-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur optimierten Abführung von Luftströmen durch eine Luftleiteinrichtung aus einem Fahrzeug.
-
Motoren in Fahrzeugen erzeugen häufig hohe Abwärme, die abgeführt werden muss, um die Motoren vor Beschädigungen, bspw. durch Überhitzung zu schützen.
-
Eine Vorrichtung zur Entwärmung von insbesondere Schienenfahrzeugen ist in der Druckschrift
DD 222 553 A1 beschrieben, bei der eine ankommende Luftströmung derart durch ein Luftleitblech geleitet wird, dass nach dem Passieren der Vorrichtung einzelne gleichmäßige Luftstrahlen entstehen. Dabei wird vor der Vorrichtung ein nahezu ausgeglichenes Überdruckfeld erzeugt, durch das eine aerodynamische Sperrwirkung für Regen, Schnee und Sand in umgekehrter Strömungsrichtung besteht.
-
Zur Belüftung eines Bremsrotors innerhalb eines Rades ist in der
japanischen Druckschrift 2010-167901 A eine Anordnung mit sechs Kühlfinnen vorgesehen, die mit zunehmender Nähe zum Heck des Fahrzeugs stärker gebogen sind. Dabei dienen die Kühlfinnen dazu, Luft auf den Bremsrotor zu blasen, der zum Bremsen des Rades dient. Durch die Kühlfinnen einströmende Luft wird dabei gebündelt und als Kühlungsstrahl auf den Bremsrotor geleitet.
-
In der deutschen Druckschrift
DE 10 2010 037 617 A1 ist eine Luftleiteinrichtung offenbart, die zur Entwärmung eines Kühlers eintretende Luft nach außen durch jeweilige Radhäuser des Fahrzeugs ableitet. Dabei sind von der Luftleiteinrichtung umfasste Luftleitlamellen derart unterschiedlich angestellt, dass ein Teil der anströmenden Luft an die Umgebung des Fahrzeugs abgeleitet und ein weiterer Teil zur Fahrzeuginnenseite geleitet und mittels einer Umlenkschaufel zur Kühlung einer Radbremse verwendet wird.
-
Vor diesem Hintergrund wird eine Luftleiteinrichtung vorgestellt, die in einem Radhaus eines Kraftfahrzeugs anzuordnen ist und mehrere Lamellen umfasst, wobei jede Lamelle mindestens einen ersten Bereich mit einem ersten Profil und mindestens einen zweiten Bereich mit einem zweiten Profil umfasst, wobei das jeweilige Profil des jeweiligen Bereichs der jeweiligen Lamelle an jeweilige vorliegende Strömungsverhältnisse durch eine jeweilige Ausformung und einen jeweiligen Anstellwinkel angepasst ist, so dass ein die Lamellen anströmender Luftstrom einen reduzierten Luftwiderstand beim Passieren der jeweiligen Lamellen zu überwinden hat.
-
Beschleunigung und Geschwindigkeit eines Fahrzeugs hängen unter anderem davon ab, wieviel Kraft in Form von Luftwiderstand das Fahrzeug für seine Bewegung zu überwinden hat. Dieser Luftwiderstand bzw. Strömungswiderstandskoeffizient (CW-Wert) des Fahrzeugs hängt wiederum davon ab, wie effizient anströmende Luft um das Fahrzeug bzw. durch das Fahrzeug oder auch durch Teile des Fahrzeugs geleitet wird.
-
Mittels der vorgestellten Luftleiteinrichtung ist eine effiziente, d.h. energiesparende Abführung von Luftströmen innerhalb eines Fahrzeugs möglich. Dazu wird durch einen Wärmetauscher, d.h. einen Kühler abgegebene und ggf. durch einen Lüfter beschleunigte Luft in Form eines Luftstroms durch einen Lüftungskanal zu einem jeweiligen, die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung umfassenden Radhaus geleitet. Um den Luftwiderstand beim Austritt des Luftstroms durch die Luftleiteinrichtung möglichst gering zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass von der Luftleiteinrichtung umfasste Lamellen derart geformt und in Bezug auf den Luftstrom ausgerichtet sind, dass diese einen effizienten Übergang des Luftstorms von innerhalb des Fahrzeugs nach außen ermöglichen.
-
Da der Luftstorm aufgrund der Beschleunigung durch den Lüfter meist nicht linear sondern turbulent strömt, bilden sich in dem erwähnten Lüftungskanal, insbesondere im Bereich vor der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung, Strömungsbereiche unterschiedlicher Geschwindigkeiten und damit verbundener unterschiedlicher aerodynamischer Eigenschaften. Die jeweiligen aerodynamischen Eigenschaften bedingen unterschiedliche Anforderungen an ein jeweiliges Profil der Lamellen die zum Übergang in die Fahrzeugumgebung vorgesehen sind.
-
Während turbulente Strömungen bei eher steilen Anstellwinkeln die Luftleiteinrichtung effizient passieren, zeigen lineare Strömungen ein effizientes Strömungsverhalten bei flachen Anstellwinkeln.
-
Unter einem Anstellwinkel ist im Kontext der vorliegenden Erfindung der Winkel zu verstehen, um den eine Lamelle um ihre Längsachse gedreht ist. Ferner gibt der Anstellwinkel Auskunft über einen Winkel zwischen einer Richtung eines anströmenden Fluids und einer Sehne des jeweiligen Profils der jeweiligen Bereiche der jeweiligen Lamelle. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Anstellwinkel der jeweiligen Profile zwischen den jeweiligen Bereichen der Lamellen ändert.
-
Unter einem Profil ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Gestalt, d.h. eine äußere Form, insbesondere eines jeweiligen Bereichs einer Lamelle zu verstehen. Es ist denkbar, dass die Lamellen sowohl in Längs- als auch in Querrichtung verlaufen und von einem oder mehreren Stützelementen in ihren Positionen gehalten werden. Ein weiterer durch die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung bedingter Effekt ist in einer Reduktion von Auftrieb gegeben. Auftrieb wirkt sich auf eine Fahrstabilität des Fahrzeugs negativ aus und wird durch die vorgestellte Luftleiteinrichtung reduziert, wodurch sich die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung auch positiv auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten auswirkt.
-
In einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass der die Lamellen anströmende Luftstrom derart aus dem Fahrzeug geleitet wird, dass der Luftstrom möglichst direkt aus dem Radhaus entweicht, d.h. der Luftstrom nicht gerade auf ein in dem Radhaus rotierendes Rad gelenkt wird, das die Luft mitreißen und im Radhaus halten würde, sondern flach an dem Rad vorbei, wodurch sowohl Luftwiderstand als auch Auftrieb des Fahrzeugs reduziert werden. Weiterhin wird durch diese flache Ausleitung der Luft ein Überdruck und damit ein Auftrieb innerhalb des Radhauses reduziert.
-
Als Radhaus ist im Kontext der vorgestellten Erfindung der Teil eines Fahrzeugs zu verstehen, in dem ein jeweiliges Rad, insbesondere ein Vorderrad angeordnet ist. Dabei umfasst der Begriff Radhaus insbesondere Kunststoffeinsätze in Kotflügeln des Fahrzeugs ohne sich jedoch darauf zu beschränken.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Bereiche jeder Lamelle ein gebogenes bzw. tropfenförmiges Profil mit einem dicken Ende und einem dünnen Ende aufweisen, wobei die Enden jeweiligen Strömungsverhältnissen entsprechend ausgerichtet sind.
-
Vorzugsweise sind diejenigen Teile mit einem dicken Profil so auszurichten, dass diese von eher langsamen linearen Strömungen angeströmt werden, wohingegen die Teile mit einem dünneren Profil von turbulenten Strömungen passiert werden. Durch eine Biegung der jeweiligen Bereiche der Lamellen in Form eines gebogenen, d.h. gekrümmten Wassertropfens der sich in seinen Ausmaßen von dick zu dünn verjüngt, ist es möglich, für jeweilige Strömungsverhältnisse optimierte Auslassöffnungen bereitzustellen, so dass ein effizienter Übergang des gesamten Luftstroms aus dem Fahrzeug ermöglicht wird. Dabei strömt der Luftstrom gegenüber gleichmäßig geformten Auslassöffnungen schneller und dadurch effizienter in die Umgebung ab.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens einer der jeweiligen Bereiche einer Lamelle ein Profil mit einem flachen Anstellwinkel und mindestens ein weiterer Bereich derselben Lamelle ein Profil mit einem steilen Anstellwinkel aufweist.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die Lamellen derart ausgestaltet sind, dass ein Eintreten von Schmutz durch die Luftleiteinrichtung in das Fahrzeug verhindert wird.
-
Generell dienen Radhäuser, d.h. Radhausschalen vornehmlich dazu, durch jeweilige Räder aufgesammelten Straßenbelag, d.h. bspw. Schmutz in Form von Gestein oder Ähnlichem an einem Eintritt in das Fahrzeuginnere zu hindern. Um diese Funktion weiterhin zu erhalten und dennoch Luftleiteinrichtungen für einen Luftaustausch zwischen Fahrzeuginnerem und der jeweiligen Umgebung bereitzustellen, sind die Lamellen bei der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung derart geformt, dass eine Passage von ggf. aufgewirbelten Partikeln, wie bspw. Schmutz, entgegen der Strömungsrichtung durch die Lamellen versperrt wird.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung zur Ausleitung eines durch einen Wärmetauscher erwärmten Luftstroms dient.
-
Da Wärmetauscher in Fahrzeugen häufig durch Lüfter mit Kühlluft versorgt werden, sind sowohl die Wärmetauscher als auch die damit verbundenen Lüfter zu einem erheblichen Teil an einer Einleitung abzuleitender Luft beteiligt. Da ferner häufig mehrere Lüfter gleichzeitig betrieben werden, ergeben sich dadurch bedingt mehrere Strömungen bzw. Strömungsschichten mit unterschiedlichen Strömungseigenschaften. Die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung ist derart ausgestaltet, dass für diese jeweiligen Strömungseigenschaften optimierte, d.h. angepasste Profile der jeweiligen Bereiche der Lamellen der Luftleiteinrichtung bereitgestellt werden, so dass die jeweiligen Strömungen bzw. Strömungsschichten effizient aus dem Fahrzeug ausgeleitet werden.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die Profile der jeweiligen Bereiche der Lamellen an jeweilige Strömungsbereiche bzw. Strömungsschichten des Luftstroms angepasst sind.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Bereiche der Lamellen sich in ihrem jeweiligen Profil in Abhängigkeit einer Position des Wärmetauschers unterscheiden, d.h. an die Position des Wärmetauschers angepasst sind.
-
Bedingt durch eine jeweilige Position des Wärmetauschers ändern sich jeweilige Eigenschaften des durch den Wärmetauscher bzw. des mit dem Wärmetauscher verbundenen Lüfters bedingten Luftstroms. Um die durch die jeweiligen Postionen bedingten Luftströme effizient auszuleiten, ist denkbar, dass die jeweiligen Bereiche der Lamellen der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung jeweiligen Strömungsverhältnissen entsprechend ausgestaltet werden. Eine Möglichkeit wäre bspw. eine einer jeweiligen Einbauseite angepasste Form oder eine einer Distanz zu dem jeweiligen Lüfter bzw. Lüftern angepasste Form, so dass schnelle turbulente Strömungen, die von einem nahegelegenen Lüfter stammen, durch große Öffnungen abgeführt werden, d.h. durch jeweilige Bereiche der Lamellen mit einem steilen Profil, d.h. einem steilen Anstellwinkel wohingegen eher langsamere, durch einen entfernteren Lüfter zugeführte Strömungen durch eher schmalere Öffnungen, d.h. durch jeweilige Bereiche der Lamellen mit einem flachen Profil, d.h. einem flachen Anstellwinkel abgeführt werden.
-
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung ist vorgesehen, dass die jeweiligen Bereiche der Lamellen sich in ihrem Profil in Abhängigkeit einer Position und/oder einer Form des jeweiligen Radhauses unterscheiden.
-
Da die Strömungsverhältnisse in dem jeweiligen Radhaus großen Einfluss auf ein jeweiliges Abströmverhalten der durch die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung austretenden Luft hat, bedingt eine jeweilige Ausgestaltung des Radhauses auch eine jeweilige angepasste Form der Luftleiteinrichtung. So bedingen schmalere Radhäuser bspw. länglichere Luftleiteinrichtungen.
-
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Entwärmung eines Wärmetauschers in einem Fahrzeug, bei dem ein durch den Wärmetauscher erwärmter Luftstrom durch eine Luftleiteinrichtung mit mindestens zwei Bereichen mit jeweils unterschiedlichen, mit unterschiedlichen Anstellwinkeln ausgestaltete Profile umfassenden Lamellen, die in einem Radhaus des Fahrzeugs anzuordnen ist, an eine jeweilige Umgebung abgegeben wird.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere der Entwärmung von Fahrzeugen bei hohen Geschwindigkeiten, bei denen einströmende Luftmassen starke Luftströmungen bedingen, durch die in jeweiligen Radhäusern gefährliche Auftriebswirkungen erzeugt werden, die durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens reduziert werden.
-
In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil des Luftstroms derart in das Radhaus geleitet wird, dass eine in dem Radhaus angeordnete Radbremse gekühlt wird.
-
Da eine in einem jeweiligen Radhaus angeordnete Radbremse sich bei Benutzung erwärmt und ggf. Kühlung benötigt, ist vorgesehen, mindestens einen Teil der durch die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung abgeführten Luft so auf die Radbremse zu leiten, dass diese gekühlt wird. Dabei kann das Leiten der Luft auf die Radbremse sowohl durch ein entsprechendes Profil jeweiliger Bereiche der Lamellen und/oder durch eine vorzusehende Umlenkschaufel erfolgen.
-
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung.
-
Das vorgestellte Herstellungsverfahren betrifft insbesondere ein Spritzgussverfahren, wobei jede andere technisch geeignete Herstellungsmethode, wie bspw. Pressen oder Fräsen ebenfalls denkbar ist.
-
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
1 zeigt eine Anordnung einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung in einem Fahrzeug.
-
2 zeigt eine Detailansicht von Lamellen einer weiteren möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung.
-
Die in 1 dargestellte Anordnung zeigt einen Luftkanal in einem Fahrzeug, der einen Lufteintritt 1, einen Lüfter 3, der mit einem Wärmetauscher 5 verbunden ist, und eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung 7 umfasst. Durch Pfeil 9 dargestellte, während einer Fahrt einströmende kalte Luft gelangt durch den Lufteintritt 1 zu dem Wärmetauscher 5, der mit dem Lüfter 3 verbunden ist. Die kalte einströmende Luft nimmt abgestrahlte Wärme des Wärmetauschers 5 auf und wird anschließend durch den Lüfter 3 in Richtung der Luftleiteinrichtung 7 geblasen.
-
Luftleiteinrichtung 7 umfasst Lamellen 12, deren Anstellwinkel über die Höhe der Lamellen 12 variiert. Weiterhin variieren auch die Abstände der Lamellen 12 untereinander, wodurch unterschiedlich große Strömungsfenster 13, 15 gebildet werden. Demnach umfasst die Luftleiteinrichtung 7 sowohl Bereiche mit großflächigeren Strömungsfenstern 13 als auch mit kleinflächigeren Strömungsfenstern 15.
-
Die Größe der Strömungsfenster 13 ist dabei so gewählt, dass diese den Eigenschaften des ankommenden, von dem Lüfter 3 auf die Luftleiteinrichtung 7 geblasenen Luftstroms entsprechend optimiert sind. Aufgrund der Beschleunigung durch den Lüfter besteht der ankommende Luftstrom aus turbulenten und linearen Strömungen, wobei lineare Strömungen durch die kleinflächigeren Strömungsfenster 15 und die turbulenten Strömungen durch die großflächigeren Strömungsfenster 13 abgeleitet werden.
-
Ferner unterscheiden sich die jeweiligen Bereiche 11 der Lamellen 12 in ihrem Profil, d.h. durch verschiedene Ausformungen und durch verschiedene Anstellwinkel der jeweiligen Profile, die ebenfalls zur Flächenbildung der Strömungsfenster 13, 15 beitragen. So können bspw. Profile mit flachen Anstellwinkeln ankommende lineare Strömungen effizient ableiten, wohingegen turbulente Strömungen sich an einem flachen Profil brechen und dadurch ineffizient abgeleitet würden. Die Position und Ausgestaltung der Strömungsfenster 13, 15 ist also abhängig von der Strömungscharakteristik des Luftstroms gewählt, die wiederum bestimmt wird durch sowohl die Ausgestaltung des Luftkanals als auch der Anordnung, Drehrichtung und Drehzahl des Lüfters 3. Diese Gegebenheiten erlauben es, eine vorherrschende Strömungscharakteristik weitestgehend im Vorfeld zu bestimmen und darüber eine Ausgestaltung und Ausrichtung der Lamellen 12 festzulegen.
-
Die Luftleiteinrichtung 7 ist weiterhin derart gestaltet, dass ein Austritt des Luftstroms auf ein hinter der Luftleiteinrichtung 7 befindliches und während einer Fahrt rotierendes Rad (nicht dargestellt) reduziert wird, indem der austretende Luftstrom direkt an dem jeweiligen Rad vorbei seitlich ausgeleitet wird, wie durch den Pfeil 17 dargestellt.
-
Durch eine Ausleitung des austretenden Luftstroms an dem jeweiligen Rad vorbei, wird ein Mitreißen des Luftstroms durch das Rad reduziert, wodurch ein Überdruck innerhalb des das Rad umgebenden Radhauses ebenfalls reduziert wird. Die Reduktion dieses Überdrucks in dem das Rad umgebenden Radhaus bewirkt letztendlich eine Reduktion des Luftwiderstands des Fahrzeugs sowie eine Reduktion eines durch den Überdruck bedingten Auftriebs, der sich negativ auf eine Fahrstabilität des gesamten Fahrzeugs auswirkt.
-
Die in 2 dargestellte Detailansicht zweier möglicher Ausgestaltungen der Luftleiteinrichtungen 21 und 23 zeigt unterschiedliche Profile der von den Lamellen 12 umfassten Bereiche 11, die an jeweilige Luftströme links und rechts im Fahrzeug angepasst sind. Da jeweilige Lüfter in einem Fahrzeug gleichmäßig sowohl rechts wie links in eine Richtung drehen und an verschiedenen Positionen angeordnet sind, bedingen die Lüfter unterschiedliche Strömungen bzw. Strömungsschichten, die durch die Ausgestaltungen 21 bzw. 23 effizient aus dem Fahrzeug ausgeleitet werden.
-
In Ausgestaltung 21 sind die Anstellwinkel der Profile in einem oberen Bereich 11.1 flach und in einem unteren Bereich 11.2 steil, wie durch die schematische Darstellung 22 verdeutlicht wird. Wohingegen in Ausgestaltung 23 ein oberer Bereich 11.3 steil und ein unterer Bereich 11.4 flach ist, wie durch die schematische Darstellung 25 gezeigt wird. Daher können jeweils in den unteren Bereichen 11.2, 11.4 andere Strömungsrichtungen abgeleitet werden als in den oberen Bereichen 11.1, 11.3, wodurch auch turbulente Strömungen effizient abgeleitet werden können. Neben der Variation der Anstellwinkel variieren die jeweiligen Bereiche 11 zusätzlich in ihrer Form entlang der Strömungsrichtung derart, dass die Dicke der jeweiligen Bereiche 11 zumindest teilweise der Strömungsrichtung des Luftstroms folgend von dick nach dünn – entsprechend einem gebogenen Wassertropfen verläuft. Dabei sind die Ausgestaltungen 22 und 23 an jeweilige Postionen der mit einem Wärmetauscher verbundenen Lüfter entsprechend angepasst.
-
Ferner wird durch das jeweilige Profil der jeweiligen Bereiche 11 der Lamellen 12 ein Übergang von ggf. auftretenden Partikeln, wie bspw. Schmutz, in das Innere des Fahrzeugs verhindert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DD 222553 A1 [0003]
- JP 2010-167901 A [0004]
- DE 102010037617 A1 [0005]
