DE102012111017A1

DE102012111017A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012111017A1
Application number: DE102012111017.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Fischer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-05-15
Also published as: RU2542682C1; US20140135163A1; CN103821917A; BR102013029051A2; KR101479427B1; CN103821917B; US9382996B2; KR20140063438A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Luftleitplatte zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist eine Luftleitplatte zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug vorgesehen. Um eine optimale Kühlung des Achsdifferentials (1) zu gewährleisten und gleichzeitig einen Strömungswiderstandskoeffizienten des Kraftfahrzeugs nicht zu vergrößern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Luftleitplatte (5) am Achsdifferential (1) derart befestigt wird, dass eine Eigenbewegung des Achsdifferentials (1) eine Verstellung der Luftleitplatte (5) bewirkt. Dabei folgt die Luftleitplatte (5) den Eigenbewegungen des Achsdifferentials (1) und beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs wird ein Luftstrom (S1) auf das Achsdifferential (1) geleitet. Bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs wird kein Luftstrom (S) auf das Achsdifferential (1) geleitet und beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs wird der Luftstrom (S) vom Achsdifferential (1) weggeleitet, so dass am Achsdifferential (1) ein Unterdruck entsteht und eine Entlüftung des Achsdifferentials (1) in Form eines Luftstroms (S2) realisiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Luftleitplatte zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Luftleitplatte zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Aus der DE 44 29 924 A1 ist eine Unterbodenstruktur für Automobile bekannt. Diese Unterbodenstruktur eines Automobils ist so beschaffen, dass der Luftwiderstand unterhalb des Bodens des Automobils verringert und die Kühlleistung für wärmeabstrahlende Teile, wie ein Getriebe, verbessert wird. Dabei weist die vorbekannte Unterbodenstruktur eine Unterabdeckung auf, mit der ein Hochdruckbereich nach unten abdeckbar ist. Außerdem ist aus der vorbekannten Unterbodenstruktur bekannt, dass der Luftstrom vom Vorderende des Automobils entlang einer Unterseite strömt und eine Kühlung des Hinterachsgetriebes vornimmt. Nachteilig an der vorbekannten Unterbodenstruktur ist es, dass jede Veränderung der Strömung unter dem Fahrzeug eine Veränderung des Strömungswiderstandskoeffizienten erzeugt bzw. den Strömungswiderstandskoeffizienten des Kraftfahrzeugs verschlechtert.
Aus der KR 10-0821141 B1 ist eine Luftleitplatte zur Kühlung eines Hinterachsdifferentials bekannt. Die vorbekannte Luftleitplatte wird von einer Feder gehalten. Bei erhöhter Fahrzeuggeschwindigkeit überwindet der Fahrtwind die Federkraft und drückt die vorbekannte Luftleitplatte nach unten, was zu einer Kühlung des Hinterachsdifferentials führt. Sobald also eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht ist, wird die Luftleitplatte nach unten gedrückt und verschlechtert den Strömungswiderstandskoeffizienten, was gerade bei einer erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeit weniger vorteilhaft ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kühlung eines Achsdifferentials eines Kraftfahrzeugs darzustellen, das die vorbenannten Nachteile vermeidet und insbesondere den Zielkonflikt einer optimalen Kühlung des Achsdifferentials gegenüber einem möglichst niedrigen Strömungswiderstandkoeffizienten aufzulösen.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar. Die vorliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
Dabei ist es vorgesehen, dass die Luftleitplatte am Achsdifferential derart befestigt wird, dass eine Eigenbewegung des Achsdifferentials eine Verstellung der Luftleitplatte bewirkt. Dadurch, dass die Luftleitplatte am Gehäuse des Achsdifferentials befestigt ist, folgt die Luftleitplatte den Eigenbewegungen des Achsdifferentials. Das Achsdifferential leitet mit Hilfe der Luftleitplatte den Luftstrom unter dem Fahrzeug auf das Achsdifferential oder vom Achsdifferential weg. Die Luftleitplatte ist derart am Gehäuse des Achsdifferentials befestigt, so dass die Luftleitplatte durch die Eigenbewegungen des Achsdifferentials beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs den Luftstrom auf das Achsdifferential leitet und bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs keinen Luftstrom auf das Achsdifferential leitet. Beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs leitet die Luftleitplatte den Luftstrom vom Achsdifferential weg. Dadurch wird am Achsdifferential ein Unterdruck erzeugt und das Achsdifferential wird entlüftet. Durch die beschriebenen Maßnahmen erfolgt eine Belüftung des Achsdifferentials, eine Entlüftung und gleichzeitig bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs besteht ein optimaler Strömungswiderstandskoeffizient, der auch als cw-Wert bekannt ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes weist die Luftleitplatte Strömungsrippen auf. Diese Strömungsrippen sind auf der Unterseite und/oder Oberseits der Luftleitplatte angeordnet, um den Strömungswiderstandskoeffizient während einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist die Luftleitplatte so ausgebildet, dass mechanische Einwirkungen auf das Achsdifferential absorbiert oder zumindest teilweise absorbiert werden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Luftleitplatte den Eigenbewegungen des Achsdifferentials folgt, indem die Luftleitplatte am Achsdifferential befestigt ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs der Luftstrom auf das Achsdifferential geleitet wird und dass bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs kein Luftstrom auf das Achsdifferential geleitet wird. Weiterhin wird beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs der Luftstrom vom Achsdifferential weggeleitet, so dass am Achsdifferential ein Unterdruck entsteht. Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebswelle und einer Unterbodenverkleidung, während einer Konstantfahrt des Kraftfahrzeugs,
2 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs,
3 eine der 1 entsprechende schematische Darstellung bei der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.
In der 1 ist schematisch ein Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs dargestellt, im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es das Achsdifferential einer angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs. Das Achsdifferential 1 wird von einer Antriebswelle 2 angetrieben, die hier als Kardanwelle ausgebildet ist. Die Antriebskraft eines nicht dargestellten Antriebsmotors verläuft über die Antriebswelle 2 auf das Achsdifferential 1. Dort werden die Hinterräder, die hier lediglich schematisch dargestellt sind und mit dem Bezugszeichen 3 versehen sind, angetrieben. Unter dem Kraftfahrzeug ist eine Unterbodenverkleidung 4 vorgesehen, die vor dem Hinterrad 3 und hinter dem Hinterrad 3 angeordnet ist. Der Luftstrom, der bei der Fahrt des Kraftfahrzeuges entsteht, ist in 1 mit den Pfeilen unterhalb des Fahrzeuges dargestellt. Die Luftstrompfeile tragen das Bezugszeichen S. Das Achsdifferential 1 bewegt sich bei einer entsprechenden Fahrsituation um eine angedeutete Achse 6. Wie nachfolgend anhand der 2 und 3 noch näher erläutert wird, bewegt sich das Achsdifferential 1 um diese Achse 6. Diese Bewegung des Achsdifferentials 1 wird auch als Eigenbewegung des Achsdifferentials 1 bezeichnet. Der entscheidende Erfindungsgedanke ist es, dass die Eigenbewegungen des Achsdifferentials ausgenutzt werden, um damit eine bedarfsgerechte Belüftung und Entlüftung des Achsdifferentials zu verwirklichen. Es ist eine Luftleitplatte 5 am Achsdifferential 1 befestigt, so dass die Eigenbewegungen des Achsdifferentials 1 eine Verstellung der Luftleitplatte bewirken. In der 1 ist die Konstantfahrt des Kraftfahrzeugs dargestellt und wie 1 entnehmbar ist, befindet sich das Achsdifferential 1 während der Konstantfahrt in einer waagrechten Position. Die mit dem Achsdifferential verbundene Luftleitplatte 5 befindet sich ebenfalls in einer waagrechten Position. Die Strömung am Unterboden verläuft waagrecht unter dem Kraftfahrzeug entlang. Dies ist eine optimale Lage für die Luftleitplatte für einen niedrigen Luftwiderstand. Mit der in 1 dargestellten Lage der Luftleitplatte 5 ist der Strömungswiderstandskoeffizient optimal.
In der 2 ist die Fahrsituation des Abbremsens des Kraftfahrzeugs dargestellt. Wie es in 2 schematisch dargestellt ist, kippt das Achsdifferential 1 beim Abbremsen des Fahrzeugs nach vorne. Dadurch wird die Luftleitplatte 5 vorne nach unten gedrückt. Durch die Drehbewegung des Achsdifferentials 1 um die angedeutete Achse 6 bewegt sich die Luftleitplatte 5 in 2 links nach unten, was in Richtung des vorderen Teils des Fahrzeugs liegt. Durch die Öffnung der Luftleitplatte 5 vor dem Achsdifferential 1 wird die Strömung S am Unterboden dahingehend verändert, dass ein Luftstrom S1 auf das Achsdifferential 1 geleitet wird. Das Kippen der Luftleitplatte 5 gemeinsam mit dem Gehäuse 7 des Achsdifferentials 1 bewirkt eine Belüftung des Achsdifferentials 1 durch die Strömung am Unterboden. Durch die Belüftung des Achsdifferentials 1 wird das Achsdifferential 1 gekühlt.
In der 3 ist das Beschleunigen des Kraftfahrzeugs dargestellt. Dabei dreht das Achsdifferential 1 im Vergleich zur in 2 dargestellten Abbremsen des Fahrzeuges gerade in die andere Richtung. Wie es 3 entnehmbar ist, kippt die Luftleitplatte 5 in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in der Zeichnung rechts nach unten. Wie es 3 weiterhin entnehmbar ist, wird dadurch keine Luft bzw. kein Anteil des Luftstroms S auf das Achsdifferential 1 geleitet. Im Gegenteil entsteht durch das Kippen der Luftleitplatte 5 in der in 3 dargestellten Form ein Unterdruck. Dieser Unterdruck bewirkt eine Entlüftung des Bereichs um das Achsdifferential 1 herum. Dieser Effekt ist mit dem Effekt eines ausgestellten Schiebedachs vergleichbar, bei dem durch den Luftstrom um das Kraftfahrzeug herum ebenfalls ein Unterdruck entsteht und dadurch eine Entlüftung des Innenraums realisiert wird. In der 3 ist diese Entlüftung mit dem Luftstrom S2 bezeichnet. Das in 3 dargestellte Verkippen der Luftleitplatte 5 im Sinne der Entlüftung des Achsdifferentials 1 beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs beeinflusst die Strömung am Unterboden nur sehr wenig. Damit wird der Strömungswiderstandskoeffizient gerade bei der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs nicht beeinflusst.
Dagegen ist beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges, wie es in 2 dargestellt ist, eine Beeinflussung des Strömungswiderstandskoeffizienten durch das Verkippen der Luftleitplatte gegeben. Der Strömungswiderstandskoeffizient wird größer beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges, wie es in 2 dargestellt ist. Eine Vergrößerung des Strömungswiderstandskoeffizienten beim Abbremsen kann jedoch hingenommen werden oder ist sogar erwünscht.
Es bleibt festzuhalten, dass die Befestigung der Luftleitplatte 5 am Achsdifferential 1 bewirkt, dass eine Eigenbewegung des Achsdifferentials 1 eine Verstellung der Luftleitplatte 5 nach sich zieht. Wie anhand der 1 bis 3 bereits erläutert wurde, leitet die Luftleitplatte 5 durch die Eigenbewegungen des Achsdifferentials 1 beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs den Luftstrom S1 auf das Achsdifferential 1 und kühlt es dadurch. Bei einer Konstantfahrt, wie es in 1 dargestellt ist, befindet sich die Luftleitplatte 5 in einer waagrechten Position und beeinflusst den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs bzw. den Strömungswiderstandskoeffizienten des Kraftfahrzeugs nicht. Beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges, wie es anhand von 3 erläutert wurde, wird der Luftstrom S vom Achsdifferential 1 weggeleitet, so dass am Achsdifferential 1 ein Unterdruck entsteht und das Achsdifferential 1 entlüftet wird, was durch den Luftstrom S2 angedeutet ist. Auf diese besonders einfache Weise wird daher eine wirksame Belüftung und Entlüftung des Achsdifferentials 1 erzielt, ohne dabei den Strömungswiderstandskoeffizienten des Kraftfahrzeugs erheblich zu erhöhen.
Um den Strömungswiderstandskoeffizienten des Kraftfahrzeugs zu verbessern, ist die Luftleitplatte 5 in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes mit Strömungsrippen versehen, die in den 1 bis 3 jedoch nicht dargestellt sind. Die Strömungsrippen sind dabei auf der Unterseite der Luftleitplatte 5 angeordnet, um den Strömungswiderstandskoeffizienten während einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich können die Strömungsrippen auf der Oberseits der Luftleitplatte 5 angeordnet sein.
Die auf der Unterseite der Luftleitplatte 5 angebrachten Strömungsrippen sorgen für eine verbesserte Kühlung des Achsdifferentials 1 bei allen beschriebenen Fahrsituationen durch eine Vergrößerung des Kühlkörpers. Allerdings besteht bei Strömungsrippen an der Unterseite der Luftleitplatte 5 oft ein Problem mit der Bodenfreiheit.
Sind die Strömungsrippen auf der Oberseite der Luftleitplatte 5 angeordnet, so verbessert sich ebenfalls die Kühlung des Achsdifferentials 1 durch die Vergrößerung des Kühlkörpers. Diese verbesserte Kühlung aufgrund der Strömungsrippen ist allerdings nur bei einer Belüftung des Achsdifferentials 1, wie es in 1 dargestellt ist, wirksam.
Zusätzlich kann die Luftleitplatte 5 so ausgebildet sein, dass mechanische Einwirkungen, wie Schläge oder Stöße auf das Achsdifferential 1 absorbiert oder wenigstens teilweise absorbiert werden.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es also, dass die Luftleitplatte 5 den Eigenbewegungen des Achsdifferentials 1 folgt, indem die Luftleitplatte 5 am Achsdifferential 1 befestigt ist. Es werden dabei die Eigenbewegungen des Achsdifferentials 1 ausgenutzt, um eine Kühlung des Achsdifferentials 1 zu gewährleisten und gleichzeitig einen optimalen Strömungswiderstandskoeffizienten (cw-Wert) zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4429924 A1 [0002]
KR 10-0821141 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Kühlung eines Achsdifferentials (1) eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Luftleitplatte (5) zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitplatte (5) am Achsdifferential (1) derart befestigt wird, dass eine Eigenbewegung des Achsdifferentials (1) eine Verstellung der Luftleitplatte (5) bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitplatte (5) am Gehäuse (7) des Achsdifferentials (1) befestigt ist und dass die Luftleitplatte (5) durch die Eigenbewegungen des Achsdifferentials (1) beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs den Luftstrom (S) auf das Achsdifferential (1) leitet, bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs keinen Luftstrom (S) auf das Achsdifferential (1) leitet und beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs den Luftstrom (S) vom Achsdifferential (1) weg leitet, sodass am Achsdifferential (1) ein Unterdruck entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitplatte (5) Strömungsrippen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrippen auf der Unterseite und/oder Oberseite der Luftleitplatte (5) angeordnet sind, um den Strömungswiderstandskoeffizient während einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs auf ein Minimum zu reduzieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitplatte (5) so ausgebildet ist, dass mechanische Einwirkungen auf das Achsdifferential (1) absorbiert oder teilweise absorbiert werden.
Verfahren zur Kühlung eines Achsdifferentials (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Luftleitplatte (5) zum Leiten des Luftstroms unter dem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitplatte (5) der Eigenbewegung des Achsdifferentials (1) folgt, indem die Luftleitplatte (5) am Achsdifferential (1) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs der Luftstrom (S) auf das Achsdifferential (1) geleitet wird und dass bei einer konstanten Fahrt des Kraftfahrzeugs kein Luftstrom (S) auf das Achsdifferential (1) geleitet wird und dass beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs der Luftstrom (S) vom Achsdifferential (1) weg geleitet wird, sodass am Achsdifferential (1) ein Unterdruck entsteht.