommen, während dazwischen ein flächiger Klappenabschnitt abhängig von der Betriebsstellung der Luftklappe für einen gewünschten Grad an Abdeckung der Luftdurchlassöffnung sorgt. Die Prüf-Luftklappe weist daher bevorzugt einen flächigen Klappenabschnitt auf, welcher im Bereich der Luftdurchlassöffnung zur Veränderung von deren Durchströmbarkeit angeordnet ist, und welcher abhängig von der Betriebsstellung der Luftklappe relativ zum Rahmen eine Durchströmung der Luftdurchlassöffnung unterschiedlich stark behindert. Zur Lagerung der Prüf-Luftklappe weist diese bevorzugt einen Lagerabschnitt auf, welcher im Zusammenwirken mit einem Gegenlagerabschnitt am Rahmen zur verstellbaren Lagerung der Prüf-Luftklappe am Rahmen ausgebildet ist.
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Bei der oben beschriebenen bevorzugten Überspannung der Luftdurchlassöffnung durch die Luftklappe umfasst der Lagerabschnitt bevorzugt je einen Teil-Lagerabschnitt zu beiden Seiten des flächigen Klappenabschnitts, besonders bevorzugt an je einem Längsende der Prüf-Luftklappe je einen Teil-Lagerabschnitt.
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Grundsätzlich kann zwischen dem Lagerabschnitt oder einem Teil-Lagerabschnitt und dem Klappenabschnitt wenigstens ein weiterer Abschnitt der Luftklappe bzw. Prüf-Luftklappe sein. Um sicherzustellen, dass die Erfassungsvorrichtung nicht unnötig einen Teil der Fläche der Luftdurchlassöffnung einnimmt bzw. bedeckt, ist der Prüfabschnitt bevorzugt außerhalb des flächigen Klappenabschnitts ausgebildet. Da der Lagerabschnitt in der Regel mit einem Gegenlagerabschnitt des Rahmens zusammenwirkt, befindet sich der Lagerabschnitt in der Regel außerhalb der Luftdurchlassöffnung, weshalb der Prüfabschnitt bevorzugt im Lagerabschnitt ausgebildet ist, um mit der Erfassungsvorrichtung die Luftdurchlassöffnung möglichst wenig oder am besten überhaupt nicht zu stören.
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Bevorzugt liegt aus diesem Grunde auch die Erfassungsvorrichtung bzw. liegen deren Strahlungsquelle und Strahlungsempfänger auf ein und derselben Seite der Luftdurchlassöffnung, sodass die von der Strahlungsquelle emittierte Prüfstrahlung bevorzugt die Luftdurchlassöffnung nicht durchstrahlt.
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Wenngleich die Luftklappen der Luftklappenvorrichtung und insbesondere die wenigstens eine Prüf-Luftklappe translatorisch verlagerbar am Rahmen angeordnet sein kann, ist es zur Erzielung einer möglichst kompakten Luftklappenvorrichtung bevorzugt, wenn die wenigstens eine Prüf-Luftklappe um eine Klappenschwenkachse schwenkbar am Rahmen angeordnet ist. Sofern diese Anmeldung eine axiale Richtung nennt, ist dies ohne anderslautenden Hinweis eine Richtung längs der Klappenschwenkachse.
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Der Prüfabschnitt kann dann quer zur Klappenschwenkachse, insbesondere orthogonal zur Klappenschwenkachse, durchstrahlbar sein, was die oben genannte Reihenanordnung mehrerer Prüfabschnitte im Strahlungsweg der Prüfstrahlung von der Strahlungsquelle zum Strahlungsempfänger erleichtert. Ohne die Durchströmung der Luftdurchlassöffnung durch eine Anordnung der Erfassungsvorrichtung darin zu stören, kann der Prüfabschnitt allerdings zusätzlich oder alternativ längs der Klappenschwenkachse von der Prüfstrahlung durchstrahlbar sein. In diesem Fall ist die Prüf-Luftklappe bevorzugt längs ihrer gesamten Erstreckung längs der Klappenschwenkachse von der Prüfstrahlung durchstrahlbar ausgebildet. Es kann dann sein, dass für jede Prüf-Luftklappe ein gesonderter Strahlungsempfänger anzuordnen ist, um jede einzelne Prüf-Luftklappe anhand der sie durchstrahlenden Prüfstrahlung auf ihre Funktionstüchtigkeit oder/und auf ihr korrektes Funktionieren zu überprüfen.
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Im einfachsten Fall kann der Prüfabschnitt eine Aussparung umfassen oder sein. Der Prüfabschnitt kann dann ein Hohlraum sein, in welchem sich die Prüfstrahlung ungehindert ausbreiten kann.
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Für eine möglichst gezielte Durchstrahlung des Prüfabschnitts mit der Prüfstrahlung kann der Prüfabschnitt einen optischen Strahlungsleiter mit einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich umfassen. Der Begriff „optischer Strahlungsleiter“ ist dabei auf die oben genannte bevorzugte Ausbildung der Prüfstrahlung als Licht im sichtbaren Bereich gerichtet. Es soll jedoch unter dem Begriff „optischer Strahlungsleiter“ jede Art von Strahlungsleiter verstanden werden, welcher elektromagnetische Strahlung durch Totalreflexion an seiner Grenzfläche leitet. Auch ein UV- oder Infrarotlicht leitender Strahlungsleiter ist somit ein optischer Strahlungsleiter im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Der im Prüfabschnitt angeordnete optische Strahlungsleiter leitet die elektromagnetische Prüfstrahlung von einem Eintrittsbereich zu einem Austrittsbereich des optischen Strahlungsleiters, sodass Prüfstrahlung an einem Abschnitt des optischen Strahlungsleiters in diesen eingegeben und an einem anderen Abschnitt aus diesem entnommen werden kann. Bevorzugt sind der Eintrittsbereich und der Austrittsbereich an unterschiedlichen Längsenden des optischen Strahlungsleiters ausgebildet, wenngleich dies nicht so sein muss.
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Der Prüfabschnitt oder/und die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung kann wenigstens eine strahlenbrechende oder/und strahlenbeugende oder/und strahlenpolarisierende oder/und strahleninterferierende Vorrichtung aufweisen, um die Prüfstrahlung für eine möglichst sichere und fehlerfreie Erfassung zu modifizieren.
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Ebenfalls kann grundsätzlich die Strahlungsquelle elektromagnetische Strahlung als punktförmige Lichtquelle mehr oder weniger divergierend ausstrahlen, wobei dann nur der den wenigstens einen Prüfabschnitt erreichende Teil der elektromagnetischen Prüfstrahlung für die weitere Funktion der Erfassungsvorrichtung relevant ist. Mehrere zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger in Reihe hintereinander gelegene Prüfabschnitte müssen dann allerdings strikt längs eines von der Strahlenquelle ausgehenden Radiusstrahls hintereinander gelegen sein. Eine größere konstruktive Freiheit in der Anordnung auch mehrerer zu prüfender Prüf-Luftklappe kann dadurch erhalten werden, dass die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung einen optischen Strahlungsleiter umfasst, welcher die Prüfstrahlung wenigstens längs eines Abschnitts des Wegs von der Strahlungsquelle zum Strahlungsempfänger leitet. Bevorzugt leitet der optische Strahlungsleiter der Erfassungsvorrichtung die Prüfstrahlung auf ihrem gesamten Weg von der Strahlungsquelle zum Strahlungsempfänger, mit Ausnahme jener Abschnitte, in denen die Prüfstrahlung den wenigstens einen Prüfabschnitt der wenigstens einen Prüf-Luftklappe durchstrahlt. Ein solcher optischer Strahlungsleiter der Erfassungsvorrichtung ist bevorzugt rahmenfest und daher relativ zum Rahmen der Luftklappenvorrichtung unbeweglich.
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Der Rahmen der Luftklappenvorrichtung kann ein gesonderter Rahmen sein, welcher auch mehrteilig ausgebildet sein kann. Der Rahmen kann vollständig oder teilweise durch Karosserieteile eines die Luftklappenvorrichtung tragenden Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Aufgrund der durch den optischen Strahlungsleiter der Erfassungsvorrichtung erreichten erhöhten konstruktiven Freiheit kann dieser optische Strahlungsleiter wenigstens einfach, vorzugsweise mehrfach um mit Abstand voneinander gelegene Krümmungsachsen gekrümmt verlaufen.
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Nicht nur ist bevorzugt die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger auf derselben Seite der Luftdurchlassöffnung angeordnet. Zur Erzielung einer weiter räumlich kompakten Luftklappenanordnung können die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger auch in enger räumlicher Nähe auf derselben Seite des wenigstens einen Prüfabschnitts, vorzugsweise aller durch die Strahlungsquelle und den Strahlungsempfänger zu prüfenden Prüfabschnitte, gelegen sein. Die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung kann dann eine Strahlungsumkehrvorrichtung aufweisen, welche die sie erreichende Prüfstrahlung um 170° bis 190° umlenkt, sodass sie in den Bereich ihres Ausgangsort des zurückkehrt, wo nahe der Strahlungsquelle, etwa dieser benachbart, der Strahlungsempfänger angeordnet sein kann. Die Strahlungsumkehrvorrichtung kann ein Spiegel, ein Prisma mit reflektierenden, vorzugsweise totalreflektierenden, Grenzflächen oder eine Umkehrschleife eines flexiblen Strahlungsleiters sein.
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Beispielsweise kann der Strahlungsleiter, sei es nun der Strahlungsleiter im Prüfabschnitt oder der außerhalb der Prüfabschnitte gelegene Strahlungsleiter der Erfassungsvorrichtung, wenigstens eine Glasfaser bzw. ein Bündel von Glasfasern umfassen.
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Wie bereits oben dargelegt wurde, kann die wenigstens eine Prüf-Luftklappe längs der Klappenschwenkachse von der Prüfstrahlung durchstrahlbar sein. Dann, wenn der von der Prüfstrahlung durchstrahlbare Prüfabschnitt außerhalb der Klappenschwenkachse gelegen ist, kann in einfacher Weise sichergestellt sein, dass die wenigstens eine Prüf-Luftklappe nur in einer Betriebsstellung von der Prüfstrahlung ausreichend durchstrahlbar ist und in einer von dieser Betriebsstellung verschiedenen Betriebsstellung nicht. Dann, wenn der Prüfabschnitt zentrisch bezüglich der Klappenschwenkachse gelegen ist und sich entlang derselben erstreckt, ist die Durchstrahlung des Prüfabschnitts in der Regel unabhängig von der Betriebsstellung der Prüf-Luftklappe, da sich der Ort der Einleitung von Prüfstrahlung in den Prüfabschnitt durch eine Verdrehung der Prüf-Luftklappe um die Klappenschwenkachse nicht ändert. Um auch in diesen Fällen die Funktionstüchtigkeit oder/und das korrekte Funktionieren der Prüf-Luftklappe beurteilen zu können, kann die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung wenigstens eine strahlenbrechende oder/und strahlenbeugende oder/und strahlenpolarisierende oder/und strahleninterferierende Vorrichtung aufweisen. Bevorzugt ist wenigstens eine solche Vorrichtung rahmenfest vorgesehen, sodass sich die Einstrahlung von Prüfstrahlung auf den Strahlungsempfänger abhängig von der Drehstellung der Prüf-Luftklappe um die Klappenschwenkachse und die damit erzielte Brechung oder/und Beugung oder/und Interferenz der Prüfstrahlung ändern kann. Die Vorrichtung sollte daher bevorzugt Strahlung nicht rotationssymmetrisch brechen, beugen, polarisieren oder/und interferieren. Bevorzugt kann am Prüfabschnitt eine solche Vorrichtung vorgesehen sein, welche beim Austritt der Prüfstrahlung aus dem Prüfabschnitt eine bezüglich der Klappenschwenkachse nicht-rotationssymmetrische Brechung oder/und Beugung oder/und Polarisierung oder/und Interferenz erzeugt. Auch dann unterscheiden sich die beim Austritt aus dem Prüfabschnitt erzeugten Austrittsmuster an Prüfstrahlung abhängig von der Drehstellung der Prüf-Luftklappe um die Klappenschwenkachse und können vom Strahlungsempfänger entsprechend erfasst werden.
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So können beispielsweise ein rahmenseitig feststehender und ein sich mit der Prüf-Luftklappe um die Klappenschwenkachse mitdrehender Polarisationsfilter vorgesehen sein, sodass sich der Polarisationsfilter der Prüf-Luftklappen bei deren Schwenkbewegung um die Klappenschwenkachse relativ zu dem rahmenseitig feststehenden Polarisationsfilter dreht. Nur dann, wenn die Polarisationsebenen der beiden Polarisationsfilter parallel zueinander ausgerichtet sind, gelangt ausreichend Prüfstrahlung zum Strahlungsempfänger. Andernfalls reicht die im Strahlungsempfänger eintreffende Strahlungsmenge nicht aus, um eine vorbestimmte Intensitätsschwelle als Grenze eines möglichen Einstrahlergebnisraums zu überschreiten, welche eine korrekte Funktion der Prüf-Luftklappe anzeigt. Gleiches gilt anstelle von Polarisationsfiltern für Beugungsgitter und dergleichen sowie für Brechungskörper oder Interferenzkörper.
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Zur Beurteilung der Funktionstüchtigkeit oder/und der Anordnung in einer Betriebsstellung der wenigstens einen Prüf-Luftklappe kann der Strahlungsempfänger zur Unterscheidung von Einstrahlergebnissen hinsichtlich wenigstens einer Einstrahleigenschaft aus Einstrahlintensität, Einstrahlwellenlänge, Einstrahlort und Einstrahlmuster der auf den Strahlungsempfänger einstrahlenden Prüfstrahlung ausgebildet sein. Der vorbestimmte Einstrahlergebnisraum kann dann einen vorbestimmten Intensitätsbereich oder/und einen vorbestimmten Wellenlängenbereich oder/und einen vorbestimmten Auftreffbereich für einstrahlende Prüfstrahlung oder/und einen vorbestimmten Bereich an Einstrahlmustern umfassen, mit welchem eine von dem Strahlungsempfänger umfasste oder mit diesem signalübertragungsmäßig gekoppelte Auswertevorrichtung das erfasste Einstrahlergebnis vergleichen kann. Auf diese Weise können auch zwei unterschiedliche Betriebsstellungen, vorzugsweise Endstellungen der Prüf-Luftklappe, geprüft werden, wobei jeder Endstellung eine andere vorbestimmte Intensitätsschwelle zugeordnet ist, welche zu unterschreiten oder zu überschreiten ist, vorzugsweise ein anderer vorbestimmter Intensitätsbereich als ein Einstrahlungsergebnisraum zugeordnet ist, in welchem die Intensität der in der jeweiligen Betriebsstellung im Strahlungsempfänger eintreffenden Prüfstrahlung für ein Bestehen der Prüfung liegen muss.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches mit einer wie oben beschrieben ausgebildeten Luftklappenvorrichtung ausgerüstet ist. Bevorzugt befindet sich die Luftklappenvorrichtung am vorderen Fahrzeugende und wird bei Vorwärtsfahrt durch Fahrtwind angeströmt. Bevorzugt ist eine Steuervorrichtung des Fahrzeugs signalübertragungsmäßig mit der Erfassungsvorrichtung der Luftklappenvorrichtung und zur Auswertung von von der Erfassungsvorrichtung übertragenen Signalen ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 eine grobschematische Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine grobschematische Draufsicht auf eine Prinzipskizze einer der ersten Ausführungsform größtenteils entsprechenden Ausführungsform mit Luftklappen in der Schließstellung,
- 3 die Ausführungsform von 2 als Prinzipskizze mit offenen Luftklappen in der Offenstellung,
- 4 eine grobschematische Prinzip Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist eine Luftklappenvorrichtung der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform allgemein mit 10 bezeichnet. Die Luftklappenvorrichtung 10 weist einen Rahmen 12 auf, in welchem zwei Luftdurchlassöffnungen 14 und 16 für eine Durchströmung orthogonal zur Zeichenebene der 1 ausgebildet sind. Die Luftklappenvorrichtung 10 ist im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich einer zur Zeichenebene der 1 orthogonalen Spiegelsymmetrieebene SE ausgebildet, weshalb es ausreicht, vorliegend lediglich die in 1 rechte Hälfte der Luftklappenvorrichtung 10 zu beschreiben. Die linke Hälfte der Luftklappenvorrichtung 10 entspricht in ihrem Aufbau unter der genannten Spiegelsymmetriebedingung der rechten Hälfte.
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Die rechte Durchlassöffnung 16 ist in dem dargestellten Betriebszustand von 1 durch sechs um jeweilige Klappenschwenkachsen K schwenkbare Luftklappen 18 verschlossen. In dem in 1 gezeigten Betriebszustand befinden sich die Luftklappen 18 in ihrer Schließstellung, in welcher sie keine oder nur eine vernachlässigbare Luftströmung durch die Durchlassöffnung 16 zulassen.
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Jede Luftklappe 18 weist einen längs der Klappenschwenkachse K zentralen flächigen Klappenabschnitt 20 auf, von welchem axial bezüglich der Klappenschwenkachse K beiderseits je ein oberer Lagerzapfen 22 und ein unterer Lagerzapfen 24 als ein Lagerabschnitt 26 abstehen. Die Lagerzapfen 22 und 24 sind in rahmenseitigen Buchsen 28 bzw. 30 als Gegenlagerabschnitte 32 um die Klappenschwenkachse K schwenkbar aufgenommen.
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Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind nicht alle Lagerzapfen und Buchsen mit Bezugszeichen versehen.
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Zur Onboard-Diagnose der korrekten Funktion der Luftklappenvorrichtung 10 umfasst die Luftklappenvorrichtung 10 eine strahlentechnische, im vorliegenden Fall optische, Erfassungsvorrichtung 34. Diese umfasst eine Strahlungsquelle 36 in Gestalt einer Lichtquelle und einen Strahlungsempfänger 38 in Gestalt einer Fotozelle oder eines CCD-Feldes.
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Die Erfassungsvorrichtung 34 umfasst weiter einen rahmenfesten Strahlungsleiter 40 in Gestalt eines Lichtleiters, beispielhaft gebildet durch ein Bündel Glasfasern. Der Strahlungsleiter 40 verläuft, unterbrochen durch die oberen Lagerzapfen 22, von der Strahlungsquelle 36 zum Strahlungsempfänger 38. Der Strahlungsleiter 40 verläuft parallel zum oberen Rand der Luftdurchlassöffnung 16 entlang eines gekrümmten Verlaufs. Der Vorteil der Verwendung des Strahlungsleiters 40 liegt genau in dieser Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung, hier: Licht, entlang eines nahezu beliebigen Weges sicher und möglichst verlustfrei zu leiten.
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In den den rahmenfesten Strahlungsleiter 40 unterbrechenden oberen Lagerzapfen 22 der Luftklappen 18 ist ebenfalls jeweils ein Strahlungsleiter 42, in diesem Fall ein klappenfester Strahlungsleiter 42, angeordnet, beispielsweise durch Umspritzen des klappenfesten Strahlungsleiters 42 bei der spritzgusstechnischen Erzeugung der Luftklappen 18. Der klappenfeste Strahlungsleiter 42 verläuft in jeder Luftklappe 18 quer zur Klappenschwenkachse K.
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Der mit einem Strahlungsleiter 40 versehene Lagerzapfen 22 bildet einen mit der Erfassungsvorrichtung 34 kooperierenden Prüfabschnitt 41 der wegen der Ausbildung des Prüfabschnitts 41 eine Prüf-Luftklappe bildenden Luftklappe 18.
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Die Luftklappen 18 können identisch ausgebildet sein oder können abhängig vom Ort ihrer Anordnung in der Luftdurchlassöffnung 16 unterschiedlich ausgebildet sein.
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Die klappenfesten Strahlungsleiter 42 können aus demselben Material gebildet sein wie der rahmenfeste Strahlungsleiter 40.
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Im dargestellten Beispiel von 1 leiten die klappenfesten Strahlungsleiter 42 nur dann Licht von dem jeweils der Strahlungsquelle 36 nähergelegenen benachbarten Abschnitt des rahmenfesten Strahlungsleiters 40 zu dem jeweils dem Strahlungsempfänger 38 nähergelegenen benachbarten Abschnitt des rahmenfesten Strahlungsleiters 40, wenn sich die Luftklappen 18 in der in 1 dargestellten Schließstellung befinden.
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In der Offenstellung sind die Luftklappen 18 soweit um die Klappenschwenkachse K geschwenkt, dass jedem dem oberen Lagerzapfen 22 benachbarten Abschnitt des rahmenfesten Strahlungsleiters 40 ein Abschnitt des opaken oder wenigstens stärker als ein Strahlungsleiter streuenden, jedenfalls zur Strahlungsleitung ungeeigneten Materials des übrigen Lagerzapfens 22 gegenüberliegt, sodass von dem der Strahlungsquelle 36 nähergelegenen benachbarten Abschnitt des rahmenfesten Strahlungsleiters 40 keine Prüfstrahlung in den klappenfesten Strahlungsleiter 42 eintreten und von diesem zu dem dem Strahlungsempfänger 38 nähergelegenen benachbarten Abschnitt des rahmenfesten Strahlungsleiters 40 geleitet werden kann.
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Licht als die Prüfstrahlung des vorliegenden Beispiels erreicht den Strahlungsempfänger 38 daher in bestimmungsgemäßem Maße nur dann, wenn sich alle Luftklappen 18 gemeinsam in der Schließstellung befinden. Befindet sich nur eine der Luftklappen 18 nicht in der Schließstellung, erreicht von der Strahlungsquelle 36 emittiertes Licht den Strahlungsempfänger 38 nicht mit einer in einem vorbestimmten Soll-Intensitätsbereich als einem möglichen Einstrahlergebnisraum gelegenen Lichtintensität. Die Erfassungsvorrichtung 34 kann daher in Kooperation mit einer Auswertevorrichtung 44 beurteilen, ob dann, wenn sich aufgrund einer Betätigung eines die Luftklappen 18 zwischen der Schließstellung und der Offenstellung verstellenden Aktuators 46 in der Schließstellung befinden sollen, sich auch tatsächlich alle Luftklappen 16 der Luftdurchlassöffnung 16 in der Schließstellung befinden. Die Auswertevorrichtung 44 kann Teil einer Steuervorrichtung 48 eines die Luftklappenvorrichtung 10 tragenden Fahrzeugs V sein oder kann signalübertragungsmäßig mit einer Steuervorrichtung 48 des Fahrzeugs V verbunden sein, sodass die Auswertevorrichtung 44 entweder ihr Auswertungsergebnis oder die an sie übertragenen Signale des Strahlungsempfängers 38 an die Steuervorrichtung 48 des Fahrzeugs V übertragen kann.
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In den 2 und 3 ist grobschematisch eine Ausführungsform dargestellt, deren Funktionsprinzip jenem der Ausführungsform von 1 im Wesentlichen entspricht. Gleiche und funktionsgleiche Teile und Bauteilabschnitte wie in 1 sind in den 2 und 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100. Die Ausführungsform der 2 und 3 wird nachfolgend nur insofern detailliert beschrieben werden, als sie sich von jener von 1 unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der Ausführungsform der 2 und 3 verwiesen wird.
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In den 2 und 3 ist am unteren Rand der Luftdurchlassöffnung 116 der die Luftklappen 118 lagernde Abschnitt des Rahmens 112 mit den Gegenlagerabschnitten 132 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. An den oberen Abschnitten des Rahmens 112 und den dort dargestellten Gegenlagerabschnitten 132 ist zu erkennen, dass diese als teilzylindrische Laschen 128 die oberen Lagerzapfen 122 über einen Umfangsabschnitt umgeben. Bevorzugt sind für jeden Lagerzapfen 122 zwei einander diametral gegenüberliegende teilzylindrische Laschen 128 vorgesehen, welche den jeweiligen Lagerzapfen 122 zwischen sich halten. Anstelle der teilzylindrischen Laschenpaare kann selbst verständlich jede andere Art von Gegenlagerabschnitt verwendet werden, welcher die Lagerzapfen 122 ausreichend eindeutig für eine Schwenkbewegung um die Klappenschwenkachse K lagert. Die obere und die untere Schwenklagerung der Luftklappen 118 sind vorzugsweise identisch ausgebildet.
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Wie in 3 in der Offenstellung der Luftklappenvorrichtung 110 zu erkennen ist, kann dann, wenn der flächige Klappenkörper 120 außerhalb der Klappenschwenkachse K angeordnet ist, der jeweilige Lagerzapfen 122 bzw. 124 über einen Steg 150 mit dem Klappenkörper 120 verbunden sein.
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In den unteren Lagerzapfen 124 sind zylindrische Ausnehmungen 152 ausgebildet. Diese zylindrischen Ausnehmung 152 fluchten in der in 2 dargestellten Schließstellung. Ihre Zylinderachsen sind dann im Wesentlichen kollinear. In der Schließstellung kann daher divergierend von der Strahlungsquelle 136 emittiertes Licht durch die in Reihe hintereinander fluchtende angeordneten Ausnehmungen 152 den Strahlungsempfänger derart erreichen, dass das Einstrahlergebnis des von der Strahlungsquelle 136 emittierten Lichts in einem vorbestimmten Einstrahlergebnisraum, etwa in einem vorbestimmten Intensitätsbereich, liegt. Dann, wenn sich die Luftklappenvorrichtung 110 in der Schließstellung befinden soll und der Strahlungsempfänger 138 an die Auswertevorrichtung ein Einstrahlergebnis überträgt, welches innerhalb eines vorbestimmten, einer korrekten Funktion der Luftklappenvorrichtung 110 zugeordneten Einstrahlergebnisraums liegt, schließt die Auswertevorrichtung auf eine funktionstüchtige, korrekt funktionierende Luftklappenvorrichtung 110. Sollte sich dagegen die Luftklappenvorrichtung 110 in der Schließstellung befinden und das Einstrahlergebnis am Strahlungsempfänger 138 liegt außerhalb des vorbestimmten Einstrahlergebnisraums, erkennt die Auswertevorrichtung auf eine fehlerhafte Luftklappenvorrichtung 110.
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Bei der in 2 gezeigten fluchtenden Anordnung der Ausnehmungen 152 der einzelnen Luftklappen 118 reicht es aus, die Ausnehmungen 152 als Hohlraum bereitzustellen. Wie 3 zeigt, besteht in der Offenstellung der Luftklappenvorrichtung 110 keine Sichtlinie von der Strahlungsquelle 136 zum Strahlungsempfänger 138. Der Ausbreitungsweg von von der Strahlungsquelle 136 emittierter Strahlung zum Strahlungsempfänger 138 hin ist vielmehr durch die opaken Lagerzapfen 124 unterbrochen. Es muss abweichend vom Ausführungsbeispiel der 1 auch kein Strahlungsleiter zwischen den Lagerzapfen 124 oder/und zwischen wenigstens einer Vorrichtung aus Strahlungsquelle 136 und Strahlungsempfänger 138 einerseits und dem jeweils nächstgelegenen Lagerzapfen 124 angeordnet sein.
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Da die Luftklappen 18 und 118 zur gemeinsamen Bewegung über einen Kopplungsmechanismus, wie etwa ein Gestänge oder Getriebe, gekoppelt sind, kann beispielsweise beim Versagen des Kopplungsmechanismus nur ein Teil der Luftklappen vom Aktuator verstellt werden, während eine schadhafte Luftklappe 18, 118 vom Kopplungsmechanismus nicht mehr bewegt wird. Dies kann die vorliegende Erfassungsvorrichtung 34 bzw. 134 erfassen.
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In der Ausnehmung 152 wenigstens einer Luftklappe 118 kann, wie in 1, ein längs der Ausnehmung 152 verlaufender Strahlungsleiter aufgenommen sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Strahlung von der Strahlungsquelle 136 zum Strahlungsempfänger 138 nicht in einer geraden Linie übertragen werden kann.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung 234 grobschematisch dargestellt. Gleiche und funktionsgleiche Teile und Bauteilabschnitte wie in den 1 bis 3 mit sind in 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch im Zahlenraum 200 bis 299. Die Ausführungsform der 4 wird nachfolgend nur insofern detailliert beschrieben werden, als sie sich von jenen der 1 bis 3 unterscheidet, auf deren Beschreibung ansonsten auch zur Erläuterung der Ausführungsform der 4 verwiesen wird.
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In 4 ist eine Luftklappe 218 gezeigt, welche nicht quer zu ihrer Klappenschwenkachse K sondern längs derselben von Prüfstrahlung der Strahlungsquelle 236 durchstrahlbar ist. Anders als in den bisherigen Ausführungsformen ist daher jeder als Prüf-Luftklappe ausgebildeten Luftklappe 218 ein eigener Strahlungsempfänger 238 zugeordnet.
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Die Ausnehmung 252 der Luftklappe 218 setzt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel axial beiderseits der Luftklappe 218 im Rahmen als obere rahmenseitige Ausnehmung 254 und als untere rahmenseitige Ausnehmung 256 fort. Auch die Ausnehmungen 254 und 256 werden folglich mit von der Strahlungsquelle 236 emittierter Prüfstrahlung durchstrahlt.
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Da die Ausnehmung 252 und die Strahlungsquelle 238 im dargestellten Beispiel koaxial zur Klappenschwenkachse K angeordnet sind, ändert sich die grundsätzliche Durchstrahlbarkeit der Ausnehmung 252 mit Prüfstrahlung von der Strahlungsquelle 238 abhängig von der Schwenkstellung der Luftklappe 218 nicht.
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Um dennoch die Drehstellung der Luftklappe 218 durch die strahlentechnische Erfassungsvorrichtung 234 erkennbar zu machen, weist die Luftklappe 218 in ihrem Prüfabschnitt 241, bevorzugt an ihrem einen dem Strahlungsempfänger 238 nähergelegenen axialen Längsende, also im oberen Lagerzapfen 222, einen gemeinsam mit der Luftklappe 218 schwenkbaren Polarisationsfilter 258 auf. Zusätzlich ist in der oberen rahmenseitigen Ausnehmung 254 ein identischer Polarisationsfilter 260 rahmenfest aufgenommen, sodass beim Verschwenken der Luftklappe zu 118 um die Klappenschwenkachse K der klappenfeste Polarisationsfilter 258 relativ zum rahmenfesten Polarisationsfilter 260 verschwenkt wird. Die Polarisationsfilter 258 und 260 sind dabei derart angeordnet, dass ihre Polarisationsebenen in der Schließstellung der Luftklappe 218 parallel sind sodass vom Polarisationsfilter 258 polarisiertes Licht auch den Polarisationsfilter 260 durchstrahlen kann, während in der Offenstellung die Polarisationsebenen der Polarisationsfilter 258 und 160 quer, insbesondere orthogonal zueinander verlaufen, sodass in der Offenstellung kein oder nur sehr wenig Licht von der Strahlungsquelle 136 den Strahlungsempfänger 238 erreicht.
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Anstelle der Polarisationsfilter 258 und 260 können Beugungsgitter, strahlungsbrechende Prismen und dergleichen vorgesehen sein, welche für eine Änderung des Einstrahlergebnisses am Strahlungsempfänger 238 abhängig von der Schwenkstellung der Luftklappe 218 sorgen. Zur Erkennung komplexerer Einstrahlergebnisse, wie vorbestimmte Beugungsmuster, kann der Strahlungsempfänger 238 ein CCD-Feld oder ein ähnlicher flächiger optischer Sensor sein, wenngleich dies dessen Kosten erhöht.
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Da alle in den vorliegenden 1 bis 4 mit Bezugszeichen 18 bis 218 versehenen Luftklappen in ihrer Funktionalität durch die Erfassungsvorrichtung 34 bis 234 beurteilbar sind, sind alle derartigen Luftklappen in den 1 bis 4 Prüf-Luftklappen im Sinne der Beschreibungseinleitung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018000955 A1 [0003, 0011, 0012]
- DE 102019119353 A1 [0007]
