-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftleitsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Trägerstruktur mit einer Luftdurchlassöffnung, eine Luftklappenanordnung mit wenigstens einer 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 Luftklappe zwei gegenüberliegende im Wesentlichen in Richtung der Klappenachse verlaufende Klappenlängsränder aufweist, sowie eine Luftleiteinrichtung zur Leitung von die Luftdurchlassöffnung durchströmender Luft stromabwärts von der Luftdurchlassöffnung.
-
Derartige Luftleitsysteme sind aus der Praxis hinlänglich bekannt und dienen der gezielten Kühlung von Aggregaten im Innenbereich des Fahrzeugs. Luftleitsysteme mit schwenkbaren Luftklappen werden beispielsweise im Frontbereich von Kraftfahrzeugen 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 Luftklappen geschlossen werden, was den Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugs und damit dessen Kraftstoffverbrauch reduziert.
-
Die Gestaltung solcher Luftleitsysteme beeinflusst wesentlich den Strömungswiderstand und damit den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs.
-
Aufgrund der im Betrieb die Luftklappenanordnung anströmenden bzw. die Luftdurchlassöffnung durchströmenden Luft können erhebliche Kräfte auf die Luftklappen einwirken. Wie Strömungssimulationen und Testversuche der Anmelderin ergeben, wirkt insbesondere auf umströmte und (leicht) geöffnete Luftklappen ein verhältnismäßig großes Drehmoment in Schließrichtung (also auf die Schließstellung zu), wobei das Drehmoment in Schließrichtung beispielsweise durch den Bernoulli-Effekt erklärt werden könnte, ohne sich jedoch hierauf festzulegen zu wollen.
-
Zum Antreiben der Verstellbewegung oder zum Halten einer gewünschten Stellung der Luftklappen sind im Fahrbetrieb, insbesondere bei hoher Fahrgeschwindigkeit und damit hoher Strömungsgeschwindigkeit, daher Aktuatoren erforderlich, die verhältnismäßig große Drehmomente herausgeben können. Derartige Aktuatoren sind entsprechend schwer, groß und benötigen viel Energie.
-
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, das bekannte Luftleitsystem so weiter zu entwickeln, dass Aktuatoren mit kleinerem maximalen Drehmoment eingesetzt werden können.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Luftleiteinrichtung eine oder mehrere Luftleitwände umfasst, wobei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Luftklappe der Luftklappenanordnung eine Luftleitwand der Luftleiteinrichtung zugeordnet ist, und wobei für die jeweilige Luftklappe die zugeordnete Luftleitwand sich von einem luftklappenseitigen Rand der Luftleitwand aus von der Klappenachse der Luftklappe in der Schließstellung weg erstreckt, und wobei in einem mittleren Bereich der Klappenachse, der sich über maximal achtzig Prozent (80%) der Länge der Klappenachse erstreckt, der minimale Abstand der Klappenachse der Luftklappe in der Schließstellung zu dem luftklappenseitigen Rand der zugeordneten Luftleitwand kleiner ist als der mittlere Abstand der Klappenlängsränder voneinander, bevorzugt kleiner als die Hälfte, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel des mittleren Abstands der Klappenlängsränder voneinander.
-
Dabei wird unter der Länge der Klappenachse die Abmessung der Luftklappe entlang der Klappenachse verstanden, beziehungsweise, falls die Klappenachse nicht durch die Luftklappe verläuft, die Abmessung der Strecke auf der Klappenachse, die der Abmessung der Luftklappe entlang der Klappenachse entspricht, zum Beispiel durch Projektion. Unter dem Mittelpunkt der Klappenachse wird der Mittelpunkt der Luftklappe entlang der Klappenachse beziehungsweise der Mittelpunkt der vorgenannten Strecke, also die axiale Längsmitte der Klappenachse bzw. der Luftklappe, und unter einem mittleren Bereich der Klappenachse ein Bereich der Klappenachse verstanden, welcher auf deren Mittelpunkt zentriert ist.
-
Die schwenkbare Lagerung der Luftklappe an der Trägerstruktur soll dabei nicht ausschließen, dass die Verstellbewegung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung eine Überlagerung von einer Schwenkbewegung um die Klappenachse mit einer Verlagerungsbewegung der Klappenachse bezüglich der Trägerstruktur umfasst bzw. ist. In vielen Fällen ist die wenigstens eine Luftklappe allerdings so gelagert, dass ihre Klappenachse bezüglich der Trägerstruktur ortsfest ist.
-
Dadurch, dass die Luftleitwand erfindungsgemäß stromabwärts von und mit ihrem luftklappenseitigen Rand in der Nähe der Klappenachse geordnet ist, wird die freie Umströmung der geöffneten und angeströmten Luftklappe gestört und damit das in Schließrichtung wirkende Drehmoment verringert.
-
Simulationsrechnungen und Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass durch eine erfindungsgemäße Gestaltung des Luftleitsystems das für die Aktuatoren maximal erforderliche Drehmoment erheblich reduziert werden kann, sogar um etwa fünfzig Prozent.
-
Eine weitere vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Luftleitsystems besteht darin, dass die in der Nähe der Klappenachse und stromabwärts von dieser angeordnete Luftleitwand ein aus der Anströmung resultierendes Durchbiegen der angeströmten Luftklappe in der Schließstellung reduziert und so eine unerwünschte Leckage und damit den Strömungswiderstand des Fahrzeugs verringert.
-
Durch die Beschränkung des minimalen Abstands auf den mittleren Bereich der Klappenachse, der sich vorzugsweise über maximal 80% der Länge der Klappenachse erstreckt, sollen solche Fälle ausgenommen werden, bei denen ein kleiner Abstand zwischen der Klappenachse und einem ortsfesten Bestandteil des Luftleitsystems (z. B. Führungsstrukturen zur Führung der Verstellbewegung) nur im Randbereich der Klappenachse vorliegt, so dass dieser Bestandteil nur in geringem Ausmaß zur Lenkung der die Luftdurchlassöffnung durchströmenden Luft beiträgt.
-
Die Luftklappen weisen üblicherweise eine im Wesentlichen rechteckige Form auf oder basieren auf einer rechteckigen Grundform mit zwei im Wesentlichen in Richtung der Klappenachse verlaufenden Klappenlängsrändern und zwei die Klappenachse kreuzenden bzw. windschief (häufig orthogonal) zu dieser verlaufenden Klappenquerrändern. Unter dem mittleren Abstands der Klappenlängsränder voneinander soll hierbei insbesondere bei Abweichungen von der Rechteck-Form der Mittelwert verstanden werden, der entlang der gesamten Länge der Klappenachse gebildet wird.
-
Eine besonders effektive Verhinderung des vorstehend beschriebenen Durchbiegens der geschlossenen Luftklappe aufgrund der Anströmung im Betrieb kann erreicht werden, indem die der jeweiligen Luftklappe zugeordnete Luftleitwand im Bereich des Mittelpunkts der Klappenachse besonders nahe an dieser angeordnet ist, also indem für wenigstens eine, bevorzugt jede Luftklappe der Abstand des Mittelpunkts der Klappenachse der Luftklappe in der Schließstellung von dem luftklappenseitigen Rand der zugeordneten Luftleitwand kleiner ist als der mittlere Abstand der Klappenlängsränder voneinander, bevorzugt kleiner als die Hälfte, bevorzugt besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel des mittleren Abstands der Klappenlängsränder voneinander.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Komponente senkrecht zur Anströmungsrichtung des minimalen Abstands im mittleren Bereich der Klappenachse oder des Abstands des Mittelpunkts der Klappenachse jeweils zum luftklappenseitigen Rand der zugeordneten Luftklappe kleiner sein als ein Viertel des mittleren Abstands der Klappenlängsränder voneinander.
-
Die Anströmungsrichtung ist dabei die Richtung, in der die Luftklappenanordnung im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs angeströmt wird. Häufig verläuft die Anströmungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der angeströmten Luftklappe in der Schließstellung.
-
Indem die zugeordnete Luftleitwand auf ähnlicher oder im Wesentlichen auf gleicher Höhe (senkrecht zur Anströmungsrichtung) wie die Klappenachse der Luftklappe in der Schließstellung und nahe an dieser angeordnet ist, kann die Luftklappe auf der zugeordneten Luftleitwand beim Öffnungsvorgang „abrollen”, was die Öffnungsbewegung stabilisiert.
-
Zu dem vorgenannten Zweck sowie zur effektiven Störung der freien Umströmung kann ergänzend oder alternativ für wenigstens eine, bevorzugt für jede Luftklappe die zugeordnete Luftleitwand sich zumindest in einem Bereich im Wesentlichen parallel zu der Klappenachse in der Schließstellung der Luftklappe erstrecken, der den Punkt des luftklappenseitigen Randes der Luftleitwand umfasst, der dem Mittelpunkt der Klappenachse am nächsten liegt. Bevorzugt erstreckt sich die Luftleitwand vorwiegend oder vollständig im Wesentlichen parallel zu der Klappenachse.
-
Für wenigstens eine, bevorzugt jede Luftklappe kann die zugeordnete Luftleitwand sich zumindest in dem Bereich im Wesentlichen orthogonal zu einer Klappenfläche der Luftklappe in der Schließstellung erstrecken, der den Punkt des luftklappenseitigen Randes der Luftleitwand umfasst, welcher dem Mittelpunkt der Klappenachse in der Schließstellung der Luftklappe am nächsten liegt. Durch eine orthogonale Ausrichtung der Luftleitwand in Bezug auf die Klappenfläche in der Schließstellung wird ein hoher Luftdurchsatz in der Öffnungsstellung der Luftklappe ermöglicht. Weiterhin wird das oben erwähnte Abrollen begünstigt.
-
Insbesondere kann wenigstens eine, bevorzugt jede Luftklappe in der Öffnungsstellung an der zugeordneten Luftleitwand anliegen, so dass die Luftleitwand als Anschlag für die jeweilige Luftklappen wirkt. Dadurch kann die Öffnungsstellung der Luftklappen stabilisiert werden.
-
Eine effektive Störung der freien Umströmung der Luftklappen und damit eine effektive Reduzierung des Drehmoments in Schließrichtung kann dadurch erreicht werden, dass für wenigstens eine, bevorzugt für jede Luftklappe die zugeordnete Luftleitwand sich entlang von mindestens achtzig Prozent (80%) der Länge der Klappenachse erstreckt, bevorzugt entlang der gesamten Länge der Klappenachse.
-
Alternativ oder zusätzlich kann zu diesem Zweck auch für wenigstens eine, bevorzugt jede Luftklappe die zugeordnete Luftleitwand sich, ausgehend von dem luftklappenseitigen Rand, senkrecht zu der Klappenachse der Luftklappe über eine Länge erstrecken, die mindestens so groß ist, wie der mittlere Abstand der Klappenlängsränder voneinander.
-
Die notwendige Anzahl von Montage-Schritten kann reduziert und damit die Fertigung des Luftleitsystems effektiver gestaltet werden, indem die Luftleiteinrichtung einstückig mit der Trägerstruktur ausgebildet ist, zum Beispiel durch Spritzgießen. Weiter kann hierdurch auch unerwünschte Leckage verringert werden.
-
Ein großer maximaler Luftdurchsatz und eine effektive Lenkung der das Fahrzeug anströmenden Luft können dadurch erzielt werden, dass die Luftklappenanordnung mehrere Luftklappen umfasst, die parallel zueinander in einer Reihe senkrecht zur Richtung der Klappenachsen in der Schließstellung der Luftklappen angeordnet sind.
-
Hierbei können insbesondere wenigstens zwei, bevorzugt alle Luftleitwände, die den in einer Reihe senkrecht zur Richtung der Klappenachsen in der Schließstellung angeordneten Luftklappen zugeordnet sind, zumindest in einem den jeweiligen luftklappenseitigen Rand umfassenden Bereich parallel zueinander verlaufen, wodurch eine häufig gewünschte parallele Luftströmung stromabwärts der Luftdurchlassöffnung erreicht werden kann.
-
Eine Erleichterung der Montage kann weiterhin dadurch erzielt werden, dass die Luftleiteinrichtung mehrere Luftleitwände umfasst und einstückig ausgebildet oder zu einer Einheit vormontiert ist, und indem die einstückige oder vormontierte Luftleiteinrichtung mit der Trägerstruktur verbindbar ist, zum Beispiel durch Rastverbindungen
-
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung illustrieren.
-
Dabei zeigen:
-
1 in den Teilabbildungen (a), (b) und (c) ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Luftklappen sich jeweils in der Schließstellung (a), in einer Zwischenstellung (b) und in der Öffnungsstellung (c) befinden,
-
2 eine Vorderansicht des Gegenstands von 1(a), und
-
3 die Ansicht eines Schnitts von dem Gegenstand von 2 entlang der Linie III-III in 2.
-
Bei allen Figuren handelt es sich um stark vereinfachte Schemazeichnungen, die dazu dienen, das Prinzip der Erfindung zu erläutern, und die insbesondere nicht maßstäblich zu verstehen sind.
-
Einzelheiten, die für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich und deren Umsetzung dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise die genaue Lagerung der Luftklappen an der Trägerstruktur, wurden nicht dargestellt.
-
Um die Figuren nicht zu überfrachten wurden bei mehreren gleichartigen Bauteilen in einer Figur nicht immer alle Bauteile mit Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Luftleitsystems 10 für ein in den Figuren nicht weiter dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Luftleitsystem 10 umfasst eine in den Figuren nur ausschnittsweise dargestellte Trägerstruktur 12 mit einer Luftdurchlassöffnung 14 (vgl. 1(c) und 2).
-
Im Bereich der Luftdurchlassöffnung 14 befindet sich eine Luftklappen anordnung 16 mit wenigstens einer Luftklappe 18 (im vorliegenden Fall drei Luftklappen 18), die zur Verstellung eines Strömungsquerschnitts der Luftdurchlassöffnung 14 jeweils um eine Klappenachse 20 zwischen einer in 1(a) dargestellten Schließstellung und einer in 1(c) dargestellten Öffnungsstellung schwenkbar an der Trägerstruktur 12 vorgesehen ist.
-
Im vorliegenden Beispiel sind die Klappenachsen 20 ortsfest bezüglich der Trägerstruktur 12. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. So kann auch vorgesehen sein, dass die Luftklappen eine kombinierte Schwenk- und Verlagerungsbewegung zur Verstellung zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung durchführen, bei der die Klappenachsen verlagert werden.
-
Wie aus einem Vergleich der Teilabbildungen (a) bis (c) hervorgeht, ist der Strömungsquerschnitt in der Schließstellung minimal, in der Öffnungsstellung kann er maximal sein.
-
Am deutlichsten ist in 2 zu erkennen, dass die Luftklappen 18 jeweils zwei gegenüberliegende, im Wesentlichen in Richtung der Klappenachse 20 verlaufende Klappenlängsränder 22 mit einem mittleren Abstand a voneinander sowie zwei Klappenquerränder 23 aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zu den Klappenlängsrändern 22 verlaufen.
-
Im vorliegenden Beispiel weisen die Luftklappen 18 eine sehr einfache plattenartige und rechteckige Gestalt auf, hiervon sind jedoch zahlreiche Abwandlungen möglich.
-
Abweichend von der Darstellung in den Figuren kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Luftklappen sich in der Schließstellung im Bereich der Klappenlängsränder 22 überlappen, um die Dichtigkeit des Luftleitsystems in der Schließstellung zu erhöhen.
-
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Luftleitsystem 10 eine Luftleiteinrichtung 24 zur Leitung von die Luftdurchlassöffnung 14 durchströmender Luft L (in den 1(a) bis 1(c) durch einen Pfeil symbolisiert) stromabwärts von der Luftdurchlassöffnung 14 auf. Auch die Luftleiteinrichtung 24 ist in den beiliegenden Figuren stark vereinfacht und nur ausschnittsweise dargestellt.
-
Die Luftleiteinrichtung 24 umfasst hier mehrere Luftleitwände 26, wobei wenigstens einer, im vorliegenden Fall jeder Luftklappe 18 der Luftklappenanordnung 16 eine Luftleitwand 26 der Luftleiteinrichtung 24 zugeordnet ist.
-
Erfindungsgemäß erstreckt für die jeweilige Luftklappe 18 die zugeordnete Luftleitwand 26 sich von einem luftklappenseitigen Rand 28 der Luftleitwand 26 aus von der Klappenachse 20 der Luftklappe 18 (z. B. in Anströmungsrichtung A) weg und ist in dem Sinne nahe an der Klappenachse 20 angeordnet, dass in einem mittleren Bereich 20m der Klappenachse 20, der sich über maximal 80% der Länge b der Klappenachse erstreckt (vgl. 2), der minimale Abstand d der Klappenachse 20 der Luftklappe 18 in der Schließstellung zu dem luftklappenseitigen Rand der zugeordneten Luftleitwand 26 kleiner ist als der mittlere Abstand a der Klappenlängsränder 22 der Luftklappe 18 voneinander, im vorliegenden Fall deutlich kleiner.
-
Insbesondere kann die Komponente ds von d senkrecht zur Anströmungsrichtung A (vgl. 1(b)) kleiner als etwa ein Viertel des mittleren Abstands a der Klappenlängsränder 22 voneinander sein.
-
Indem die Luftleitwände 26 jeweils nahe an den Klappenachsen 20 stromabwärts der Luftdurchlassöffnung angeordnet sind, wird bei geöffneten und angeströmten Luftklappen 18, wie beispielsweise in der 1(b) dargestellt, die freie Umströmung der Luftklappen 18 gestört und damit das ansonsten bei leicht geöffneten Luftklappen in Schließrichtung S wirkende Drehmoment deutlich reduziert. Simulationsrechnungen sagen hierbei einen Strömungsabriss auf der Luftklappe vorher.
-
Sind die Luftleitwände 26 nahe genug an den Klappenachsen 20 in der Schließstellung angeordnet, so können die Luftklappen 18 bei der Verstellbewegung aus der Schließstellung heraus und auf die Öffnungsstellung zu an den zugeordneten Luftleitwänden 26 abgestützt abrollen, was die Öffnungsbewegung stabilisiert.
-
Überdies kann, wie in der 1(c) dargestellt, vorgesehen sein, dass die Luftleitwände 26 einen Anschlag für die Luftklappen 18 in der Öffnungsstellung bilden, in den Sinn, dass die Luftklappen 18 in der Öffnungsstellung an den zugeordneten Luftleitwänden 26 anliegen, wodurch die Luftklappen in der Öffnungsstellung stabilisiert werden.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Luftleitwände 26 zumindest im den Luftklappen nahen Bereich im Wesentlichen parallel zu den Klappenachsen 20 der jeweiligen Luftklappen 18 (vgl. 3), erstrecken sich in Richtung R der Klappenachsen 20 im Wesentlichen über die gesamten Länge b der Klappenachsen 20 (vgl. 2) und in Durchströmungsrichtung D über eine Länge t, die mindestens so groß ist wie der mittlere Abstand a der Klappenlängsränder 22 voneinander.
-
Die Luftleitwände 26 können in die Trägerstruktur 12 integriert und insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet sein, was in den Figuren aufgrund der stark schematisierten Darstellung nicht gezeigt ist. Andererseits ist beispielsweise möglich, dass die Luftleitwände 26 miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet sind und so eine Einheit bilden, die mit der Trägerstruktur 12 verbindbar ist, zum Beispiel durch Aufklipsen.
-
Insbesondere kann (etwa bei einem nicht-geradlinigen Verlauf des luftklappenseitigen Rands der Luftleitwand) vorgesehen sein, dass die zugeordnete Luftleitwand 26 an dem Mittelpunkt M der Klappenachse besonders nahe an der Klappenachse 20 angeordnet ist, um die Luftklappe 18 in der Schließstellung effektiv am Durchbiegen zu hindern und so die Dichtigkeit zu erhöhen. Ein möglicher Verlauf eines entsprechenden luftklappenseitigen Randes ist in 3 gestrichelt dargestellt und mit 28' bezeichnet. Der Schnittansicht von 3 ist nur der Anteil dp des Abstands d parallel zur Anströmungsrichtung A zu entnehmen
-
Versuche der Anmelderin haben das in Simulationsrechnungen vorhergesagte verringerte Drehmoment in Schließrichtung für die erfindungsgemäßen Luftleitsysteme bestätigt. Im konkreten Fall konnte das Drehmoment bei dem erfindungsgemäße Luftleitsystem gegenüber dem einem konventionellen Luftleitsystem um 50% reduziert werden.
-
Damit lassen sich beispielsweise leichtere und billigere Aktuatoren einsetzen, oder das Luftleitsystem kann mit unveränderten Aktuatoren bei höheren Maximalgeschwindigkeiten noch zuverlässig betrieben werden.
