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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftklappenvorrichtung, umfassend
- - einen Luftklappenträger mit einer von Luft durchströmbaren Luftdurchlassöffnung,
- - wenigstens drei Luftklappen, von welchen jede wenigstens in die Luftdurchlassöffnung einragt und zwischen zwei Betriebsstellungen unterschiedlich starker Abdeckung der Luftdurchlassöffnung beweglich am Luftklappenträger aufgenommen ist,
- - eine Kopplungsvorrichtung, welche die Mehrzahl von Luftklappen zur gemeinsamen Bewegung zwischen ihren Betriebsstellungen koppelt, und
- - einen Luftklappenantrieb mit einem Ausgangsglied, welches derart mit den wenigstens drei Luftklappen gekoppelt ist, dass eine Bewegung des Ausgangsglieds eine Bewegung der wenigstens drei Luftklappen 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 Luftklappen zu verändern. So ist die Mehrzahl von Luftklappen zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung beweglich, wobei die Abdeckung der Luftdurchlassöffnung in der Schließstellung größer als in der Öffnungsstellung ist. Bevorzugt ist die Luftdurchlassöffnung in der Schließstellung der wenigstens einen Luftklappe für eine Durchströmung von Luft verschlossen und in der Öffnungsstellung 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 zuverlässig mit vertretbarem Aufwand bereitzustellen, stellt sich in der Praxis 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 bei den Luftklappenvorrichtungen der hier diskutierten Art nur ein gemeinsamer Luftklappenantrieb für die wenigstens drei Luftklappen vorgesehen ist, wird der Luftklappenantrieb häufig auch dann weiter bestimmungsgemäß betrieben werden können, wenn 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 solcher 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 Kopplungsvorrichtung eine innere Hebelanordnung mit wenigstens einem ersten Hebel aufweist, wobei jeder erste Hebel genau zwei ihm zugeordnete Luftklappen zur gemeinsamen Bewegung zwischen ihren Betriebsstellungen koppelt, und dass die Kopplungsvorrichtung zusätzlich eine äußere Hebelanordnung mit wenigstens einem zweiten Hebel aufweist, wobei jeder zweite Hebel entweder einen ersten Hebel und eine einzelne, mit dem ersten Hebel nicht unmittelbar verbundene Luftklappe oder zwei erste Hebel zur gemeinsamen Bewegung koppelt.
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Durch die genannte Ausbildung der Kopplungsvorrichtung mit innerer und äußerer Hebelanordnung kann die Kopplungsvorrichtung derart gestaltet werden, dass bei Wegfall einer einzelnen der Mehrzahl von Luftklappen eine Fehlstellung wenigstens eines Hebels der inneren Hebelanordnung eintreten kann. Diese Fehlstellung kann den Betrieb bzw. die Betriebsfähigkeit der Luftklappenvorrichtung insgesamt beeinflussen, sodass der Funktionsausfall einer einzelnen aus einer Mehrzahl von Luftklappen lediglich aufgrund der besonderen Gestaltung der Kopplungsvorrichtung erfassbar wird.
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Eine substantielle Beeinflussung des Betriebs der Luftklappenvorrichtung bei Wegfall bzw. Funktionsausfall lediglich einer einzelnen Luftklappe aus der Mehrzahl von Luftklappen kann dadurch erzielt werden, dass wenigstens ein erster Hebel mit den mit ihm zur gemeinsamen Bewegung gekoppelten Luftklappen und dem Luftklappenträger ein Viergelenk-Getriebe bildet, dessen Gestell der Luftklappenträger ist, dessen Schwingen die Luftklappen sind und dessen Koppel der erste Hebel ist.
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Zum einen ist die beschriebene Anordnung als Viergelenk-Getriebe nicht nur eine besonders sichere und zuverlässige Bewegungskopplung, sondern auch eine Bewegungskopplung, welche dem Konstrukteur zahlreiche Gestaltungsfreiheiten hinsichtlich der gewünschten Kinematik der gemeinsamen Bewegung der Luftklappen bietet. Mit dem Begriff „Schwinge“ ist dabei in der vorliegenden Anmeldung ein Lenker des Viergelenk-Getriebes bezeichnet, welcher mit genau einer Kopplungsstelle am Gestell, das ist vorliegend der Luftklappenträger, schwenkbar angelenkt ist. Die „Koppel“ ist jenes Bauteil des Viergelenk-Getriebes, welches an je einem gestell-, also luftklappenträgerfernen Gelenk der beiden Schwingen angelenkt ist. Die Koppel ist relativ zum Gestell beweglich. Durch Verwendung des ersten Hebels als Koppel kann sichergestellt werden, dass ein über den ersten Hebel verlaufender Drehmomentpfad, wobei am ersten Hebel der inneren Hebelanordnung der zweite Hebel der äußeren Hebelanordnung angelenkt ist, bei Funktionsausfall oder insbesondere bei Wegfall einer der mit dem ersten Hebel gekoppelten Luftklappen eine vorhersagbaren Fehlstellung des ersten Hebels eintritt. Die Fehlstellung kann abhängig davon, welche der beiden mit dem ersten Hebel gekoppelten Luftklappen ausfällt, unterschiedlich sein. Jedoch kann jede dieser beiden unterschiedlichen Fehlstellungen für sich alleine vorhersagbar sein.
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Die Erfassung einer Fehlstellung des ersten Hebels bei Ausfall einer mit ihm zur Bewegungsübertragung gekoppelten Luftklappe kann dadurch erleichtert werden, dass ein erster Hebel der inneren Hebelanordnung als Erfassungshebel eine gemeinsam mit ihm bewegliche erste Eingriffsformation aufweist und dass am Luftklappenträger eine erste Eingriffsgegenformation vorgesehen ist. Die konkrete Anordnung von erster Eingriffsformation und erster Eingriffsgegenformation ist dabei derart, dass die erste Eingriffsgegenformation dann, wenn der erste Hebel bestimmungsgemäß mit den beiden ihm zugeordneten Luftklappen gekoppelt ist, für die erste Eingriffsformation zur Bildung eines ersten bewegungshemmenden Körpereingriffs, welcher eine Bewegung des ersten Hebels in wenigstens eine Bewegungsrichtung hemmt, unerreichbar ist. Dies bedeutet, dass solange keine Fehlstellung des ersten Hebels eintritt, weil er durch die beiden mit ihm gekoppelten Luftklappen kinematisch bestimmt geführt ist, die erste Eingriffsformation und die erste Eingriffsgegenformation bei bestimmungsgemäßen Bewegungsabläufen zur Verstellung der Luftklappen in der Luftdurchlassöffnung nicht in einen bewegungshemmenden Körpereingriff gelangen. Die bestimmungsgemäßen Bewegungsabläufe können daher unbeeinflusst durch die erste Eingriffsformation und die erste Eingriffsgegenformation fortgesetzt oder/und wiederholt werden.
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Die erste Eingriffsformation kann wenigstens einen Vorsprung oder/und wenigstens eine Ausnehmung aufweisen. Die erste Eingriffsgegenformation kann ebenso wenigstens Formation aus Vorsprung oder/und Ausnehmung aufweisen. Bevorzugt weisen sowohl die erste Eingriffsformation als auch die erste Eingriffsgegenformation je wenigstens einen Vorsprung auf, um einen Bewegungsweg zur Erzielung des bewegungshemmenden Körpereingriffs kurz halten zu können.
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Dann jedoch, wenn der erste Hebel in einem Schadenszustand mit weniger als mit beiden ihm zugeordneten Luftklappen gekoppelt ist, ist die erste Eingriffsgegenformation für die erste Eingriffsformation während einer Verstellbewegung der Luftklappen zum Zwecke der Änderung einer Betriebsstellung der Luftklappenvorrichtung erreichbar, um einen ersten bewegungshemmenden Körpereingriff zu bilden. Bei Wegfall von einer von zwei mit dem ersten Hebel ursprünglich gekoppelten Luftklappen kann der erste Hebel üblicherweise um die verbliebene Kopplungsstelle mit der noch funktionstüchtigen Luftklappe wenigstens in Grenzen schwenken, was vorher nicht oder nicht in dem im Schadensfall möglichen Ausmaß möglich war. Dadurch kann der erste Hebel den bewegungshemmenden Körpereingriff herstellen. Die durch den Körpereingriff bewirkte Bewegungshemmung ist bevorzugt eine Bewegungshemmung der gesamten Kopplungsvorrichtung, die beispielsweise über eine Erhöhung des Antriebsstroms eines elektrischen Antriebsmotors des Luftklappenantriebs ohne zusätzliche Sensorik erfassbar ist. Bei der Ausnutzung anderer physikalischer Wirkprinzipien im Luftklappenantrieb, beispielsweise bei einem hydraulisch oder pneumatisch betätigten Luftklappenantrieb kann in analoger Weise die bewirkte Bewegungshemmung durch einen Druckanstieg im Betriebsfluid des Luftklappenantriebs erfasst werden.
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Der erste Hebel als der Erfassungshebel kann je einen Luftklappen-Anlenkort aufweisen, an welchem jeweils eine andere der beiden ihm zugeordneten Luftklappen angelenkt ist. Der erste Hebel als der Erfassungshebel kann außerdem einen Zweiter-Hebel-Anlenkort aufweisen, an welchem ein zweiter Hebel der äußeren Hebelanordnung angelenkt ist. Um sicherzustellen, dass es bei Ausfall einer Luftklappe zu einer nicht nur geringfügigen, sondern erheblichen Fehlstellung des Erfassungshebels kommt, ist es vorteilhaft, wenn der Zweiter-Hebel-Anlenkort von jedem Luftklappen-Anlenkort wenigstens in einer Richtung orthogonal zu einer Verbindungsgeraden, welche die beiden Luftklappen-Anlenkorte verbindet, mit Abstand angeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der zweite Hebel der äußeren Hebelanordnung ein Drehmoment auf den Erfassungshebel ausüben und diesen so nach Wegfall eine Luftklappe um den verbliebenen Luftklappen-Anlenkort verschwenken kann.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem im vorhergehenden Absatz beschriebenen Abstand des Zweiter-Hebel-Anlenkorts von jedem der Luftklappen-Anlenkorte kann der Zweiter-Hebel-Anlenkort von jedem Luftklappen-Anlenkort eines ersten Hebels wenigstens in Richtung längs einer Verbindungsgeraden, welche die beiden Luftklappen-Anlenkorte des ersten Hebels verbindet, mit Abstand angeordnet sein. Auch dies dient dazu, dann, wenn an einem der Luftklappen-Anlenkorte die Kopplung des Erfassungshebels mit einer Luftklappe ausfällt, ein möglichst großes Drehmoment vom zweiten Hebel auf den Erfassungshebel ausüben zu können, um diesen möglichst sicher und unabhängig von der bei Eintritt eines Schadensfalls einer Luftklappe herrschenden Betriebsstellung in eine Fehlstellung zu bringen und insbesondere den oben beschriebenen Körpereingriff zwischen der ersten Eingriffsformation und der ersten Eingriffsgegenformation herzustellen.
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Zusätzlich oder alternativ zu einem ersten Hebel der inneren Hebelanordnung als Erfassungshebel kann ein zweiter Hebel der äußeren Hebelanordnung als Sensorhebel eine gemeinsam mit ihm bewegliche zweite Eingriffsformation aufweisen. Weiter kann an einem mit dem zweiten Hebel als dem Sensorhebel gekoppelten ersten Hebel der inneren Hebelanordnung eine zweite Eingriffsgegenformation vorgesehen sein, um auch mithilfe des zweiten Hebels der äußeren Hebelanordnung einen Ausfall einer Luftklappe sensieren zu können. Dabei gilt analog zum oben Gesagten, dass die zweite Eingriffsgegenformation dann, wenn der erste Hebel bestimmungsgemäß mit den beiden ihm zugeordneten Luftklappen gekoppelt ist, für die zweite Eingriffsformation zur Bildung eines zweiten bewegungshemmenden Körpereingriffs, welcher zur Hemmung einer Bewegung des ersten Hebels in wenigstens eine Bewegungsrichtung beiträgt, unerreichbar ist, und wobei die zweite Eingriffsgegenformation dann, wenn der erste Hebel in einem Schadenszustand mit weniger als mit beiden ihm zugeordneten Luftklappen gekoppelt ist, für die zweite Eingriffsformation zur Bildung des zweiten bewegungshemmenden Körpereingriffs erreichbar ist. Somit können nicht nur ein erster Hebel und der Luftklappenträger, sondern auch ein erster Hebel und der zweite Hebel durch Herstellung eines zweiten bewegungshemmenden Körpereingriffs bei Ausfall einer Luftklappe eine Bewegung der Kopplungsvorrichtung hemmen, was wiederum in der oben bereits bezeichneten Weise einfach und ohne zusätzliche Sensoren erfassbar ist. Dies schließt den Fall ein, dass der zweite bewegungshemmende Körpereingriff nur gemeinsam mit einem gleichzeitig hergestellten ersten bewegungshemmenden Körpereingriff eine Bewegung des ersten Hebels in wenigstens eine Bewegungsrichtung hemmt. Schließlich soll es ausreichen, wenn der zweite bewegungshemmende Körpereingriff zur Hemmung einer Bewegung des ersten Hebels in wenigstens eine Bewegungsrichtung beiträgt. Der zweite bewegungshemmende Körpereingriff kann jedoch auch für sich alleine genommen eine Bewegung des ersten Hebels in wenigstens eine Bewegungsrichtung hemmen.
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Der erste oder/und der zweite Körpereingriff können jeweils ein Formschlusseingriff sein. Der erste oder/und der zweite Körpereingriff können jeweils ein Anlageeingriff ein.
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Um eine möglichst umfangreiche Erfassung von Schadenszuständen an der Luftklappenvorrichtung zu ermöglichen, kann die innere Hebelanordnung zwei erste Hebel aufweisen, welche jeweils Erfassungshebel sein können. In diesem Falle kann die Luftklappenvorrichtung genau vier Luftklappen aufweisen, welche über eine Kopplungsvorrichtung zur gemeinsamen Bewegung miteinander gekoppelt sind. Selbstverständlich kann eine Luftklappenvorrichtung mehrere Gruppen von gemeinsam beweglichen Luftklappen aufweisen, welche jeweils über eine Kopplungsvorrichtung mit einer inneren und einer äußeren Hebelanordnung, wie sie oben beschrieben ist, gekoppelt sein können. Bevorzugt weist die bzw. jede Kopplungsvorrichtung genau einen zweiten Hebel auf.
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Ebenfalls zur möglichst umfangreichen Erfassbarkeit von Schadenszuständen können die beiden Erfassungshebel durch einen Sensorhebel gekoppelt sein.
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Ganz allgemein kann die Erfassbarkeit eines Schadenszustandes einer ausgefallenen Luftklappe dadurch gegeben sein, dass der Luftklappenantrieb mit einer Steuervorrichtung signalübertragungsmäßig verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Bewegungsblockade des Luftklappenantriebs zu erfassen und im Falle einer solchen Erfassung ein Schadensmeldungssignal auszugeben. Die Erfassung der Bewegungsblockade wurde oben bereits an Beispielen erläutert, wie beispielsweise der Erfassung eines Motorstroms oder eines Betriebsfluiddrucks eines hydraulischen oder pneumatischen Luftklappenantriebs.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Luftklappenvorrichtung, wie sie oben beschrieben und weitergebildet ist. Die Luftklappenvorrichtung befindet sich bevorzugt an der Fahrzeugvorderseite, welche bei Vorwärtsfahrt von Fahrtwind angeströmt wird. Die Luftklappenvorrichtung ist bevorzugt in einer in den Motorraum des Kraftfahrzeugs führenden Durchgangsöffnung der Fahrzeugkarosserie angeordnet, und zwar besonders bevorzugt aus Sicht des anströmenden Fahrtwinds vor einem Wärmetauscher, etwa einem Kühlmedium-Wärmetauscher oder einem Schmierstoff-Wärmetauscher, um die dem Wärmetauscher anströmende konvektiv kühlende Kühlluft mengenmäßig steuern zu können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Luftklappenvorrichtung längs der Rollachse eines die Luftklappenvorrichtung tragenden Fahrzeugs mit vier Luftklappen in einer Schließstellung, in welcher eine Luftdurchlassöffnung maximal abgedeckt ist,
- 2 eine Seiten-Schnittansicht der Luftklappenvorrichtung von 1 längs der Schnittebene A-A,
- 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Luftklappenvorrichtung von 1 mit den Luftklappen in einer Öffnungsstellung, in welcher die Luftdurchlassöffnung minimal abgedeckt ist,
- 4 eine Seiten-Schnittansicht der Luftklappenvorrichtung von 3 längs der Schnittebene B-B,
- 5 eine Seitenansicht der Luftklappenvorrichtung der 1 und 3 längs der Betrachtungsrichtung des Pfeils V in 3 in einer Zwischen-Betriebsstellung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung, wobei die zweite Luftklappe von oben ausgefallen ist,
- 6 eine Seitenansicht gemäß 5, wobei anstelle der zweiten Luftklappe von oben die dritte Luftklappe von oben ausgefallen ist und
- 7 eine Seitenansicht gemäß 5, wobei anstelle der zweiten Luftklappe von oben die unterste Luftklappe ausgefallen ist.
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In 1 ist ein Abschnitt eines Fahrzeugs 10 dargestellt, welcher eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Luftklappenvorrichtung 12 trägt. Die Luftklappenvorrichtung 12 umfasst einen Luftklappenträger 14, welcher im dargestellten Beispiel vier parallele Luftklappen 16 trägt, die um ebenfalls parallele Klappenachsen S16 zwischen einer in 1 dargestellten Schließstellung und einer in 3 dargestellten Öffnungsstellung verschwenkbar sind.
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In den 1 bis 7 ist jeweils in der rechten oberen Ecke ein dem Fahrzeug 10 inhärentes kartesisches Fahrzeug-Koordinatensystem mit den Fahrzeugachsen Gierachse Gi, Nickachse Ni und Rollachse Ro aufgezeigt. Die Gierachse Gi verläuft vom Aufstandsuntergrund, auf welchem das Fahrzeug 10 aufsteht, entgegen der Schwerkraftwirkungsrichtung weg. Die Rollachse Ro verläuft vom Fahrzeugheck in Richtung zur Fahrzeugvorderseite. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Klappenachsen S16 folglich parallel zur Nickachse Ni angeordnet.
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Der Luftklappenträger 14 definiert eine Luftdurchlassöffnung 18, deren von Luft durchströmbarer Querschnitt durch Veränderung der Betriebsstellung der Luftklappen 16 veränderbar ist. In der in 1 dargestellten Schließstellung ist die Luftdurchlassöffnung 18 durch die vier Luftklappen 16 vollständig oder nahezu vollständig abgedeckt und folglich für parallel zur Rollachse Ro anströmende Luft nicht durchströmbar.
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Die Luftklappen 16 sind bis auf die oberste Luftklappe 16, welche eine unmittelbar angetriebene Luftklappe ist, auf ihrer in 1 rechten Seite durch Lagerzapfen 20 im Luftklappenträger 14, genauer in dessen rechter Wange, um die jeweilige Klappenachse S16 drehbar gelagert.
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Auf der in 1 linken Seite ist eine Kopplungsvorrichtung 22 gezeigt, welche die Luftklappen 16 zur gemeinsamen Schwenkbewegung um die Klappenachsen S16 koppelt. Die Kopplungsvorrichtung 22 umfasst eine innere Hebelanordnung 24 und eine äußere Hebelanordnung 26. Die innere Hebelanordnung 26 umfasst dabei zwei im Wesentlichen identisch ausgestaltete erste Hebel 28, von welchen der in 1 obere erste Hebel 28 die oberste und die zweitoberste Luftklappe 16 miteinander zur gemeinsamen Schwenkbewegung koppelt und von welchen der in 1 untere erste Hebel 28 die dritte Luftklappe 16 von oben und die unterste Luftklappe 16 miteinander zur gemeinsamen Schwenkbewegung koppelt.
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Jede Luftklappe 16 weist einen Luftklappenhebel 30 auf, welcher jeweils schwenkbar mit einem ersten Hebel 28 gekoppelt ist. Die Luftklappenhebel 30 lagern auf der in 1 linken Seite die Luftklappen 16 um ihre Klappenachse S16 schwenkbar an der linken Wange des Luftklappenträgers 14.
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Vorzugsweise ist jede Luftklappe 16 einstückig mit ihrem Luftklappenhebel ausgebildet, beispielsweise durch Spritzgießen.
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Die äußere Hebelanordnung 26 umfasst lediglich genau einen zweiten Hebel 32, welcher die beiden ersten Hebel 28 miteinander koppelt.
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Alle erwähnten Kopplungen: die Kopplung der Luftklappen 16 mit dem Luftklappenträger 14, die Kopplung eines Luftklappenhebels 30 mit einem ersten Hebel 28 und die Kopplung eines ersten Hebels 28 mit dem zweiten Hebel 32, sind schwenkbare Kopplungen, in denen die miteinander gekoppelten Bauteile relativ zueinander um parallele Schwenkachsen schwenken können, in denen jedoch eine translatorische Relativverlagerung der gekoppelten Bauteile gehemmt ist. Jede genannte Kopplung weist daher genau einen Bewegungsfreiheitsgrad auf. Axiales Spiel zwischen Luftklappenträger 14 und Luftklappen 16 und somit auch zwischen Luftklappen 16 und der Kopplungsvorrichtung 22 kann zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen vorhanden sein.
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Das Fahrzeug 10 oder/und der Luftklappenträger 14 trägt bzw. tragen einen Luftklappenantrieb 34, beispielsweise einen elektrischen Drehantrieb mit rotierbarer Ausgangswelle 36. Im dargestellten Beispiel ist der Luftklappenantrieb 34 mittels seiner Ausgangswelle 36 als dem Ausgangsglied des Luftklappenantriebs 34 unmittelbar Drehmoment übertragend mit der obersten Luftklappe 16 verbunden. An der obersten Luftklappe 16 ersetzt die Ausgangswelle 36 des Luftklappenantriebs 34 die an den übrigen Luftklappen 16 vorhandenen Lagerzapfen 20 und lagert die oberste Luftklappe 16 an ihrem antriebsseitigen Längsende zur Drehung um die zugehörige Klappenachse S16.
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Eine durch den Luftklappenantrieb 34 über die Ausgangswelle 36 in die oberste Luftklappe 16 unmittelbar eingeleitete Klappenbewegung wird durch die Kopplungsvorrichtung 22 auf die übrigen Luftklappen 16 unabhängig von der Bewegungsrichtung übertragen.
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In 2 ist eine Seiten-Schnittdarstellung der Luftklappenvorrichtung 12 von 1 längs der Schnittebene A-A von 1 dargestellt.
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Wie in 2 zu erkennen ist, bildet jeder erste Hebel 28 mit den beiden von ihm gekoppelten Luftklappen 16 und dem Luftklappenträger 14 jeweils ein Viergelenk-Getriebe. Jede Luftklappe 16 ist über ihren Luftklappenhebel 30 an einem Luftklappen-Anlenkort 38 um eine zur Klappenachse S16 parallele Anlenkachse S38 am ersten Hebel 28 angelenkt.
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Darüber hinaus weist jeder erste Hebel 28 einen Zweiter-Hebel-Anlenkort 40 auf, an welchen der erste Hebel 28 mit dem zweiten Hebel 32 um eine zur Klappenachse S16 parallele Kopplungsachse S40 schwenkbar gekoppelt, also angelenkt ist. Am Luftklappen-Anlenkort 38 und am Zweiter-Hebel-Anlenkort 40 besteht ebenso wie an der Lagerstelle der Luftklappen 16 am Luftklappenträger 14 jeweils genau ein Bewegungsfreiheitsgrad zwischen den paarweise gekoppelten Bauteilen. Die Luftklappen 16 und die Kopplungsvorrichtung 22 mit ihren Hebeln 28 und 32 sind somit kinematisch eindeutig bestimmt.
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Zur Erleichterung der Montage der Luftklappenvorrichtung 12 sind die beiden ersten Hebel 28 identisch ausgebildet. Jeder der ersten Hebel 28 weist an seiner im bestimmungsgemäßen Betrieb dem Luftklappenträger zugewandten Seite eine erste Eingriffsformation 42 auf, welche im dargestellten Beispiel zwei erste Teil-Eingriffsformationen 42a, und 42b umfasst. Ganz grundsätzlich kann die erste Eingriffsformation eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Teil-Eingriffsformationen aufweisen.
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Die erste Teil-Eingriffsformation 42a ist durch ein als spitzer Vorsprung ausgebildetes Längsende des ersten Hebels 28 ausgestaltet. Diese Teil-Eingriffsformation 42a liegt außerhalb des sich zwischen den Luftklappen-Anlenkorten 38 erstreckenden Erstreckungsbereichs des ersten Hebels 28.
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Die erste Teil-Eingriffsformation 42b ist ein zum Luftklappenträger 14 hin vorspringender Vorsprung, welcher näher bei jenem Luftklappen-Anlenkort 38 gelegen ist, der weiter von der ersten Teil-Eingriffsformation 42a entfernt gelegen ist.
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Der Luftklappenträger 14 weist auf seiner zur inneren Hebelanordnung 24 hinweisenden Seite eine erste Eingriffsgegenformation 44 auf, welche drei erste Teil-Eingriffsgegenformationen 44a, 44b und 44c umfasst. Jede der ersten Teil-Eingriffsgegenformationen 44a, 44b und 44c ist als Vorsprung ausgebildet, welcher in Richtung zu den jeweiligen ersten Hebeln 28 vorsteht. Ganz grundsätzlich kann die erste Eingriffsgegenformation eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Teil-Eingriffsgegenformationen aufweisen.
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Durch das Vorsehen der ersten Eingriffsformation 42 an jedem ersten Hebel 28 ist jeder erste Hebel 28 des Ausführungsbeispiels ein Erfassungshebel 29.
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Die ersten Hebel 28 weisen außerdem jeweils eine Ausnehmung 46 auf, welche, bevorzugt nur, der Kollisionsvermeidung eines ersten Hebels 28 mit der ersten Eingriffsgegenformation 44 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Luftklappenvorrichtung 12 ohne Schadenszustand dient.
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Ebenso weist der Luftklappenträger 14 kollisionsvermeidende Ausnehmungen 48 auf, in welchen im maximal einander angenäherten Zustand von ersten Hebeln 28 und Luftklappenträger 14 erste Teil-Eingriffsformationen 42b der ersten Hebel 28 aufgenommen sein können, um eine unerwünschte Kollision zwischen dem Luftklappenträger 14 und den ersten Hebeln 28 zu vermeiden. Auch die Aufnahme der ersten Teil-Eingriffsformationen 42b in den Ausnehmungen 48 stellt keinerlei Wirkungseingriff mit Ausnahme der oben beschriebenen Kollisionsvermeidung bereit.
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4 zeigt eine 2 entsprechende Seiten-Schnittansicht der Luftklappenvorrichtung 12 dann, wenn die Luftklappen 16 in ihre Öffnungsstellung verbracht sind. In dieser Stellung sind die ersten Hebel 28 dem Luftklappenträger 14 maximal angenähert und liegen an diesem an. Die Ausnehmung 46 im in 4 unteren ersten Hebel 28 dient dazu, die erste Teil-Eingriffsgegenformation 44b aufzunehmen, ohne mit dieser einen Eingriff zu bilden. Der in 4 obere erste Hebel 28 bedarf der Ausnehmung 46 nicht, jedoch ist es einfacher, gleich gestaltete erste Hebel 28 zu verwenden, als jeden ersten Hebel 28 individuell zu gestalten.
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Aufgrund der kinematischen Bestimmtheit der Anordnung aus Luftklappen 16, innerer Hebelanordnung 24 und äußerer Hebelanordnung 26 gelangt kein Abschnitt der ersten Eingriffsformation 42 mit einem Abschnitt der ersten Eingriffsgegenformation 44 in einen bewegungshemmenden Eingriff, solange die Luftklappenvorrichtung 12 einen bestimmungs- und ordnungsgemäßen Kupplungszustand zwischen den Luftklappen 16 und der Kopplungsvorrichtung 22 aufweist.
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Die beiden ersten Hebel 28 sind durch den zweiten Hebel 32 miteinander gekoppelt. Da jeder erste Hebel 28 bei intakter Luftklappenvorrichtung 12 eine Koppel eines Viergelenk-Getriebes bildet und folglich aufgrund der identischen Ausbildung der Luftklappen 16 lediglich translatorisch längs einer krummlinigen Bahn, jedoch ohne eigene Körperdrehung, verlagert wird, dient der zweite Hebel 32 lediglich der Übertragung der translatorischen Bewegung von dem dem Luftklappenantrieb 34 nähergelegenen oberen ersten Hebel 28 zu dem im Luftklappenantrieb 34 ferner gelegenen unteren ersten Hebel 28.
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Im Zusammenhang mit den 5 bis 7 wird nachfolgend erläutert, wie mit der vorliegenden Luftklappenvorrichtung 12 ein Ausfall einer einzelnen Luftklappe 16 ohne zusätzliche Sensorik erfasst werden kann.
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Einen Beitrag zur Erfassbarkeit eines Ausfalls einer einzelnen Luftklappe 16 leistet die Gestaltung des ersten Hebels 28 derart, dass der Zweiter-Hebel-Anlenkort 40 von jedem Luftklappen-Anlenkort 38 mit Abstand angeordnet ist, und zwar bevorzugt nicht nur mit Abstand längs einer Verbindungsgerade der beiden Luftklappen-Anlenkorte 38 ein und desselben ersten Hebels 28, sondern auch mit Abstand orthogonal zu dieser Verbindungsgerade. Dies führt in der Gesamtkonstruktion der Kopplungsvorrichtung 22 dazu, dass dann, wenn ein Luftklappen-Anlenkort 38 versagt, also wenn beispielsweise die zu seiner Bildung beitragende Luftklappe 16 durch Steinschlag o. ä. wegfällt, beim Versuch einer Verstellung der Luftklappen 16 ein Kippmoment auf den ersten Hebel 28 ausgeübt wird, welches zu einem Verschwenken des ersten Hebels 28, der auch Erfassungshebel 29 ist, um den verbliebenen intakten Luftklappen-Anlenkort 38 führt, sodass dann die Eingriffsformation 42 des Erfassungshebels 29 mit der Eingriffsgegenformation 44 des Luftklappenträgers 14 in einen bewegungshemmenden körperlichen Eingriff gelangen kann.
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5 zeigt eine Seitenansicht der Luftklappenvorrichtung 12 längs des Pfeils V von 3 in einer Betriebsstellung, welche sich einstellt, wenn die Luftklappenvorrichtung 12 von der Schließstellung von 1 in die Öffnungsstellung von 3 verstellt wird, obwohl die zweite Luftklappe 16 von oben durch einen Schaden weggefallen ist.
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Der in 5 obere erste Hebel 28 (Erfassungshebel 29) ist durch den Wegfall der zweiten Luftklappe 16 von oben kinematisch nicht mehr bestimmt. Beim Verschwenken der Luftklappen 16 ist somit der obere erste Hebel 28 nicht mehr lediglich translatorisch bewegt, sondern der translatorischen Bewegung ist eine rotatorische Bewegung um den noch verbliebenen intakten oberen Luftklappen-Anlenkort 38 überlagert. Folglich kommt die erste Eingriffsformation 42, genauer die erste Teil-Eingriffsformation 42b, des oberen Hebels 28 in körperlichen bewegungshemmenden Eingriff mit der ersten Eingriffsgegenformation 44, genauer mit der ersten Teil-Eingriffsgegenformation 44a. Dieser Eingriff zwischen der ersten Eingriffsformation 42 und der ersten Eingriffsgegenformation 44 verhindert eine weitere Bewegung der Luftklappenvorrichtung 12 in Öffnungsrichtung, wodurch am Luftklappenantrieb 34 eine außergewöhnliche Betriebssituation entsteht. Beispielsweise steigt durch die Bewegungshemmung der Luftklappen 16 der dem Luftklappenantrieb 34 zugeführte Motorstrom, was durch eine mit dem Luftklappenantrieb 34 in Signalübertragungsverbindung stehende Steuervorrichtung 50 (s. 1 und 3) erfasst werden kann, sodass die Steuervorrichtung 50 auf diese Erfassung hin eine Fehlermeldung ausgeben kann.
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6 zeigt einen typgleichen Schadensfall wie in 5, jedoch realisiert durch Wegfall der dritten Luftklappe 16 von oben. Die dritte Luftklappe 16 von oben war die obere der beiden Luftklappen 16, welche mit dem unteren ersten Hebel 28 gekoppelt war. Folglich ist durch deren Wegfall nun der untere erste Hebel 28 kinematisch unbestimmt. Beim Verschwenken der Luftklappenvorrichtung 12 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung wird daher dem unteren ersten Hebel 28 der bei ordnungsgemäßen Betrieb und schadensfreiem Zustand alleinigen translatorischen Bewegung eine rotatorische Bewegung um den verbliebenen einzigen intakten Luftklappen-Anlenkort 38 überlagert. Folglich kommt die erste Eingriffsformation 42 in bewegungshemmenden Eingriff mit der ersten Eingriffsgegenformation 44, was die Luftklappen 16 und die Kopplungsvorrichtung 22 in der in 6 gezeigten Stellung gegen eine weitere Bewegung in Richtung zur Öffnungsstellung hin hemmt. Genauer gelangt die erste Teil-Eingriffsformation 42a des unteren ersten Hebels 28 in bewegungshemmenden Eingriff mit der ersten Teil-Eingriffsformation 44b. Die Erfassung dieses Schadenszustands kann, wie oben bereits im Zusammenhang mit 5 beschrieben, wiederum durch Erfassung eines erhöhten Motorstroms des Luftklappenantriebs 34 durch die Steuervorrichtung 50 erfolgen.
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In 7 ist ein weiterer typgleicher Schadensfall, jedoch realisiert durch Wegfall der untersten Luftklappe 16, gezeigt. Nun wird bei der Verstellbewegung der Luftklappenvorrichtung 12 von der Schließstellung in die Öffnungsstellung am unteren ersten Hebel 28 dessen bestimmungsgemäßer alleiniger translatorischer Bewegung eine nur im Schadensfall mögliche zusätzliche rotatorische Bewegung um den einzigen verbliebenen intakten Luftklappen-Anlenkort 38 überlagert. Dadurch kommt wiederum die erste Eingriffsformation 42 in Eingriff mit der ersten Eingriffsgegenformation 44. Genauer kommt die erste Teil-Eingriffsformation 42a in einen Anlageeingriff mit der ersten Teil-Eingriffsgegenformation 44c.
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Da dieser Anlageeingriff bei einer Verstellung der Luftklappenvorrichtung 12 von der Schließstellung in der Öffnungsstellung alleine nicht ausreicht, um die Öffnungsbewegung der Luftklappenvorrichtung 12 zu hemmen, ist an der Kopplungsvorrichtung 22 eine zweite Eingriffsausbildung vorgesehen.
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Der zweite Hebel 32 weist eine zweite Eingriffsformation 52 in Gestalt eines Vorsprungs auf, welcher an dem der untersten Luftklappe 16 näher gelegenen Längsende parallel zur Verbindungsgeraden der beiden Zweiter-Hebel-Anlenkorte 40 vorsteht. Diese zweite Eingriffsformation 52 gelangt in dem in 7 gezeigten Schadensfall - und nur in diesem - in Anlageeingriff mit einem Flankenabschnitt 54 des ersten Hebels 28. Der Flankenabschnitt 54 des ersten Hebels 28 bildet somit eine zweite Eingriffsgegenformation 56. Liegen die Anlageeingriffe von 7, also der Anlageeingriff der ersten Teil-Eingriffsformation 42a mit der ersten Teil-Eingriffsgegenformation 44c einerseits und der Anlageeingriff der zweiten Teil-Eingriffsformation 52 mit der zweiten Teil-Eingriffsgegenformation 56 gleichzeitig vor, so tritt wiederum eine Bewegungshemmung der Kopplungsvorrichtung 22 und damit sowohl des ersten Hebels 28 wie auch der verbliebenen Luftklappen 16 ein. Die Erfassung dieser Bewegungshemmung erfolgt wie bereits im Zusammenhang mit 5 geschildert.
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Der zweite Hebel 32 ist somit ein Sensorhebel 33 im Sinne der vorliegenden Anmeldung.
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Ohne die vorliegend beschriebenen Vorkehrungen, also ohne Verwendung der wie oben beschrieben ausgestalteten Kopplungsvorrichtung 22 sowie ohne die an der Kopplungsvorrichtung 22 und am Luftklappenträger 14 ausgebildeten Eingriffsformationen 42 und 52 und Eingriffsgegenformationen 44 und 56 wäre der Ausfall einer einzelnen Luftklappe 16 bei weiterem Funktionieren der verbleibenden Luftklappen 16 nur mit erhöhtem apparativen Aufwand erfassbar. Mit der erfindungsgemäßen Luftklappenvorrichtung 12 kann der Schadenszustand einer einzelnen wegfallenden Luftklappe 16 ohne jegliche zusätzliche Sensorik erfasst werden.
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Ein Wegfall der obersten Luftklappe 16 betrifft unmittelbar dem Luftklappenantrieb 34 und ist somit problemlos erfassbar, beispielsweise weil durch Betätigung des Luftklappenantriebs 34 keine Endposition mehr erreicht wird und der Luftklappenantrieb 34 in wenigstens eine, vorzugsweise in beide entgegengesetzte Antriebsrichtungen beliebig lange betrieben werden kann. Auch dies ist eine von der ordnungsgemäßen Betriebssituation abweichende Betriebssituation, die durch die Steuervorrichtung 50 erfassbar 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]
