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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftklappenanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine gattungsgemäße Luftklappenanordnung ist aus der
EP 0 692 397 A1 bekannt.
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Allgemein sind Luftklappenanordnungen an Kraftfahrzeugen mittlerweile wohlbekannt, um durch Verdrehung der Luftklappen um ihre Luftklappendrehachse eine Luftklappenflächenformation bezüglich einer Luftdurchlassöffnung abhängig von ihrer Drehstellung unterschiedlich stark anzustellen und damit den effektiven durchströmbaren Querschnitt der Luftdurchlassöffnung zu verändern. Diese Veränderung kann bis zu einem völligen Verschließen der Luftdurchlassöffnung durch die wenigstens eine Luftklappe erfolgen.
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Mit derartigen Luftklappenanordnungen kann ein Kühlluftstrom durch die Luftdurchlassöffnung hindurch zu in Durchströmungsrichtung hinter der Luftdurchlassöffnung gelegenen Aggregaten kühlbedarfsgerecht verändert und eingestellt werden. So kann beispielsweise nach einem Kaltstart der durchströmbare Querschnitt der Luftdurchlassöffnung durch die wenigstens eine Luftklappe minimiert werden, um ein schnelles Erwärmen der in der Strömungsrichtung hinter der Luftdurchlassöffnung gelegenen Aggregate auf deren Nennbetriebstemperatur zu ermöglichen. Ist diese Nennbetriebstemperatur erreicht, kann durch entsprechendes Verdrehen der wenigstens einen Luftklappe relativ zum Träger die effektiv durchströmbare Querschnittsfläche vergrößert werden, um abhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs die Betriebstemperatur der betroffenen Aggregate in einem schmalen Temperaturband um die Nennbetriebstemperatur herum zu halten.
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Zur Bereitstellung einer definierten Relativendstellung der wenigstens einen Luftklappe relativ zum Luftklappenträger ist die oben beschriebene Drehwinkel-Begrenzungseinrichtung vorgesehen, die durch einen luftklappenträgerfesten Anschlag und einen gemeinsam mit der wenigstens einen Luftklappe drehbaren Gegenanschlag eine Drehung der wenigstens einen Luftklappe relativ zum Luftklappenträger in einem Drehsinn nur bis zum Erreichen des Anlageeingriffs von Anschlag und Gegenanschlag gestattet und bei hergestelltem Anschlageingriff nur noch eine Drehung in entgegengesetztem Drehsinn, also in einem Lösedrehsinn zum Lösen des Anschlageingriffs, ermöglicht.
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Üblicherweise werden aus Gründen möglichst günstiger Fertigung und Montage die Luftklappen als einstückige Bauteile im Spritzgießverfahren hergestellt. Diese Luftklappen umfassen dann einstückig ausgebildet Lagerformationen, wie etwa axiale Lagerfortsätze, und jeweils axial zwischen diesen Lagerformationen eine Luftklappenflächenformation, welche die eigentliche Bestimmung der Luftklappe leistet, nämlich die Luftdurchlassöffnung abhängig von der Drehstellung der Luftklappe unterschiedlich stark zu verdecken.
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Wenn übrigens in der vorliegenden Anmeldung die Angaben „radial“ und „axial“ verwendet werden, dann soll dies immer als auf die Luftklappendrehachse bezogen verstanden werden, außer es ist eine andere Bezugsachse ausdrücklich angegeben.
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Bei der gattungsgemäßen Luftklappenanordnung ist der Gegenanschlag an einem Gegenanschlagbauteil ausgebildet und ist eine im Betrieb abhängig von der Relativstellung der Luftklappe relativ zum Luftklappenträger eine Luftdurchlassöffnung in unterschiedlichem Maße zur Durchströmung freigebende beziehungsweise verdeckende Luftklappenflächenformation an einem gesondert von dem Gegenanschlagbauteil ausgebildeten Luftklappenbauteil ausgebildet, wobei das Gegenanschlagbauteil aus einem Werkstoff gebildet ist, welcher eine höhere Zugfestigkeit aufweist als der Werkstoff des Luftklappenbauteils.
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Durch die Trennung der wenigstens einen Luftklappe in ein Gegenanschlag - bauteil und ein gesondert davon ausgebildetes Luftklappenbauteil kann die Luftklappe mit der für ihre Zweckbestimmung wesentlichen Luftklappenflächenformation weiterhin in dem bewährten kostengünstigen Werkstoff ausgeführt werden, der für die am Anlageeingriff von Anschlag und Gegenanschlag aufgrund des Drehmoments des Drehantriebs übertragenen Kräfte keine ausreichende Festigkeit mehr besitzen könnte. Stattdessen können durch Verwendung eines gesonderten Gegenanschlagbauteils, das deshalb aus einem anderen Werkstoff mit höherer Zugfestigkeit als der Werkstoff des Luftklappenbauteils gebildet sein kann, die am Anlageeingriff auftretenden Kräfte ohne entsprechende Vergrößerung des für Anschlag und Gegenanschlag erforderlichen Bauraums übertragen werden.
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Die durch den Werkstoff mit höherer Zugfestigkeit auftretenden höheren Kosten - verglichen mit dem bewährten Werkstoff des Luftklappenbauteils - entfallen somit auf ein verglichen mit dem Luftklappenbauteil kleinvolumiges Bauteil, so dass sich die Kostenerhöhungen zur Festigkeitssteigerung in Grenzen halten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anzahl an zur Bildung der Luftklappenanordnung notwendigen Bauteilen gering zu halten.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung an einer gattungsgemäßen Luftklappenanordnung dadurch, dass das Gegenanschlagbauteil eine erste Verbindungsausbildung zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit der Antriebswelle des Drehantriebs und eine zweite Verbindungsausbildung zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit dem Luftklappenbauteil aufweist. Somit kann das Gegenanschlagbauteil als Kopplungsbauteil zur Drehmoment übertragenden Kopplung des Luftklappenbauteils mit dem Drehantrieb verwendet werden. Die erste Verbindungsausbildung kann dabei in einfacher Weise eine zentrale Öffnung, etwa ein Sackloch oder ein Durchgangsloch, sein, in das eine Antriebswelle des Drehantriebs eingesteckt wird. Ebenso kann die erste Verbindungsausbildung ein Nabenstumpf sein, welcher in eine Ausnehmung einer als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle des Drehantriebs eingesteckt werden kann. Letztere Ausbildung ist bevorzugt, da die Antriebswelle des Drehantriebs und der Nabenstumpf der ersten Verbindungsausbildung mit verhältnismäßig großem Durchmesser ausgebildet werden können, was eine Übertragung eines großen Drehmoments selbst bei den hier vorgesehenen Kunststoffbauteilen gestattet.
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Ebenso kann die zweite Verbindungsausbildung als Wellenstumpf ausgebildet sein, welche in eine den Wellenstumpf umgebende Nabe an dem Luftklappenbauteil eingesteckt werden kann. Alternativ ist es auch möglich, die zweite Verbindungsausbildung als Hohlwellenstumpf auszubilden, welche auf einen axial vorstehenden Nabenstumpf des Luftklappenbauteils aufsteckbar ist. Da bevorzugt die Nabe des Luftklappenbauteils gleichzeitig als Drehlagerabschnitt zur drehbaren Lagerung des Luftklappenbauteils an dem die Nabenausbildung aufweisenden Längsende dient, ist ein Einstecken eines Wellenstumpfs der zweiten Verbindungsausbildung in eine luftklappenbauteilseitige Hohlnabe bevorzugt. Die Mantelfläche der Hohlnabe kann dann als Lagerfläche des Luftklappenbauteils (Lagerformation) dienen, wobei alle Luftklappen vorteilhafterweise dieselbe Lagerformation aufweisen, deren Gegenformation dann am Träger einheitlich gestaltet sein kann.
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Bevorzugt sind also der Drehantrieb, das Gegenanschlagbauteil und das Luftklappenbauteil durch einfaches axiales Ineinander- oder/und Aufeinanderstecken miteinander koppelbar, wobei im fertig montierten Zustand vorzugsweise die Drehachse der Antriebswelle kollinear ist mit der Luftklappendrehachse der mittels des Gegenanschlagbauteils mit dem Drehantrieb gekoppelten Luftklappe.
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Neben der Zugfestigkeit, bei deren Überschreitung am Ort der Überschreitung ein Brechen des Bauteils zu erwarten ist, ist überdies eine Verformung der beteiligten Bauteile mit der Zeit unerwünscht, da etwa durch Verformung des Gegenanschlags sich die Relativendstellung der wenigstens einen Luftklappe relativ zum Träger ändert. Dadurch ist die Einhaltung der mit der Relativendstellung planmäßig verknüpften Strömungsverhältnisse nicht mehr gewährleistet. Eine unerwünschte Verformung des Gegenanschlags und damit eine unerwünschte Verlagerung der dem Anlageeingriff zugeordneten Relativendstellung kann dadurch verhindert werden, dass der Werkstoff des Gegenanschlagbauteils auch einen höheren Elastizitätsmodul aufweist als der Werkstoff des Luftklappenbauteils.
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Grundsätzlich ist es erwünscht, auch das Gegenanschlagbauteil durch Spritzgießen herzustellen. Deshalb ist das Gegenanschlagbauteil bevorzugt aus Kunststoff gebildet. Durch Füllen des Kunststoffes mit zugfestigkeitserhöhenden Füllmaterialien, wie etwa Glasfasern, Glaskugeln, Karbonfasern und dergleichen mehr, kann die Zugfestigkeit des Werkstoffs des Gegenanschlagbauteils erhöht werden. Bevorzugte Werkstoffe für die Bildung des Gegenanschlagbauteils sind aufgrund ihrer Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften Polyamid, Polyester und Polyoxymethylen. Bei den Polyamiden ist ein Werkstoff mit der Bezeichnung „PA66“ aufgrund seiner Festigkeitseigenschaften besonders bevorzugt. In der Gruppe der Polyester hat sich Polyethylenterephthalat als hervorragend geeigneter Werkstoff erwiesen.
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Sofern mehrere geeignete Werkstoffe zur Verfügung stehen, während massebezogene Kosten in etwa gleich sind, sollte aus Festigkeitsgründen jenem Werkstoff der Vorzug gegeben werden, welcher bei höheren Temperaturen von über +85°C die geringste Kristallisationsneigung aufweist.
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Im Gegensatz zu dem Gegenanschlagbauteil kann das Luftklappenbauteil wie bisher aus einem Polyolefin, insbesondere aus Polypropylen, gebildet sein. Dieser Kunststoff zeigt eine hervorragende Verarbeitbarkeit für Luftklappenbauteile mit großer Länge und verhältnismäßig großer Breite verglichen mit der Bauteildicke. Überdies sind Polyolefine besonders günstig auf dem Markt erhältlich. Sofern die Festigkeit des Polyolefins erhöht sein soll, kann dieses ebenfalls mit Füllstoffen, wie etwa Fasern oder Partikel, insbesondere Glasfasern, Carbonfasern, Glaskugeln und dergleichen, gefüllt sein.
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So kann beispielsweise das Gegenanschlagbauteil aus PA66GF30 und das Luftklappenbauteil aus dem Polypropylen PPGF30 gebildet sein. Der Zusatz „GF30“ zeigt einen Anteil von Glasfasern an der Kunststoffmasse von 30 % an.
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In dem bevorzugten Fall eines Gegenanschlagbauteils mit in einer Richtung axial vorstehender erster Verbindungsausbildung und mit in entgegengesetzter axialer Richtung vorstehender zweiter Verbindungsausbildung ist bevorzugt der Gegenanschlag zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsausbildung vorgesehen. So kann der Gegenanschlag im fertig montierten Zustand der Luftklappenanordnung nahe an dem Träger vorgesehen sein, so dass der trägerfeste Anschlag nicht unnötig weit vom Träger auskragen muss, was für dessen Festigkeit und Formstabilität vorteilhaft ist.
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Da Anschlag und Gegenanschlag stoßartig in Anlageeingriff treten können, können an den beteiligten Bauteilen: Anschlag und Gegenanschlag, stoßartig hohe Kräfte auftreten. Bei vorgegebenem Drehmoment sind die Kräfte dem von der Luftklappendrehachse ausgehenden Lastarm indirekt proportional. Je größer also der Lastarm ist, desto kleiner ist die zwischen Anschlag und Gegenanschlag auftretende Kraft. Um somit die im Anlageeingriff auftretenden Kräfte in vorteilhafter Weise gering zu halten, kann vorgesehen sein, dass der Gegenanschlag radial weiter außen vorgesehen ist als die erste und die zweite Verbindungsausbildung.
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Im Betrieb unterliegt die Luftklappenanordnung mitunter erheblichen Temperaturschwankungen, was unvermeidlich zu thermisch bedingten Abmessungsänderungen an den beteiligten Bauteilen führt. Um sicherzustellen, dass der Drehmoment übertragende Kopplungseingriff zwischen Gegenanschlagbauteil und Luftklappenbauteil trotz der thermisch bedingten Abmessungsänderungen gewährleistet ist, kann vorgesehen sein, dass das Luftklappenbauteil axial am Gegenanschlagbauteil festgelegt ist. Zu Zwecken von Reparatur und Wartung ist eine lösbare Festlegung bevorzugt, bei welcher die Bauteile zerstörungsfrei voneinander gelöst werden können. Als konstruktiv einfache Lösung, die auch in Fertigung und Montage nicht zu zusätzlichem Aufwand führt und die leicht handhabbar ist, bietet sich eine axiale Verrastung des Luftklappenbauteils mit dem Gegenanschlagbauteil an.
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Bevorzugt weist die erste und die zweite Verbindungsausbildung eine Profilierung auf, wie etwa ein Keilwellenprofil oder ein Polyederprofil, die eine formschlüssige Drehmomentübertragung mit einem entsprechend gegenprofilierten Gegenbauteil aufseiten des Drehantriebs einerseits und des Luftklappenbauteils andererseits ermöglicht.
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Zur stabilen Anordnung im Hinblick auf die bei herkömmlichem Kraftfahrzeugbetrieb auftretenden mitunter hohen dynamischen Kräfte ist bevorzugt, wenn der Drehantrieb auf einer Seite eines Abschnitts, etwa einer Wange oder Wand, des Trägers angeordnet ist und wenn das Luftklappenbauteil auf einer dieser entgegengesetzten Seite dieses Abschnitts angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Gegenanschlagbauteil den Abschnitt des Trägers von einer Seite zur anderen durchsetzt.
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Die vorliegende Anmeldung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
- 1: eine perspektivische Darstellung eines relevanten Teils einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Luftklappenanordnung,
- 2: den Drehantrieb und das Gegenanschlagbauteil der Luftklappenanordnung von 1 in perspektivischer Ansicht,
- 3: das Gegenanschlagbauteil von 2 in perspektivischer Ansicht und
- 4: eine Teilschnittansicht mit Blickrichtung entlang der Luftklappendrehachse bei zu dieser orthogonaler Schnittebene, geschnitten durch den Gegenanschlag des Gegenanschlagbauteils.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Luftklappenanordnung allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst einen Träger 12, einen Drehantrieb 14 und eine Luftklappe 16, welche um eine Luftklappenlängsachse L drehbar ist. Die Luftklappe 16 ist drehbar am Träger 12 aufgenommen.
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Der Drehantrieb 14 ist bevorzugt ein elektromotorischer Drehantrieb.
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Die Luftklappe 16 weist ein Luftklappenbauteil 18 auf, welches eine flächige Luftklappenflächenformation 20 und eine längsendseitige Lagerformation 22 aufweisen kann. Die Luftklappenflächenformation 20 dient dem eigentlichen Zweck der Luftklappe 16, nämlich einen effektiven Durchlassquerschnitt einer Luftdurchlassöffnung 24 zu verändern, in welcher die Luftklappe 16 üblicherweise angeordnet ist.
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Axial zwischen dem Drehantrieb 14 und der Luftklappe 16 ist ein Gegenanschlagbauteil 26 erkennbar, welches einen Gegenanschlag 28 zum Anlageeingriff mit einem in 1 nicht erkennbaren trägerseitigen Anschlag 38 (siehe 4) aufweist. Im Ausführungsbeispiel von 1 steht der Gegenanschlag 28 in radialer Richtung von dem übrigen Gegenanschlagbauteil 26 nach oben ab.
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Mittels des Gegenanschlagbauteils 26 kann die Luftklappe 16, genauer das Luftklappenbauteil 18, Drehmoment übertragend mit dem Drehantrieb 14 gekoppelt sein.
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In 2 ist der Drehantrieb 14 zusammen mit dem Gegenanschlagbauteil 26 dargestellt. Zu erkennen sind Befestigungsaugen 14a und 14b, mit welchen der Drehantrieb 14, genauer sein Gehäuse 30, an einer Seite des Trägers 12 befestigbar ist.
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Wie in 2 zu erkennen ist, kann die Antriebswelle 32 des Drehantriebs 14 als Hohlwelle ausgestaltet sein. In die Ausnehmung der Hohlwelle 32 kann eine erste Verbindungsausbildung 34 des Gegenanschlagbauteils 26 mit beispielsweise polyedrischer Umfangsgestalt eingesteckt sein. Die Innenwandung der Hohlwelle 32 ist vorzugsweise der polyedrischen Umfangsgestalt der ersten Verbindungsausbildung 34 negativ entsprechend ausgeformt, so dass von der Antriebswelle 32 auf die erste Verbindungsausbildung 34 formschlüssig ein Drehmoment um die Antriebswellenachse A übertragbar ist.
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An dem der ersten Verbindungsausbildung 34 entgegengesetzten Längsende der Gegenanschlagausbildung 26 kann eine zweite Verbindungsausbildung 36 ausgebildet sein, welche zur Drehmoment übertragenden Kopplung mit dem Luftklappenbauteil 18 ausgebildet ist. Auch die zweite Verbindungsausbildung 36 kann eine polyedrische Umfangsgestalt zur formschlüssigen Drehmomentübertragung von dem Gegenanschlagbauteil 26 auf das Luftklappenbauteil 18 aufweisen. Anstelle der in 2 gezeigten Profile kann auch eine oder beide Verbindungsausbildungen 34 oder/und 36 als Keilwellenprofil ausgebildet sein.
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In einem axial zwischen der ersten Verbindungsausbildung 34 und der zweiten Verbindungsausbildung 36 gelegenen Abschnitt (Durchsetzungsabschnitt 40) ist der Gegenanschlag 28 als radialer Fortsatz gebildet.
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Im fertig montierten Zustand sind die Antriebsachse A der Antriebswelle 32 des Drehantriebs 14 und die Luftklappenlängsachse L der Luftklappe 16 bzw. des Luftklappenbauteils 18 vorzugsweise kollinear.
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In 3 ist das Gegenanschlagbauteil 26 alleine dargestellt.
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Das Gegenanschlagbauteil 26 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, besonders bevorzugt aus einem gefüllten Kunststoff, gebildet. Dieser weist eine höhere Zugfestigkeit auf als der Werkstoff, vorzugsweise der Kunststoff, des Luftklappenbauteils 18. Besonders bevorzugt ist das Gegenanschlagbauteil 26 aus einem Polyamid „PA66GF30“ gebildet, also aus Polyamid 6.6 mit einem Glasfaseranteil von 30 %. Dieser Werkstoff weist nicht nur eine höhere Zugfestigkeit auf als der Werkstoff des Luftklappenbauteils, sondern weist überdies in dem zu erwartenden Betriebstemperaturbereich einen höheren E-Modul auf als der Werkstoff des Luftklappenbauteils 18. Aus Gründen hoher Festigkeit bei gleichzeitig einfacher Herstellung ist das Gegenanschlagbauteil 26 einstückig ausgebildet, etwa durch Spritzgießen.
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Das Luftklappenbauteil 18 ist bevorzugt aus PPGF30 hergestellt, also aus einem mit 30 % Glasfasern gefüllten Polypropylen. Dieser Werkstoff ist kostengünstiger, weist aber für die am Gegenanschlag 28 auftretenden Kräfte und Belastungen bei vorgegebener Anschlagsgeometrie nicht die notwendigen Festigkeiten auf.
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Das Luftklappenbauteil 18 ist vorzugsweise einstückig im Spritzgießverfahren oder in einem anderen Gießverfahren hergestellt.
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In 4 ist eine Teilschnittansicht der Luftklappenanordnung 10 unter Weglassung des Luftklappenbauteils 18 dargestellt.
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Dort erkennt man, wie der Gegenanschlag 28 an einem Anschlag 38 des Trägers 12 in Anlageeingriff ist. Durch diesen Anlageeingriff wird eine weitere Drehung des Gegenanschlagbauteils 26 und damit verbunden des Luftklappenbauteils 18 um die Luftklappendrehachse L in 4 im Uhrzeigersinn verhindert. Der Anlageeingriff definiert damit eine Relativendstellung des Luftklappenbauteils 18 relativ zum Träger 12 und damit relativ zur Luftdurchlassöffnung 24, da das Gegenanschlagbauteil 26 vorzugsweise in Drehrichtung um die Luftklappendrehachse L spielfrei mit dem Luftklappenbauteil 18 gekoppelt ist.
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Bevorzugt ist der Anschlag 38 einstückig im Spritzgießverfahren oder in einem anderen Gießverfahren mit dem Träger 12 ausgebildet. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Anschlag 38 als gesondertes Bauteil an den Träger 12 anmontiert ist. Der Anschlag 38 ist trägerfest, d. h. kann sich relativ zum Träger 12 außer durch Verformung nicht bewegen.
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Das Gegenanschlagbauteil 26 durchsetzt mit einem Durchsetzungsabschnitt 40 (siehe 3) eine Wange 12a (siehe 1) des Trägers 12, auf deren einer Seite der Drehantrieb 14 und auf deren anderer Seite das Luftklappenbauteil 18 vorgesehen sein kann. Mit der hier vorgestellten Lösung können sehr drehmomentstarke Drehantriebe 14 an der Luftklappenanordnung 10 eingesetzt werden, ohne dass hierfür der Anschlag 38 dicker oder sonstwie mit größerem Bauraumbedarf als bei herkömmlichen Lösungen mit einstückig am Luftklappenbauteil ausgebildetem Anschlag ausgeführt werden müsste.
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In den 1 bis 4 nicht dargestellt ist eine mögliche axiale Festlegung des Luftklappenbauteils 18 an der zweiten Verbindungsausbildung 36. Bevorzugt kann eine solche Festlegung als Verrastung ausgestaltet sein, beispielsweise indem eine Ausbildung aus zweiter Verbindungsausbildung 36 und Lagerformation 22 einen radial zur jeweils anderen Ausbildung hin vorstehenden Verrastungsvorsprung und der jeweils andere Abschnitt eine entsprechende Ausnehmung aufweist.