DE10104649C2 - Luftleitvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftleitvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Luftleitvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Aus DE 30 03 565 C2 ist eine Luftleitvorrichtung zur Verbesserung der Aero­ dynamik eines Personenwagens bekannt, welche sich im wesentlichen über die gesamte breite des Hecks des Personenwagens erstreckt. Die Luftleitvorrich­ tung umfaßt mindestens eine bewegliche Klappe, die mittels einer aufblasbaren Hülle von einer versenkten Ruhestellung in eine ausgefahrene Betriebsstellung bewegbar ist.

DE 36 32 033 A1 beschreibt zwei strömungsbeeinflussende Klappen, die bei einem Vollheck-Kraftfahrzeug im Bereich der C-Säulen an der Dachhinterkante vorgesehen sind. Diese Klappen dienen dazu, einerseits der Verschmutzungs­ gefahr des Heckfensters bei nasser Fahrbahn durch Erzeugung von Randwir­ beln zu begegnen und andererseits den Strömungswiderstand niedrig zu hal­ ten.

Verlagerbare Spoiler zur Verbesserung des Fahrverhaltens eines Fahrzeuges sind ferner aus DE 35 12 378 C2 und US 4 925 236 bekannt, wobei es sich bei den Spoilern nach US 4 925 236 um seitlich am Heck des Fahrzeugs angeordnete Wing-Spoiler handelt, welche in einer Ruhestellung innerhalb der Kontur des Fahrzeuges liegen. Die Spoiler gemäß DE 35 12 378 C2 werden in Abhängigkeit von Sensorsignalen verstellt.

Darüber hinaus sind aus DE 29 28 342 A1 und US 2 933 344 feststehende Luftleitvorrichtungen zur Verbesserung des Fahrverhaltens bzw. zur Freihaltung des Rückfensters von Schmutz bekannt.

Aus EP 0 738 650 A2 ist bekannt, im Bereich der Radkästen Strömungskanäle anzuordnen, um am Heck eines Fahrzeuges einen sogenannten "Schwanzstrom" zu erzeugen. Dieser "Schwanzstrom" soll aerodynamisch die Wirkung haben, ein Fahrzeug mit abgeschnittenem Heck virtuell so zu verlängern, als habe es eine feste Stromlinienform. Um dies zu erreichen, sollen die Räder Flügel aufweisen, die einen zusätzlichen Luftstrom erzeugen.

Schließlich sind in der DE 40 12 277 C2, von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 10 als nächstkommendem Stand der Technik ausgehen, Strömungskanäle offenbart, die das Innere der zur Fahrbahn offenen Radkästen mit seitlichen oder heckseitigen Auslaßöffnungen verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftleitvorrichtung sowie eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Luftleitvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher das Fahrverhalten eines Personenkraftwagens weiter verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Luftleitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Kraftfahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die mindestens eine Luftleitele­ menteanordnung an einen Strömungskanal anschließt, welcher das Innere ei­ nes zur Fahrbahn offenen Radkastens mit der Fahrzeugoberseite verbindet. Durch die Anordnung der Luftleitelementeanordnung an einen zum Radkasten offenen Strömungskanal wird eine sehr wirkungsvolle Entlüftung der Radkästen erreicht, was bei fahrendem Fahrzeug zu einem verringerten Widerstand der sich drehenden Räder und gleichzeitig zu einer verbesserten Fahrzeugumströ­ mung und damit einem verringerten Luftwiderstandsbeiwert führt. Ferner weist die Luftleitelementeanordnung mindestens zwei Luftleitelemente auf, deren aerodynamische Wirkung der von Heckflügeln entspricht. Damit ist es möglich, neben der Entlüftung der Radkästen gleichzeitig durch einen erhöhtem Anspreßdruck der Räder ein verbessertes Fahrverhalten zu erreichen.

Vorzugsweise sind die Luftleitelemente tragflügelartig ausgebildet. Wenn es sich bei den Rädern um die Antriebräder des Fahrzeuges handelt, wird insbesondere deren Traktion verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Luftleitelementeanord­ nung ein Gehäuse auf, dessen aerodynamische Wirkung der eines Spoilers entspricht.

Durch eine veränderbare Lage des bzw. der Luftleitelemente bezüglich der Fahrzeugstandebene ist es möglich, eine je nach Beladungs- oder Fahrzustand optimale Wirkung zu erzielen. Dies gilt insbesondere, wenn neben den Luftleit­ elementen auch die gesamte Luftleitelementeanordnung bezüglich der Fahr­ zeugstandebene schwenkbar ausgebildet ist.

Vorzugsweise weist die Luftleitelementeanordnung eine Verstelleinrichtung auf, mit welcher die Lage der Luftleitelementeanordnung und/oder der Luftleitele­ mente zur Fahrzeugstandebene während der Fahrt verstellbar ist. Mit einer Steuerung, welche die Lage der Luftleitelementeanordnung und/oder der Luftleitelemente zur Fahrzeugstandebene in Abhängigkeit von der Fahrzeugge­ schwindigkeit vorgibt, sind dann optimale Fahrleistungen erreichbar, ohne daß der Fahrer eines Fahrzeugs dafür irgendwelche Maßnahmen ergreifen muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Heckpartie eines Personenkraftwagens in teilweise geschnittener Darstellung mit einer Luftleitvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 die Luftleitvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung als Prinzipzeichung,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Luftleitvorrichtung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem durch die Luftleitvorrichtung verursachten zusätzlichen Heckauftriebsbeiwert, dem durch die Luftleitvorrichtung ebenfalls verursachten zusätzlichen Luftwiderstand und der Winkelstellung der Luftleitelemente der Luftleitvorrichtung in den Fig. 1 und 2, und

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs des Anpress druckes und der Fahrzeuggeschwindigkeit bei unterschiedlichen zusätzlichen Heckauftriebsbeiwerten, berechnet für übliche PKW- Größen.

Die in Fig. 1 gezeigte Heckpartie 10 eines Pkw weist eine Karosserie 12 auf, in welcher ein ein Rad 14 umschließender Radkasten 16 ausgebildet ist. Der Rad­ kasten 16, der zu einer einer Fahrbahn oder Fahrzeugstandfläche 18 hin offen ist, ist mit der Fahrzeugoberseite 20 hin mit einem nach oben offenen Strö­ mungskanal 22 verbunden. Im Bereich des oberen Endes des Strömungska­ nals 22 ist eine Luftleitelementeanordnung 24 angeordnet, welche im ruhenden Zustand des Pkw vollständig innerhalb der Karosserie 12 des Fahrzeuges liegt. Die laterale Ausdehnung der Luftleitelementeanordnung 24 hat dabei nahezu die gleiche Größe wie der Querschnitt des Strömungskanals 22.

In Fig. 1 ist lediglich eine Luftleitelementeanordnung gezeigt. Bei einem Fahr­ zeug mit zwei Rädern im Heckbereich sind jedoch zwei solcher Luftleitelementeanordnung 24 vorgesehen, und zwar je Fahrzeugseite eine, wobei diese beiden Luftleitelementeanordnungen zusammen die Luftleitvor­ richtung bilden. Gemäß einem in den Figuren nicht gezeigten Aspekt der Erfindung ist es auch möglich, die Strömungskanäle zweier Radkästen zusammenzuführen und mittels einer einzigen Luftleitvorrichtung zu entlüften.

Die Luftleitelementeanordnung 24, welche in Fig. 2 im Detail gezeigt ist, weist ein Gehäuse 26 auf, welches mehrere Luftleitelemente 28, 30, 32, 34, 36 rah­ menartig umschließt. Bei diesem Gehäuse wirken die in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Seitenplatten 38, von denen nur eine gezeigt ist, wie Stabilisie­ rungsflossen, welche Querbeschleunigungen des Fahrzeuges reduzieren. Die in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vorne liegenden Stirnseiten 40 dieser Sei­ tenplatten 38 wirken nach Art eines Spoilers.

Die Seitenplatten 38, zwischen denen sich die Luftleitelemente 28, 30, 32, 34, 36 mindestens teilweise erstrecken, sind an ihrem unteren Enden mittels eines Strukturteiles 42 miteinander verbunden. An diesem Strukturteil 42 greift eine Kolbenstange 44 einer Kolbenzylindereinheit 46 an, die eine Verstelleinrichtung darstellt und mittels welcher das Gehäuse 26 und damit die Luftleitelemente 28, 30, 32, 34, 36 in ihrer Lage in Bezug auf die Karosserie 12 verlagerbar sind. Das Gehäuse 26 und die Kolbenzylindereinheit 46 sind dabei so ausgelegt, das der Winkel α zwischen der Fahrzeugstandfläche 18 und der Gehäuseebene 35° bis 50° einnehmen kann. Je nach den aerodynamischen Anforderungen sind auch Neigungen der Gehäuseebene bis 70° ausführbar. Gemäß einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die einzelnen Luftleitelemente relativ zueinander und zu dem Gehäuse verstellbar, wobei eine Mechanik dafür sorgt, daß mit dem Ausklappen des Gehäuses je nach dessen Winkel auch der Winkel der Luftleitelemente verstellt wird.

Die Luftleitelemente 28, 30, 32, 34, 36, die gemäß der ersten Ausführungsform der Luftleitvorrichtung als im wesentlichen ebene Platten ausgebildet und par­ allel zueinander angeordnet sind, verlaufen zu der Ebene des Gehäuses 26 unter einem Winkel β = 55°, so daß eine resultierende Neigung der Luftleitele­ mente 28, 30, 32, 34, 36 relativ zur Fahrzeugstandfläche 18 aufgrund der Ge­ häuseverstellung von 0° bis 15° möglich ist. Die resultierende Neigung γ ergibt sich dabei als γ = α + 90° - β.

Die Luftleitelementeanordnung 124 der Luftleitvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform in Fig. 3 unterscheidet sich von der Luftleitelementeanord­ nung 24 der Luftleitvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß die Luftleitelemente 128, 130, 132, 14 zueinan­ der fächerartig angeordnet sind. Für die Luftleitelementeanordnung 124 sind daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber der ersten Ausführungsform um 100 erhöht worden sind. Auf die entsprechenden Beschreibungsteile wird hiermit verwiesen.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die Neigungswinkel β wie folgt:

β₁ = 58°, β₂ = 57°, β₃ = 56°, β₄ = 55°.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Winkel α aufgrund der als Ver­ stelleinrichtung vorgesehenen Kolbenzylindereinheit 46, 35° bis 50° betragen kann, ergeben sich dadurch resultierende Neigungswinkel γ₁ = 3° bis 18°, γ₂ = 2° bis 17°, γ₃ = 1° bis 16°, γ₄ = 0° bis 15°.

Fig. 4 zeigt, wie sich der resultierende Neigungswinkel γ der Luftleitelemente 28, 30, 32, 34, 36 auf den zusätzlichen Heckauftriebsbeiwert c_AH und auf den zusätzlichen Luftwiderstandsbeiwert c_D auswirkt. Ferner zeigt Fig. 5 wie sich bei verschiedenen zusätzlich Heckauftriebsbeiwerten c_AH der Zusammenhang zwischem zusätzlichen Anpressdruck aufgrund der Luftleitvorrichtung und der Fahrzeuggeschwindigkeit gestaltet. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein zusätzlicher Heckauftriebsbeiwert c_AH zwischen -0,5 und -1,0 als ausreichend angesehen wird, sind resultierende Neigungswinkel γ zwischen 4° und 12° bei der Auslegung der Luftleitvorrichtung besonders geeignet, wobei vorzugsweise ein resultierender Neigungswinkel γ = 5,3° als besonders bevor­ zugt angesehen wird. Bei der Wahl eines solchen resultierenden Neigungswin­ kels γ ist es vertretbar, auf eine Neigungsverstellung des Gehäuses 26 bzw. 126 während der Fahrt des Kraftfahrzeuges zu verzichten und für die Verstell­ einrichtung lediglich die Einnahme der Entlagen bei α = 0° und α = 40,3° vorzu­ sehen.

Claims (10)

1. Luftleitvorrichtung mit mindestens einem Strömungskanal (22; 122), welcher das Innere eines zur Fahrbahn (18) offenen Radkastens (16) mit einer Fahrzeugaußenseite verbindet, dadurch gekennzeichnet,
daß eine mindestens zwei Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) aufweisende Luftleitelementeanordnung (24; 124) vorgesehen ist, die sich an den Strömungskanal (22; 122) anschließt,
daß der Strömungskanal (22; 122) das Innere des zur Fahrbahn (18) offenen Radkastens (16) mit der Fahrzeugoberseite (20) verbindet, und
daß die aerodynamische Wirkung der mindestens zwei Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) der von Heckflügeln entspricht.

2. Luftleitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Luftleitelemente tragflügelartig ausgebildet sind.

3. Luftleitvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelementeanordnung (24; 124) ein Gehäuse (26; 126) aufweist, dessen aerodynamische Wirkung der eines Spoilers entspricht.

4. Luftleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) bezüglich der Fahrzeugstandebene (18) veränderbar ist.

5. Luftleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) in ihrer Lage zueinander starr festgelegt sind.

6. Luftleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) parallel oder fächerförmig zueinander festgelegt sind.

7. Luftleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelementeanordnung (24; 124) bezüglich der Fahrzeugstandebene (18) schwenkbar ausgebildet ist.

8. Luftleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelementeanordnung (24; 124) eine Verstelleinrichtung (46; 146) aufweist, mit welcher die Lage der Luftleitelementeanordnung und/oder der Luftleitelemente (28, 30, 32, 34, 36; 128, 130, 132, 134) zur Fahrzeugstandebene (18) während der Fahrt verstellbar ist.

9. Luftleitvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung eine Steuerung aufweist, welche die Lage der Luftleitelementeanordnung und/oder der Luftleitelemente zur Fahrzeugstandebene in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgibt.

10. Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Luftleitvorrichtung mit im Bereich des Fahrzeughecks angeordneten Radkästen (16) zur Aufnahme der heckseitigen Räder(14), wobei die Radkästen (16) jeweils einen Strömungskanal (22) aufweisen, welcher das Innere des jeweiligen, zur Fahrbahn (18) offenen Radkastens (16) mit der Fahrzeugaußenseite verbindet, gekennzeichnet durch eine je Radkasten (16) vorgesehene Luftleitvorrichtung (24; 124) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Strömungskanal (22) das Innere des zur Fahrbahn (18) offenen Radkastens (16) mit der Fahrzeugoberseite (20) verbindet.