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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftklappenanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Trägerstruktur mit einer Luftdurchlassöffnung, wenigstens eine Luftklappe, die zur Verstellung eines Strömungsquerschnitts der Luftdurchlassöffnung um eine Klappenachse zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schwenkbar an der Trägerstruktur vorgesehen ist, wobei der Strömungsquerschnitt in der Schließstellung minimal ist, und wobei die Klappenachse derart zwischen einem ersten und einem zweiten Klappenlängsrand der Luftklappe verläuft, dass bei einer Schwenkbewegung der Luftklappe von einer der Schließstellung näheren Stellung zu einer der Öffnungsstellung näheren Stellung der erste Klappenlängsrand bezüglich einer Strömungsrichtung von im Betrieb die Luftklappenanordnung anströmender Luft stromabwärts verschwenkt wird, und der zweite Klappenlängsrand stromaufwärts verschwenkt wird. Weiterhin umfasst die Luftklappenanordnung eine Blendenanordnung mit zwei Blendenlängsrändern, zwischen denen die Klappenachse verläuft, wobei jedem Klappenlängsrand ein Blendenlängsrand derart zugeordnet ist, dass in der Schließstellung der Luftklappe der Abstand des Klappenlängsrands zum zugeordneten Blendenlängsrand kleiner ist als zu jedem anderen Blendenlängsrand, und dass ein Abstand zwischen dem Klappenlängsrand und dem zugeordneten Blendenlängsrand in der Schließstellung kleiner ist als in der Öffnungsstellung.
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Derartige Luftklappenanordnungen mit einer oder mehreren schwenkbaren Luftklappen sind im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik hinlänglich bekannt. Bei vielen Kraftfahrzeugen werden beispielsweise Luftklappenanordnungen mit schwenkbaren Luftklappen im Frontbereich des Kraftfahrzeugs eingesetzt, wobei je nach Stellung der Luftklappen dem Motorraum ein unterschiedlicher Anteil der die Fahrzeugfront im Fahrbetrieb anströmenden Luft als Kühlluft zugeleitet wird. Ist eine Kühlung des Motors nicht unbedingt erforderlich, können die Frontklappen geschlossen werden, was den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs und damit dessen Kraftstoffverbrauch reduziert.
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Die bekannten Luftklappenanordnungen sind symmetrisch aufgebaut, die Klappenachse ist also für übliche Luftklappen mit rechteckiger Grundform etwa in der Mitte einer Gesamt-Klappenfläche angeordnet.
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Um auch bei hohen Geschwindigkeiten noch zuverlässig funktionieren zu können, sind zum Antreiben der Verstellbewegungen der Luftklappen Aktuatoren erforderlich, die verhältnismäßig große Drehmomente herausgeben können. Derartige Aktuatoren sind teuer und benötigen weiterhin verhältnismäßig viel Bauraum. Auch ist der Energieverbrauch durch die Aktuatoren entsprechend groß.
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung also darin, die bekannte Luftklappenanordnung so weiterzuentwickeln, dass ein zuverlässiger Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten auch mit einem Aktuator möglich ist, der nur ein kleineres maximales Drehmoment liefern kann.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, dass bei einer bekannten Luftklappenanordnung die Klappenachse derart bezüglich der Luftklappe angeordnet ist, dass das Produkt aus dem Flächeninhalt einer auf der stromaufwärtigen Seite der Luftklappe zwischen dem ersten Klappenlängsrand und der Klappenachse liegenden ersten Klappenfläche und dem Abstand eines Schwerpunkts der ersten Klappenfläche von der Klappenachse etwa 1,4 bis 4,2 mal so groß ist wie das Produkt aus dem Flächeninhalt einer auf der stromaufwärtigen Seite der Luftklappe zwischen dem zweiten Klappenlängsrand und der Klappenachse liegenden zweiten Klappenfläche und dem Abstand eines Schwerpunkts der zweiten Klappenfläche von der Klappenachse.
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Strömungssimulationsrechnungen der Anmelderin haben nämlich ergeben, dass im Betrieb auf die Luftklappen wirkende Drehmomente nicht unbedingt nur beim Schließen sondern auch beim Öffnen der Luftklappen groß werden können. So entstehen bei kleinen Öffnungswinkeln aufgrund der die Luftklappen im Fahrbetrieb an- und umströmenden Luft Bereiche reduzierten Drucks an den Klappenlängsrändern, die zu einem resultierenden Drehmoment in Schließrichtung (auf die Schließstellung zu) führen.
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Dieses Drehmoment in Schließrichtung wird erfindungsgemäß durch ein Drehmoment in Öffnungsrichtung (auf die Öffnungsstellung zu bzw. von einer der Schließstellung näheren Stellung zu einer der Öffnungsstellung näheren Stellung) reduziert oder ausgeglichen, das aus einer geeigneten Asymmetrie der Luftklappe resultiert.
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Das auf einen angeströmten Klappenflügel wirkende Drehmoment ergibt sich in erster Näherung als das Produkt aus Strömungsdruck, Flächeninhalt des angeströmten Klappenflügels und Hebelarm, das heißt Abstand des Flächenschwerpunkts der angeströmten Fläche des betrachteten Klappenflügels zur Klappenachse.
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Das Verhältnis der auf die beiden durch die Klappenachse definierten Klappenflügel einwirkenden Drehmomente ergibt sich folglich als Verhältnis der Produkte aus Flächeninhalt und Hebelarm. In die Näherung geht dabei ein, dass der Strömungsdruck entlang der gesamten Luftklappe im Wesentlichen konstant ist, die Luftklappe im Wesentlichen senkrecht angeströmt wird und Materialdicke und -dichte entlang der Luftklappe ebenfalls näherungsweise konstant sind.
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Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Luftklappenanordnung liegt darin, dass bei weit oder maximal geöffneten Luftklappen, also insbesondere in der Öffnungsstellung, die Lage der einzelnen Luftklappen auch bei starker Anströmung deutlich stabiler ist, als bei den bekannten, symmetrisch gelagerten Luftklappen; es kommt also zu einer Selbststabilisierung.
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Auch wenn die betrachtete Luftklappe nicht exakt senkrecht angeströmt wird, kann mit Flächeninhalt hier der tatsächliche Flächeninhalt der jeweiligen (ersten oder zweiten) Klappenfläche gemeint sein, nicht notwendig dessen Projektion in Strömungsrichtung, was den Vorteil bietet, dass der tatsächliche Flächeninhalt unabhängig von der Kenntnis der exakten Strömungsverhältnisse ermittelt werden kann. Entsprechendes gilt für den (Flächen-)Schwerpunkt der ersten oder zweiten Klappenfläche.
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Aus strömungsdynamischen Gründen ist jedoch bevorzugt unter dem Flächeninhalt oder/und Flächenschwerpunkt der ersten bzw. zweiten Klappenfläche der Flächeninhalt oder/und Flächenschwerpunkt der in Strömungsrichtung projizierten ersten bzw. zweiten Klappenfläche zu verstehen, wobei unter der Strömungsrichtung im Zweifel eine Richtung orthogonal zu einer durch die Luftdurchlassöffnung der Trägerstruktur definierten Ebene zu verstehen ist.
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Hierbei ist zu beachten, dass auch in der Schließstellung abgedeckte Bereiche der stromaufwärtigen Seite der Luftklappe zu der ersten bzw. zweiten Klappenfläche im Sinne dieser Erfindung gerechnet werden, da der oben beschriebene Umströmungseffekt, der zu einem Drehmoment in Schließrichtung bei kleinen Öffnungswinkeln führt, in einem Zustand auftritt, in dem die Luftklappe leicht geöffnet ist und somit die gesamte Klappenfläche angeströmt wird, also auch solche Bereiche, die in der Schließstellung abgedeckt sind.
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Weiterhin ist mit der ersten bzw. zweiten Klappenfläche, abgesehen von den nachstehend aufgeführten Ausnahmen, die gesamte zwischen Klappenachse und jeweiligem Klappenlängsrand liegende Klappenfläche gemeint, nicht etwa nur Teile von dieser.
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Es kann allerdings (beispielsweise bei Klappen mit vorspringenden Verstärkungsrippen auf der angeströmten Klappenseite) vorgesehen sein, dass bei der Berechnung des Flächeninhalts oder/und Schwerpunkts nur diejenigen Flächenanteile berücksichtigt werden, für die die Komponente des Normalenvektors senkrecht zur Klappenachse größer ist, als die Komponente des Normalenvektors parallel zur Klappenachse. Bevorzugt werden nur diejenigen Flächenanteile berücksichtigt, für die die Komponente des Normalenvektors senkrecht zur Klappenachse mehr als doppelt so groß ist, noch mehr bevorzugt mehr als zehn mal so groß ist wie die Komponente parallel zur Klappenachse, also solche Flächenanteile, die im Wesentlichen parallel zu der Klappenachse verlaufen, da es auf Flächenanteile, die senkrecht zur Klappenachse verlaufen, bei der Berechnung des auf die gesamte Klappe bei An- und Umströmung wirkenden Drehmoments weniger stark ankommt.
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Bei den Simulationsrechnungen der Anmelderin wurde, ausgehend von einer gegebenen, bekannten Luftklappenanordnung mit symmetrischem Aufbau, wie sie oben beschrieben wurde, der Achslagerpunkt mehrfach verschoben, und für verschiedene Achslagerpunkte wurden die auf die einzelnen Luftklappen einwirkenden Drehmomente bei kleinen Öffnungswinkeln und vorgegebenen Geschwindigkeiten der anströmenden Luft berechnet. Hierbei können die Luftklappen in einem Schnitt senkrecht zu den Klappenachsen betrachtet werden, wobei sich das auf die jeweilige Luftklappe wirkende Gesamt-Drehmoment unter Berücksichtigung von allen längs der gesamten Kontur der Luftklappe in dem betrachteten Schnitt aufgrund der An- und Umströmung wirkenden Momenten ergibt.
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Diese Simulationsrechnungen ergeben, dass die auf die Luftklappen wirkenden Drehmomente bei kleinen Öffnungswinkeln (z. B. 10° bis 15°) bei der erfindungsgemäßen Konfiguration im Vergleich zur bekannten, symmetrischen Luftklappenanordnung erheblich reduziert sind.
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Aufgrund des kleineren auf die Luftklappe einwirkenden Drehmoments können Aktuatoren mit kleinerem Ausgabemoment verwendet werden, die weniger Energie verbrauchen und insbesondere weniger Bauraum erfordern, so dass die Luftklappenanordnung auf kleinerem Raum innerhalb des Kraftfahrzeugs untergebracht werden kann. Alternativ kann mit einem gegebenem Aktuator ein zuverlässiger Betrieb bis zu höheren Geschwindigkeiten sichergestellt werden, als bei einer gattungsgemäßen Luftklappenanordnung.
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Bei üblicherweise verwendeten Luftklappen mit im Wesentlichen rechteckiger Grundform ist das gewünschte Drehmoment-Verhältnis erfüllt, wenn eine Abmessung der zweiten Klappenfläche senkrecht zur Klappenachse (Flügellänge des zweiten Klappenflügels) etwa 0,33 bis 0,45 mal so groß ist wie eine Abmessung der Gesamt-Klappenfläche senkrecht zur Klappenachse (Gesamt-Flügellänge), in anderen Worten, wenn die Klappenachse nicht in der Mitte einer Gesamt-Klappenfläche verläuft, sondern im Bereich zwischen etwa 33% und 45% der Gesamt-Flügellänge senkrecht zur Klappenachse. Also kann bei einer Luftklappe mit rechteckiger Grundform die erste Klappenfläche etwa 55% bis 67% der Gesamt-Klappenfläche ausmachen, die zweite Klappenfläche entsprechend etwa 45% bis 33%.
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Üblicherweise ist in der Schließstellung gewünscht, dass möglichst wenig Luft durch die Luftklappenanordnung in einen Kraftfahrzeuginnenbereich eintritt. Dies kann auf einfache Weise dadurch sichergestellt werden, dass in der Schließstellung wenigstens ein einen Klappenlängsrand der Luftklappe umfassender Randabschnitt der Luftklappe einen Randabschnitt der Blendenanordnung überlappt, welcher den dem Klappenlängsrand zugeordneten Blendenlängsrand umfasst.
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Die Abdichtung der Luftklappenanordnung der Schließstellung der Luftklappe kann noch weiter verbessert werden, indem in der Schließstellung für beide Klappenlängsränder wenigstens ein den jeweiligen Klappenlängsrand der Luftklappe umfassender Randabschnitt der Luftklappe einen Randabschnitt der Blendenanordnung überlappt, welcher den dem jeweiligen Klappenlängsrand zugeordneten Blendenlängsrand umfasst.
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Um die Stabilität der Luftklappenanordnung zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die Blendenanordnung oder zumindest ein Teil davon relativ zu der Trägerstruktur ortsfest vorgesehen ist. Insbesondere kann die Blendenanordnung in diesem Fall Teil der Trägerstruktur sein.
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Zur Material-, und damit Gewichtsersparnis kann jedoch zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass die Luftklappenanordnung wenigstens eine andere um eine Klappenachse schwenkbar an der Trägerstruktur angeordnete Luftklappe umfasst, die so angeordnet ist, dass ihre Klappenachse parallel zu der Klappenachse der einen Luftklappe verläuft, und dass ein Klappenlängsrand der anderen Luftklappe den Blendenlängsrand der Blendenanordnung bildet der einem der Klappenlängsränder der einen Luftklappe zugeordnet ist.
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Hierbei, jedoch auch im Fall, dass die Blendenanordnung wenigstens teilweise durch die Trägerstruktur gebildet wird, kann vorgesehen sein, dass die Luftklappenanordnung mehrere gleichartige schwenkbar an der Trägerstruktur vorgesehene Luftklappen umfasst, deren Klappenachsen parallel zueinander verlaufen und die in einer Reihe senkrecht zur Richtung der Klappenachsen angeordnet sind.
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Mehrere, parallel angeordnete Luftklappen ermöglichen einen großen Strömungsquerschnitt in der Öffnungsstellung der Luftklappen, ohne die zum Öffnen und Schließen erforderlichen Verstellbewegungen zu groß werden zu lassen. Weiterhin können parallel angeordnete Luftklappen auf besonders einfache Weise gemeinsam angesteuert bzw. zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt werden.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels diskutiert, das in den beiliegenden Figuren dargestellt ist. Dabei zeigen:
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1 eine Luftklappenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittansicht,
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2 den Gegenstand von 1 in einer Draufsicht,
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3 den Gegenstand von 1, wobei sich hierbei die Luftklappen in der Öffnungsstellung befinden, und
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4 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Vergleichsbeispiel einer gattungsgemäßen Luftklappenanordnung in den Teilabbildungen a) und b).
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Bei allen Figuren handelt es sich um stark vereinfachte Schemazeichnungen, die insbesondere nicht maßstäblich zu verstehen sind. Um die Figuren nicht zu überfrachten, sind nicht immer alle der dargestellten Bauteile mit Bezugszeichen für alle Merkmale versehen.
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Wie vorstehend erwähnt, haben Simulationsrechnungen der Anmelderin ergeben, dass bei bekannten symmetrischen Luftklappenanordnungen wie der in 4 dargestellten Luftklappenanordnung 1, bei der eine Luftklappe 2 um eine Klappenachse 4 schwenkbar an einer Trägerstruktur 3 vorgesehen ist, um einen Strömungsquerschnitt einer in der Trägerstruktur 3 vorgesehenen Luftdurchlassöffnung 5 zu verändern, für kleine Öffnungswinkel α der Luftklappe 2 (z. B. 10° oder 15°) aufgrund der die Luftklappenanordnung 1 im Betrieb anströmenden Luft L Bereiche B reduzierten Drucks (vgl. Teilabbildung b)) im Bereich der Klappenlängsränder 7 entstehen, die zu erheblichen Drehmomenten in Schließrichtung S (d. h. auf die in Teilabbildung a) dargestellte Schließstellung zu) führen können. Eine symmetrische Anordnung bedeutet bei der hier dargestellten Luftklappe 2 mit rechteckiger Grundform, dass eine Abmessung L1 einer auf der stromaufwärtigen Seite 21 der Luftklappe 2 zwischen einem Klappenlängsrand 7a und der Klappenachse 4 hegenden Klappenfläche senkrecht zur Klappenachse 4 etwa genau so groß ist wie die Abmessung L2 einer zwischen dem anderen Klappenlängsrand 7b und der Klappenachse 4 liegenden zweiten Klappenfläche senkrecht zur Klappenachse 4.
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Die vorgenannten strömungsbedingten Drehmomente in Schließrichtung S für kleine Öffnungswinkel werden, wie nachfolgend erläutert, bei den erfindungsgemäßen Luftklappenanordnungen durch eine geeignete exzentrische Lagerung der Klappenachse ausgeglichen oder wenigstens vermindert.
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Die erfindungsgemäße Luftklappenanordnung 10 gemäß dem in 1 illustrierten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst wenigstens eine Luftklappe 12 (vorliegend beispielhaft drei Luftklappen), die um eine dazugehörige Klappenachse 14 schwenkbar an einer in der Figur nur angedeuteten Trägerstruktur 13 vorgesehen ist, wobei die Luftklappe 12 zwischen der in 1 dargestellten Schließstellung und der in 3 dargestellten Öffnungsstellung schwenkbar ist, um den Strömungsquerschnitt einer in der Trägerstruktur 13 vorgesehenen Luftdurchlassöffnung 15 (vgl. 3) zu variieren.
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Hierdurch kann der Anteil von die Luftklappenanordnung im Betrieb anströmender Luft L variiert werden, der einem Kraftfahrzeuginnenbereich 16 durch die Luftklappenanordnung 10 zugeleitet wird.
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Die Klappenachse 14 ist derart zwischen einem ersten Klappenlängsrand 18 und einem zweiten Klappenlängsrand 20 der Luftklappe 12 angeordnet, dass bei einer Schwenkbewegung der Luftklappe 12 in einer Öffnungsrichtung O, d. h. bei einer Schwenkbewegung der Luftklappe 12 von der Schließstellung bzw. einer der Schließstellung näheren Stellung zu der Öffnungsstellung bzw. einer der Öffnungsstellung näheren Stellung, der erste Klappenlängsrand 18 bezüglich einer Strömungsrichtung R von im Betrieb die Luftklappenanordnung anströmender Luft L stromabwärts verschwenkt wird und der zweite Klappenlängsrand 20 stromaufwärts verschwenkt wird.
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Jedem der Klappenlängsränder 18 und 20 ist ein Blendenlängsrand 22 bzw. 24 einer Blendenanordnung 26 derart zugeordnet, dass in der Schließstellung der Luftklappe 12 (1) der Abstand des jeweiligen Klappenlängsrands 18, 20 zum zugeordneten Blendenlängsrand 22, 24 kleiner ist als zu jedem anderen Blendenlängsrand 24, 22, und dass ein Abstand zwischen dem Klappenlängsrand 18, 20 und dem zugeordneten Blendenlängsrand 22, 24 in der Schließstellung kleiner ist als in der Öffnungsstellung. Im vorliegenden Beispiel der vorgenannte Abstand in der Schließstellung in erster Näherung Null.
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Im Gegensatz zu den bekannten Luftklappenanordnungen, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist, ist bei der erfindungsgemäßen Luftklappenanordnung 10 in 1 die Lagerung der Klappenachse 14 exzentrisch.
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Da die erste und die zweite Klappenfläche 30, 32 jeweils eine etwa rechteckige Form mit einer konstanten (und für beide Klappenflächen identischen) Breite B aufweisen (vgl. 2) ergibt sich vorliegend für das Verhältnis der aufgrund einer gleichmäßigen senkrechten Anströmung auf die beiden Klappenflächen einwirkenden Drehmomente in erster Näherung (ohne Berücksichtigung der in 4 illustrierten An- und Umströmungseffekte und unter Vernachlässigung der Tatsache, dass die abgedeckten Bereiche in der Schließstellung nicht angeströmt werden): |M1:M2| = (A1·d1):(A2·d2) = (B·L1·½·L1):(B·L2·½·L2) = (L1:L2)2
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Das Produkt (A1·d1 = ½·B·L12) aus dem Flächeninhalt A1 einer auf der stromaufwärtigen Seite 121 der Luftklappe 12 zwischen dem ersten Klappenlängsrand 18 und der Klappenachse 14 liegenden ersten Klappenfläche 30 und dem Abstand d1 eines Schwerpunkts P1 der ersten Klappenfläche 30 von der Klappenachse 14) ist erfindungsgemäß etwa 1,4 bis 4,2 mal so groß wie das Produkt (A2·d2 = ½·B·L22) aus dem Flächeninhalt A2 einer auf der stromaufwärtigen Seite 121 der Luftklappe 12 zwischen dem zweiten Klappenlängsrand 20 und der Klappenachse 14 liegenden zweiten Klappenfläche 32 und dem Abstand d2 eines Schwerpunkts P2 der zweiten Klappenfläche 32 von der Klappenachse 14.
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Folglich ist bei den dargestellten Klappenachsen mit rechteckiger Grundform die Klappenachse
14 im Bereich zwischen etwa 33% und 45% der Gesamt-Flügellänge Lges = L1 + L2 senkrecht zur Klappenachse
14 angeordnet, so dass die erste Klappenfläche
30 etwas größer ist als die zweiten Klappenfläche
32. Genauer gesagt gilt:
| | M1:M2 = (L1:L2)2 | ≈ | 1,4 bis 4,2 |
| => | L1:L2 | ≈ | 1,2 bis 2,05 |
| => | L1:(L1 + L2) | ≈ | 0,67 bis 0,55 |
| => | L2:(L1 + L2) | ≈ | 0,33 bis 0,45 |
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Die oben beschriebene Asymmetrie erleichtert eine Öffnungsbewegung der Luftklappe 14 bei Anströmung und wirkt damit dem Drehmoment auf die Schließstellung zu entgegen, welches aufgrund der An- und Umströmung im Fahrbetrieb bei kleinen Öffnungswinkeln entsteht, wobei die Simulationsrechnungen der Anmelderin ergeben, dass dem Drehmoment in Schließrichtung mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Klappenachse besonders effektiv entgegen gewirkt werden kann.
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Bei diesen Simulationsrechnungen wurden jeweils für eine gegebene Geometrie, Stellung und Anordnung der Luftklappen, betrachtet in einer Schnittebene senkrecht zur Klappenachse, für verschiedene Achslagerpunkte (und damit verschiedene Verhältnissen L1/L2) das Gesamt-Drehmoment auf jede Luftklappe aus den auf alle vier Flächen F1 bis F4 (vgl. 3) der jeweiligen Klappe wirkenden Momenten berechnet und untersucht, für welche Achslagerung das resultierende Gesamt-Drehmoment am kleinsten wird, woraus sich unter Berücksichtigung zahlreicher verschiedener Geometrien, Stellungen usw. die erfindungsgemäße Luftklappenanordnung ergibt.
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Weiterhin hat sich in der Praxis gezeigt, dass die Lage der Luftklappen 12 der erfindungsgemäßen Luftklappenanordnung 10 in der in 3 dargestellten Öffnungsstellung auch bei starker Anströmung deutlich stabiler ist als bei den bekannten Luftklappenanordnungen mit symmetrischer Achslagerung, die in einer der 3 entsprechenden Öffnungsstellung bei starker Anströmung häufig anfangen, zu flattern.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der dem ersten Klappenlängsrand 18 der obersten Luftklappe 12 zugeordnete Blendenlängsrand 22 und der dem zweiten Klappenlängsrand 20 der untersten Luftklappe 12 zugeordneten Blendenlängsrand 24 jeweils von Teilen der Trägerstruktur 13 gebildet, während der dem ersten Klappenlängsrand 18 der mittleren Luftklappe 12 zugeordnete Blendenlängsrand 22 durch den zweiten Klappenlängsrand 20 der obersten Luftklappe 12 gebildet wird und der dem zweiten Klappenlängsrand 20 der mittleren Luftklappe zugeordnete Blendenlängsrand 24 durch den ersten Klappenlängsrand 18 der untersten Luftklappe 12 gebildet wird (vgl. 1 und 2).
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Weiterhin können im dargestellten Ausführungsbeispiel die Klappenlängsränder 18, 20 mit den jeweils zugeordneten Blendenlängsrändern 22, 24 überlappen. Genauer gesagt kann vorgesehen sein, dass für jeden der Klappenlängsränder 18, 20 ein den jeweiligen Klappenlängsrand 18, 20 umfassender Randabschnitt 18a, 20a der Luftklappe 12 einen Randabschnitt 22a, 24a der Blendenanordnung überlappt, der den dem Klappenlängsrand 18, 20 zugeordneten Blendenlängsrand 22, 24 umfasst. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Randabschnitte 18a, 20a, 22a und 24a in 1 nur für die mittlere Luftklappe 12 angegeben.
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Der optimale Achslagerpunkt für eine gegebene Luftklappenkonfiguration kann durch numerische Strömungssimulationsrechnungen bestimmt werden, beispielsweise durch Einsatz einer geeigneten Software wie ANSYS ICEM CFD und ANSYS CFX. Hierbei werden die Strömungsverhältnisse am zweidimensionalen Schnitt einer Luftklappenanordnung in einer Schnittebene senkrecht zur Klappenachse betrachtet, die den Schnittebenen der 1 und 3 entspricht.
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Ausgehend von einer symmetrischen Achslagerung (wie in 4) werden für eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit der anströmenden Luft und einen vorgegebenen Öffnungswinkel Strömungsverhältnisse und daraus die jeweils auf die einzelnen Luftklappen wirkenden Drehmomente berechnet, und dann wird der Achslagerpunkt verschoben und die Berechnung unter ansonsten gleichen Randbedingungen wiederholt, so dass durch eine Mehrzahl von derartigen Berechnungen der optimale Achslagerpunkt als der Punkt bestimmt werden kann, bei dem die auftretenden Drehmomente auf die Luftklappen minimal oder zumindest hinreichend klein sind, um einen zuverlässigen Betrieb der Luftklappenanordnung mit vorgegebenen Aktuatoren bis zu einer gewünschten maximalen Strömungsgeschwindigkeit zu garantieren.
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Windkanalversuche mit einem entsprechenden Prototypen haben gezeigt, dass mit der erfindungsgemäßen Luftklappenanordnung im Vergleich zu einer bekannten, symmetrischen Luftklappenanordnung unter Verwendung der gleichen Aktuatoren und auch ansonsten gleicher Randbedingungen ein zuverlässiger Betrieb der Luftklappenanordnung bei bis zu 20 km/h höheren Geschwindigkeiten der anströmenden Luft (und damit Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs) erreicht werden kann, im konkreten Fall bei Geschwindigkeiten bis zu 210 km/h. Darüber hinaus ist die Stellung der Luftklappen der erfindungsgemäßen Luftklappenanordnung in der Öffnungsstellung auch bei starker Anströmung deutlich stabiler als bei den bekannten, symmetrischen Luftklappenanordnungen.
