DE19813602A1 - Schwenkklappenvorrichtung zur Regelung eines Luftstroms, insbesondere für den Wärmetauscher eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Luftstroms, insbesondere für den Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Klappen, die schwenkbar um zu einem Gestell pa­ rallele Achsen gelagert sind, sowie ein Steuergestän­ ge, das durch Gelenkverbindungen mit den Klappen ver­ bunden ist, wobei das besagte Steuergestänge geradlinig in einer Richtung verschiebbar ist, die rechtwinklig zu den Achsen der Klappen verläuft, um die Klappen zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition zu verschwenken.

Es ist bereits, insbesondere aus der deutschen Pa­ tentschrift Nr. 3 420 419 eine derartige Vorrichtung bekannt, deren Aufgabe darin besteht, einen Luftstrom zu regeln, der durch einen Wärmetauscher strömt, etwa durch einen Kühler eines Kraftfahrzeugmotors.

Die schwenkbaren Klappen sind entweder vor oder hin­ ter dem Kühler angeordnet, der selbst auf der Seite der Frontpartie des Kraftfahrzeugs angebracht ist, damit er von dem Luftstrom durchströmt werden kann, der durch die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder durch einen oder mehrere mit dem Kühler ver­ bundene Lüftersätze erzeugt wird.

Das Steuergestänge ist wiederum mit einem Betäti­ gungsmittel, beispielsweise einem Stellantrieb, ver­ bunden, um die Klappen im Gleichlauf zwischen der Öffnungsposition und der Schließposition zu ver­ schwenken. Dadurch kann der durch den Wärmetauscher strömende Luftstrom in Abhängigkeit von gegebenen Pa­ rametern geregelt werden.

Auf diese Weise kann man die Klappen vollständig schließen, um den Temperaturanstieg des Motors zu verbessern und die Geräuschemissionen nach außen zu verringern, oder umgekehrt die Klappen vollständig öffnen, um den Wärmeaustausch und damit auch die Küh­ lung des Motors zu fördern.

In der Öffnungsposition oder Neutralstellung muß die Achse des Profils jeder der Klappen senkrecht zum Rohrbündel des Wärmetauschers verlaufen, mit anderen Worten: parallel zur Strömungsrichtung des Luft­ stroms, um einen maximalen Luftdurchsatz zu ermögli­ chen.

Es ist jedoch praktisch unmöglich, sicherzustellen, daß in dieser Öffnungsposition die Achsen der Profile der Klappen jeweils einen rechten Winkel mit dem Rohrbündel des Wärmetauschers bilden.

Unter Berücksichtigung der Betriebsspiele, die insbe­ sondere durch die Gelenkverbindungen der Klappen be­ dingt sind, und unser Berücksichtigung ihrer Ferti­ gungstoleranzen erweist es sich als unmöglich, eine einwandfreie Einhaltung des Werts des Winkels zu ge­ währleisten, der durch die Achse der Profile der Klappen gebildet wird. Daraus ergeben sich wiederum Druckverluste, da die Achsen der Profile der Klappen nicht in einer Richtung gehalten werden können, die parallel zur Strömungsrichtung des Luftstroms ver­ läuft, so daß diese Klappen dazu neigen, zufällige Positionen einzunehmen.

Eine solche zufällige Position kann im Falle einer Ausrichtung der Klappen unterhalb der Neutralstellung zu einem Selbstschließeffekt der Klappen führen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms einen ho­ hen Wert, typischerweise in einer Größenordnung von 9 Metern pro Sekunde, erreicht.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.

So besteht insbesondere ein Zweck der Erfindung dar­ in, eine Schwenkklappenvorrichtung der vorgenannten Art vorzuschlagen, bei der die Klappen einwandfrei in ihrer Öffnungsposition gehalten werden können, um die Druckverluste zu minimieren und einen Selbstschließ­ effekt der Klappen bei einer hohen Strömungsgeschwin­ digkeit des Luftstroms zu verhindern.

Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung der ein­ gangs definierten Art vor, bei der das Steuergestänge Anschläge umfaßt, die jeweils in der Nähe der Gelenk­ verbindungen angeordnet sind und die jeweils zur Zwangsanlage an einer Klappe kommen können, wenn das Steuergestänge geradlinig zu einer Endposition ver­ stellt wird, in der sich die Klappen in ihrer Öff­ nungsposition befinden.

Wenn das Steuergestänge zu dieser Endposition ver­ stellt wird, kommen die Klappen daher zur Zwangsanla­ ge an mechanischen Anschlägen, wodurch der Öffnungs­ winkel jeder der Klappen kontrolliert werden kann.

Darüber hinaus neigt die Luftströmung durch die Vor­ richtung dazu, die Klappen an ihren jeweiligen An­ schlägen anzudrücken, und nicht, sie von diesen An­ schlägen zu entfernen.

Je höher daher die Strömungsgeschwindigkeit der Luft ausfällt, um so mehr werden die Klappen an ihren je­ weiligen Anschlägen angedrückt.

Dadurch wird es möglich, den Druckverlust der Klappen in Öffnungsposition zu kontrollieren und jedes Risiko einer Selbstschließung der Klappen zu beseitigen.

Die Zwangsanlage eines Anschlags an der entsprechen­ den Klappe wird vorteilhafterweise bei der geradlini­ gen Verstellung des Steuergestänges auf einem be­ grenzten Endverstellweg erzielt, der zur Endposition führt.

Dieser begrenzte Endverstellweg ermöglicht eine Ver­ stellung der Klappen etwas über die Öffnungsposition oder Neutralstellung hinaus, um den Anschlageffekt zu erzielen.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt jeder Anschlag eine Anschlagkante, die zu einem seitlichen Vorsprung des Steuergestänges gehört.

Diese Anschlagkante erstreckt sich vorzugsweise ent­ lang einer Richtung, die in etwa senkrecht zur Längs­ richtung des Steuergestänges verläuft.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung trägt jeder der seitlichen Vorsprünge des Steuergestänges eine Gelenkverbindung für die entsprechende Klappe.

Jede Gelenkverbindung umfaßt vorzugsweise einen Stift, der an dem Gestänge angebracht ist und der in einen Gabelbügel eingreifen kann, den die entspre­ chende Klappe umfaßt.

Dies trägt zu einer einfachen Montage der Vorrichtung bei.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt das Steuergestänge an mindestens einem seiner Enden eine Nockenbahn, die einen fest mit dem Gestell verbunde­ nen Stift aufnehmen kann, so daß der Stift in der Endposition, die der Öffnung der Klappe entspricht, an einem Ende der Nockenbahn zum Anschlag kommt.

Der Stift kann vorzugsweise an einem anderen Ende der Nockenbahn zum Anschlag kommen, wenn sich das Steuer­ gestänge in einer anderen Endposition befindet, die dem Schließen der Klappen entspricht.

Dank dieser Nockenbahn ergibt sich dabei eine gute Stabilität der Klappen nicht nur in der Öffnungsposi­ tion, sondern auch in der Schließposition.

Diese Nockenbahn enthält vorzugsweise ein Langloch, das in der Dicke des Steuergestänges ausgebildet ist.

In der nachstehenden, nur als Beispiel angeführten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Be­ zug genommen. Darin zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine als Längsschnitt ausgeführte schemati­ sche Teilansicht des Motorraums eines Kraftfahrzeugs, in dem zwei Wärmetauscher und eine erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung angeordnet sind;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Regelungsvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2, wobei die Klappen in ihrer Öffnungsposition (durchgezogene Linien) und in ihrer Schließposition (gestrichelte Linien) darge­ stellt sind;

Fig. 4 eine endseitige Ansicht einer Klappe;

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht des Steu­ ergestänges und einer Klappe in Öffnungsposition; und

Fig. 6 eine andere perspektivische Ansicht des Steuergestänges und von zwei Klappen in Öffnungsposi­ tion.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Motorraum 10 eines Kraftfahrzeugs darstellt, der im oberen Teil durch eine Motorhaube 12, im unteren Teil durch eine Schalldämmplatte 14 und im hinteren Be­ reich durch eine Stirnwand 16 begrenzt wird. Die Stirnwand 16 dient zur Abtrennung des Motorraums 10 vom (nicht dargestellten) Fahrgastraum des Kraftfahr­ zeugs.

Der Motorraum 10 umfaßt vorderseitig einen Lufteinlaß 18, der einen Luftstrom F aufnehmen kann, der an­ schließend durch zwei Wärmetauscher strömen soll, und zwar durch einen Kondensator 20, der zu einer Klima­ anlage gehört, und durch einen Kühler 22, der zur Kühlung des im Motorraum 10 angeordneten Motors M dient. Der Luftstrom kann außerdem durch einen Lüf­ tersatz 24 in Bewegung gesetzt werden.

Hinter dem Kühler 22 ist eine erfindungsgemäß ausge­ führte Regelungsvorrichtung 26 angebracht, die dazu dient, den Durchsatz des Luftstroms zu regeln, der anschließend durch die Wärmetauscher 20 und 22 strömt.

Die Vorrichtung 26 (Fig. 2) umfaßt ein Gestell 28, das in Form eines rechteckigen Rahmens ausgeführt ist, der zwei vertikale Streben 30 und 32 und zwei horizontale Querstäbe 34 und 36 enthält. Die Quer­ stäbe 34 und 36 können an der Struktur des Kraftfahr­ zeugs oder direkt am Kühler befestigt werden, was an­ hand von zwei Ansätzen 38 bzw. von zwei Ansätzen 40 erfolgt.

Außerdem umfaßt die Vorrichtung 26 eine Mehrzahl von Klappen 42, die in Form von länglichen Lamellen aus­ geführt sind, die zwischen den Streben 30 und 32 und den Querstäben 34 und 36 angeordnet sind.

Die Klappen 42 können im Gleichlauf um zugehörige Achsen 44 schwenken (Fig. 3 und 4), die sich pa­ rallel zueinander und parallel zu den Streben 30 und 32 erstrecken. Die Schwenkbewegung der Klappen wird durch ein Steuergestänge 46 (Fig. 2, 3, 5 und 6) gesteuert, das an jeder der Klappen 42 angelenkt ist und das geradlinig in einer Richtung verschoben wer­ den kann, die allgemein rechtwinklig zu den Achsen 44 der Klappen verläuft. Dadurch können diese Klappen etwa um eine Vierteldrehung zwischen einer Öffnungs­ position (in Fig. 3 mit durchgezogenen Linien darge­ stellt) und einer Schließposition (in Fig. 3 mit ge­ strichelten Linien dargestellt) über eine Mehrzahl von Zwischenpositionen verschwenkt werden, um die Re­ gelung des durch die Wärmetauscher 20 und 22 strömen­ den Luftstroms zu ermöglichen.

Jede der Klappen 42 ist ein Form einer Lamelle mit zwei Flügeln 48 und 50 ausgeführt, die sich symme­ trisch beiderseits der Achse 44 erstrecken und von denen eine in einer Längskante 52 mit einem nasenför­ migen Profil und die andere in einer Längskante 54 mit einem Hohlprofil endet, das formschlüssig mit dem nasenförmigen Profil ausgeführt ist (Fig. 4).

Wenn sich die Klappen in Schließposition befinden (Fig. 3), kommt daher eine Kante 42 einer Klappe an einer Kante 54 einer benachbarten Klappe zum Ein­ griff, wodurch eine Zusammenfügung zwischen den Klap­ pen herbeigeführt werden kann. In dieser Schließposi­ tion kommt die endseitige Klappe an einer Rippe 56 der Strebe 32 zur Anlage.

Jede der Klappen 42 besitzt ein Profil mit einer Ach­ se A (Fig. 4), die die Schwenkachse 44 schneidet und durch die Kanten 52 und 54 der Klappe hindurchgeht.

In der Schließposition (Fig. 3) verlaufen die jewei­ ligen Achsen A der Klappen praktisch parallel zur Ebene des Rohrbündels 58 des Kühlers 22, das heißt praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung F des Luft­ stroms.

Das Steuergestänge 46 umfaßt eine Mehrzahl von seit­ lichen Vorsprüngen 60 (Fig. 3, 5 und 6), die sich auf derselben Seite des Gestänges erstrecken und die paarweise um eine Entfernung entsprechend dem Mitten­ abstand der Klappen zueinander beabstandet sind.

Jeder der Vorsprünge 60 bildet eine Ausstülpung, die einen Zahn mit einer in etwa rechteckigen Form bil­ det. Die Vorsprünge 60 tragen jeweils zylindrische Stifte 62 mit entsprechenden Achsen 64, die parallel zueinander und parallel zu den Schwenkachsen der Klappen verlaufen. Jeder der Stifte 62 geht durch den entsprechenden Vorsprung hindurch und weist daher zwei Teile auf, die sich jeweils beiderseits des Vor­ sprungs 60 erstrecken, wie dies in Fig. 6 zu erken­ nen ist. Diese beiden Teile können in einen doppelten Gabelbügel 66 eingreifen (Fig. 6), der ein Bestand­ teil der Klappe ist. Jeder der Gabelbügel 66 ist ein­ stückig an der Klappe 42 angeformt und definiert da­ bei einen offenen Schlitz 68 (Fig. 4), der bei der Montage der Vorrichtung einen Stift 62 aufnehmen kann.

Jeder der Vorsprünge 60 umfaßt eine Anschlagkante 70, die auf einer seiner Seiten vorgesehen ist und sich entlang einer Richtung erstreckt, die in etwa senk­ recht zur Längsrichtung des Gestänges verläuft (Fig. 5).

Das Steuergestänge 46 kann geradlinig entweder in Richtung des Pfeils F1 verschoben werden, um die Klappen in die Öffnungsposition zu bringen, oder in der Gegenrichtung des Pfeils F2, um die Klappen in die Schließposition zu bringen (Fig. 3). Wenn das Gestänge durch Verschiebung in Richtung des Pfeils F1 in eine Endposition gebracht wird, kommt jede der An­ schlagkanten 70 zur Zwangsanlage an der entsprechen­ den Klappe 42, und zwar an der Fläche 72 des Flügels 50, der den Gabelbügel 66 trägt (Fig. 4), in einem Abstand von der Achse 44.

Durch diese Zwangsanlage werden die Klappen in der Öffnungsposition gehalten, wobei der durch die Achse A des Profils der Klappe und die Ebene des Rohrbün­ dels 58 des Kühlers 22 gebildete Winkel kontrolliert wird. Dadurch ist es möglich, dafür zu sorgen, daß dieser Winkel gleich oder etwas größer als 90° ist, wodurch die Druckverluste minimiert werden. Aufgrund dieser Zwangsanlage neigt außerdem die Luftströmung entlang der Richtung des Pfeils F dazu, jede Platte an den entsprechenden Anschlag anzudrücken, wodurch jedes Risiko einer Selbstschließung verhindert wird.

Es ist wichtig, daß das Steuergestänge 46 in eine Endposition gebracht und gehalten werden kann, in der sich jede der Klappen in Zwangsanlage an dem entspre­ chenden Anschlag befindet.

Dazu umfaßt die Strebe 32 (Fig. 3) einen Queransatz 74, von dem ein Stift 76 ausgeht, der mit einer Nockenbahn 78 zusammenwirken kann, die an einem Ende 80 des Steuergestänges ausgebildet ist.

Die Nockenbahn ist in Form eines Langlochs in der Dicke des Endes 80 des Gestänges ausgeführt. Diese Nockenbahn umfaßt zunächst eine kreisbogenförmige Spur 82, durch die der Stift 76 läuft, wenn die Klap­ pen von der Öffnungsposition zur Schließposition oder umgekehrt verschwenkt werden. Diese kreisbogenförmige Spur entspricht einer Teilumdrehung, im dargestellten Beispiel etwa einer Vierteldrehung. Die kreisbogen­ förmige Spur 82 wird durch eine geradlinige Spur 84 verlängert, die einer geradlinigen Verschiebung des Stifts 76 auf einem begrenzten Verstellweg ent­ spricht. Die Nockenbahn 78 umfaßt zwei Enden: ein En­ de 86, das die kreisbogenförmige Spur 82 abschließt, und ein Ende 88, das die geradlinige Spur 84 ab­ schließt.

Die Enden 86 und 88 entsprechen zwei Endpositionen des Steuergestänges für die Öffnungsposition bzw. die Schließposition der Klappen.

Wenn das Gestänge 46 vollständig in Richtung des Pfeils F1 verschoben wird, kommt der Stift 76 am Ende 86 der Nockenbahn 78 zum Anschlag.

Die Öffnungsposition wird dabei erreicht, bevor der Stift 76 am Ende 86 der Nockenbahn 78 zum Anschlag kommt. Anschließend muß die Bewegung des Gestänges auf dem begrenzten Verstellweg fortgesetzt werden, damit der Stift 76 wirklich am Ende 86 zum Anschlag kommen kann, was gleichzeitig eine Zwangsanlage der Klappen 42 an ihren jeweiligen Anschlägen bewirkt.

Wenn der Stift 76 am Ende 88 der Nockenbahn zum An­ schlag kommt, werden die Klappen sicher in ihrer Schließposition gehalten.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend als Beispiele beschriebenen Ausführungsformen be­ schränkt.

So können die Klappen mit ihren Schwenkachsen in ver­ tikaler oder horizontaler Ausrichtung angeordnet sein. Es besteht die Möglichkeit, andere Ausführungs­ formen der Gelenkmittel zwischen dem Gestänge und den Klappen vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt vorzugsweise bei der Steuerung eines Luftstroms durch einen Wärme­ tauscher zur Anwendung, insbesondere durch den Kühler des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Regelung eines Luftstroms, insbe­ sondere für einen Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Mehrzahl von Klappen (42), die schwenkbar um zu einem Gestell (28) parallele Achsen (44) gelagert sind, sowie ein Steuergestänge (46), das durch Gelenkverbindungen mit den Klappen verbun­ den ist, wobei das besagte Steuergestänge geradlinig in einer Richtung verschiebbar ist, die rechtwinklig zu den Achsen der Klappen (42) verläuft, um die Klap­ pen zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition zu verschwenken, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergestänge (46) Anschläge (60, 70) umfaßt, die jeweils in der Nähe der Gelenkverbindungen (62, 66) angeordnet sind und die jeweils zur Zwangsanlage an einer Klappe (42) kommen können, wenn das Steuerge­ stänge (46) geradlinig zu einer Endposition verstellt wird, in der sich die Klappen (42) in ihrer Öffnungs­ position befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwangsanlage eines Anschlags (60, 70) an der entsprechenden Klappe (42) bei der geradlinigen Verstellung des Steuergestänges (46) auf einem begrenzten Endverstellweg erzielt wird, der zur Endposition führt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder An­ schlag (60, 70) zur Zwangsanlage an einem Flügel (50) der Klappe (42) in einem Abstand von der Schwenkachse (44) der Klappe (42) kommen kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Anschlag (60) eine Anschlagkante (70) umfaßt, die Be­ standteil eines seitlichen Vorsprungs (60) des Steu­ ergestänges (46) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Anschlagkante (70) entlang einer Richtung erstreckt, die in etwa senkrecht zur Längsrichtung des Steuergestänges (46) verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder der seitlichen Vorsprünge (60) des Steuergestänges (46) eine Gelenkverbindung (62) für die entsprechende Klappe (42) trägt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Gelenkverbindung einen Stift (62) umfaßt, der an dem Steuergestänge (46) angebracht ist und in einen Gabelbügel (66) ein­ greifen kann, den die entsprechende Klappe umfaßt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Steu­ ergestänge (46) an mindestens einem seiner Enden (80) eine Nockenbahn (78) umfaßt, die einen fest mit dem Gestell verbundenen Stift (76) aufnehmen kann, so daß sich der Stift (76) in der Endposition, die der Öff­ nung der Klappen (42) entspricht, an einem Ende (86) der Nockenbahn in Anschlag befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stift (76) an einem anderen Ende (88) der Nockenbahn (78) zum Anschlag kommen kann, wenn sich das Steuergestänge (46) in ei­ ner anderen Endposition befindet, die der Schließung der Klappen (42) entspricht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nockenbahn (78) ein Langloch enthält, das in der Dicke des Steuergestänges (46) ausgebildet ist.