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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Außenfläche und mindestens einem dort an einer Außenöffnung mündenden Luftführungskanal.
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Herkömmliche Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen (PKW) und Lastkraftwagen (LKW) weisen eine Fahrzeugkarosserie oder auch eine Fahrgestell mit einer Fahrgastzelle auf, die nach außen hin diverse Außenflächen aufweisen. In den Außenflächen sind unter anderem auch Außenöffnungen, durch die hindurch insbesondere Umgebungsluft in das Innere des Fahrzeugs geleitet werden kann. Ferner dienen solche Außenöffnungen, um gasförmige Medien und Fluide aus dem Inneren des Fahrzeugs nach außen in die Umgebung des Fahrzeugs abzuführen. Dieser Austausch mit Umgebungsluft ist insbesondere bei Fahrzeugen mit hoher Leistung aufgrund eines entsprechend hohen Kühlbedarfs sowie bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen problematisch, an denen neben der Kühlung insbesondere auch Restgase und Feuchtigkeit in Form von Dampf sowie unter bestimmten Umständen auch Wasserstoffgas in die Umgebung abgeführt werden müssen.
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Aus der
DE 11 2005 002 208 T5 ist bereits ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und mit einer Außenfläche und einem dort an einer Außenöffnung mündenden Luftführungskanal bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Fahrzeug weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Gemäß der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Außenfläche und mindestens einem dort an einer Außenöffnung mündenden Luftführungskanal geschaffen, wobei an der Außenöffnung eine Luftführungsklappe angeordnet ist, die in eine erste und eine zweite Stellung bewegbar ist, wobei in der ersten Stellung im Fahrbetrieb des Fahrzeugs mittels der Luftführungsklappe Luft in den Luftführungskanal hinein geleitet ist und in der zweiten Stellung im Fahrbetrieb des Fahrzeugs mittels der Luftführungsklappe Luft aus dem Luftführungskanal heraus geleitet ist.
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Erfindungsgemäß ist ein Luftführungskanal an einem Fahrzeug mit einer insbesondere in zwei Stellungen kippbaren Luftführungsklappe versehen. Die Luftführungsklappe kann entweder in oder entgegen der Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gestellt werden. Auf diese Weise kann in den zugehörigen Luftführungskanal zum einen Luft hineingeleitet werden, indem ein Teil der das Fahrzeug anströmenden Luft, also ein Teil des Fahrtwindes, abgezweigt und in den Luftführungskanal hineingeleitet wird. An der Außenöffnung entsteht aufgrund der ersten Klappenstellung ein Überdruck, der die Luft in den Luftführungskanal drückt. Zum anderen kann an der Außenöffnung ein Sogeffekt erzeugt werden, mittels dem Luft aus dem Luftführungskanal herausgesaugt werden kann. An der Außenöffnung entsteht also aufgrund der zweiten Klappenstellung ein Unterdruck.
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Wie erläutert ist gerade bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren mit sehr hoher Leistung und bei Fahrzeugen mit Brennstoffzellen die Kühlung aller Komponenten eine schwierige Aufgabe. Erfindungsgemäß kann dafür ein zusätzlicher Luftmassenstrom bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der Richtungsumkehr des Luftmassenstroms im Luftführungskanal können bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen ferner zusätzliche Synergien geschaffen werden.
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Mit dem Luftführungskanal ist erfindungsgemäß Abluft bzw. Abgas und/oder Wasserstoffgas (Purgegas bzw. Restgas) von einer Brennstoffzelle und/oder deren Umgebung weg geführt. Die Abluft bzw. das Abgas umfasst dabei insbesondere ein Gemisch aus verschiedenen Gasen, wie Kathoden-Abgas und Anoden-Abgas. Gerade bei geringen Außentemperaturen ist es vorteilhaft, dass mit dieser Weiterbildung der im Luftführungskanal strömende Luftstrom die nasse Abluft der Brennstoffzelle verdünnt. Dadurch werden Kondensationswolken hinter dem Fahrzeug vermieden. Insbesondere durch eine saugende Stellung der erfindungsgemäßen Luftführungsklappe können aber auch, insbesondere am hinteren Bereich des Fahrzeugs, wie etwa an einer Abrisskante, gezielt optische Effekte in Form kleiner Kondensationswolken erzeugt werden. Diese Effekte können durch Licht, z.B. eines Bremslichtes, mittels Lichtstreuung am Aerosol verstärkt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Luftmassenstrom direkt oder nach Passieren eines Kühlers genutzt werden, um mit Wasserstoff belastete Gasgemische zu verdünnen. Insbesondere kann Wasserstoff auch aus dem Fahrzeug abgesaugt und herausgedrängt werden. Leitungen können in beide Richtungen gespült werden. Kritische Ansammlungen von Wasserstoff werden selbst im Schadensfall sicher vermieden.
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In der ersten Stellung ist die Luftführungsklappe vorzugsweise in Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet gestellt und in der zweiten Stellung ist die Luftführungsklappe bevorzugt entgegen der Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet gestellt. Die Luftführungsklappe ist erfindungsgemäß vorteilhaft ferner in eine dritte Stellung bewegbar, in der mittels der Luftführungsklappe die Außenöffnung verschlossen ist.
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Mit dem Luftführungskanal ist wie oben erläutert bevorzugt Luft zu einem Kühler hin und/oder von einem Kühler weg geführt. Mit der erfindungsgemäßen Luftführungsklappe kann in beide Strömungsrichtungen Kühlleistung mittels des Kühlers erzeugt werden.
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In bzw. an dem Luftführungskanal ist vorteilhaft mindestens eine weitere Stellplatte bzw. Luftführungsklappe vorgesehen. Mittels einer solchen internen Stellklappe kann der Luftmassenstrom in verschiedene Bereiche des Fahrzeugs geleitet werden.
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Vorteilhaft sind dabei eine saugende Konfiguration nach dem Kühler und eine drückende Konfiguration vor dem Kühler. Dies ist auch bei mehreren Luftführungsklappen in Kombination möglich, indem z.B. ein oder zwei Klappen wechselweise auf saugend und ein oder zwei Klappen wechselweise auf drückend stehen. Durch die verschiedenen Stellungen der erfindungsgemäßen Luftführungsklappen können Luftmassenströme gezielt kombiniert werden. So kann auch Luft aus seitlichen Einlässen mit Brennstoffzellengas oder Purgegas gemischt werden. Die Luftführungskanäle sind vorteilhaft in die Karosserie des zugehörigen Fahrzeugs integriert oder werden zumindest teilweise von der Karosserie und/oder bestehenden Bauteilen, wie z.B. einem Brennstoffzellengehäuse, gebildet.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist ferner vorteilhaft eine Fahrgastzelle auf, wobei die Luftführungsklappe bezogen auf die Hauptfahrtrichtung an einem vorderen, oberen Rand der Fahrgastzelle und/oder hinteren, oberen Rand der Fahrgastzelle angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das Fahrzeug eine Fahrzeugkarosserie auf, wobei die Luftführungsklappe bezogen auf die Hauptfahrtrichtung an einem hinteren, oberen Rand der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. Ferner ist die Luftführungsklappe vorzugsweise bezogen auf die Hauptfahrtrichtung seitlich und/oder auch am Unterboden an der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Durch die Stellungen der Luftführungsklappen kann die Aerodynamik des Fahrzeugs entscheidend beeinflusst werden. So kann insbesondere am Lufteinlassbereich durch die Abrisskante und durch Wirbel ein zusätzlicher Unterdruck erzeugt werden. Im Falle von starken Bremssituationen kann durch die Klappenstellung eine zusätzliche Bremswirkung erzielt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung sind entsprechend zusätzliche Sicherheitsmerkmale insbesondere bei einem Schadens- oder Leckagefall geschaffen. Bestehende Bauteile können vorteilhaft genutzt und zusätzliche optische Effekte können erzielt werden. Insbesondere ist eine verbesserte Kühlung möglich, die bedarfsgerecht, z.B. bei einer Bergfahrt, zugeschaltet werden kann.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit erfindungsgemäßen Luftführungsklappen,
- 2 die perspektivische Ansicht II gemäß 1 und zugehörige Ansichten von verschiedenen Stellungen einer der Luftführungsklappen,
- 3 einen Längsschnitt des Hinterwagens des Fahrzeugs gemäß 1 mit zugehörigen Luftführungskanälen und Luftführungsklappen in einer ersten Stellungskonstellation,
- 4 die Ansicht gemäß 3 in einer zweiten Stellungskonstellation,
- 5 die Ansicht gemäß 3 in einer dritten Stellungskonstellation und
- 6 die Ansicht gemäß 3 in einer vierten Stellungskonstellation.
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In den Figuren ist ein Fahrzeug 10 in Gestalt eines Personenkraftwagens mit Stufenheck mit seiner Fahrzeugkarosserie 12, seinem Vorderwagen 14 mit Vorderrädern 16, seiner Fahrgastzelle 18 sowie seinem Hinterwagen 20 mit Hinterrädern 22 veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 weist ferner am Hinterwagen 20 hinten einen Abgasauslass 24 und seitlich je einen Seiteneinlass 26 für Zuluft auf. Im Hinterwagen 20 befindet sich eine Brennstoffzelle 28 als Antriebsaggregat und ein Kühler in Gestalt eines Heckkühlers 30 (jeweils gestrichelt dargestellt).
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In 1 ist veranschaulicht, dass an der Außenfläche der Fahrzeugkarosserie 12 außer den Seiteneinlässen 26 drei weitere Außenöffnungen ausgebildet sind, die mit je einer Luftführungsklappe 32, 34 bzw. 36 verschließbar sind. Die erste Luftführungsklappe 32 befindet sich bezogen auf die Hauptfahrtrichtung 38 des Fahrzeugs 10 an einem vorderen, oberen Rand 40 der Fahrgastzelle 18 und erstreckt sich längs dieses Randes 40 quer zur Hauptfahrtrichtung 38 über die gesamte Breite der Fahrgastzelle 18 bzw. Fahrzeugkarosserie 12. Die zweite Luftführungsklappe 34 erstreckt sich in gleicher Weise entlang eines hinteren, oberen Randes 42 der Fahrgastzelle 18. Die dritte Luftführungsklappe 36 erstreckt sich schließlich in gleicher Weise entlang eines hinteren, oberen Randes 44 der Fahrzeugkarosserie 12 und bildet damit die hintere Luftströmungsabrisskante dieser Fahrzeugkarosserie 12.
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Im Inneren der Fahrzeugkarosserie 12 befindet sich hinter jeder der Luftführungsklappen 32, 34 bzw. 36 ein Luftführungskanal, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Die drei Luftführungsklappen 32, 34 und 36 sind jeweils in drei Stellungen bewegbar, von denen sie in einer ersten Stellung nach schräg vorne gerichtet sind und damit aufgrund des in sie einströmenden Fahrtwinds Luft in den jeweils zugehörigen Luftführungskanal hinein leiten (siehe 2, rechts mittig). In der zweiten Stellung sind die Luftführungsklappen 32, 34 bzw. 36 jeweils nach schräg hinten gerichtet angeordnet und leiten damit aufgrund einer sich an ihnen ergebenden Sogwirkung des Fahrtwinds Luft aus dem zugehörigen Luftführungskanal heraus (siehe 2, rechts unten). In der dritten Stellung ist die jeweilige Außenöffnung und damit der zugehörige Luftführungskanal mittels der Luftführungsklappen 32, 34 bzw. 36 weitestgehend fluiddicht verschließbar. Die Luftführungsklappen 32, 34 bzw. 36 sind in dieser dritten Stellung im Wesentlichen eben bzw. plan mit der Fahrzeugkarosserie 12 ausgerichtet.
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In den 3 bis 6 sind verschiedene Stellungskonstellationen der Luftführungsklappen 32, 34 und 36 und deren Wirkung im Inneren der Fahrzeugkarosserie 12 am Hinterwagen 20 veranschaulicht. Unter der zweiten Luftführungsklappe 34 befindet sich dabei ein Luftführungskanal 46, der entlang der so genannten C-Säule der Fahrgastzelle 18 verläuft und dazu dient, Luft von dem hinteren, oberen Rand 42 der Fahrgastzelle 18 nach unten und umgekehrt zu transportieren. Dieser Luftführungskanal 46 führt an seinem unteren Ende bis zur Brennstoffzelle 28 und vor den Heckkühler 30. Der Luftführungskanal 46 kommt dort mit einem Luftführungskanal 48 zusammen, der von je einem der Seiteneinlässe 26 ebenfalls zur Brennstoffzelle 28 und zum Heckkühler 30 führt.
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In Strömungsrichtung hinter dem Heckkühler 30, der bezogen auf das Fahrzeug 10 von vorne nach hinten durchströmt wird, befindet sich ein Luftführungskanal 50, der zunächst zum Abgasauslass 24 und dann weiter entlang des hinteren Endbereichs der Fahrzeugkarosserie 12 nach oben bis zur dritten Luftführungsklappe 36 führt.
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Unter der dritten Luftführungsklappe 36 ist der Luftführungskanal 50 dann zu einem Luftführungskanal 52 hin mittels einer internen Stellklappe 54 abgegrenzt. der Luftführungskanal 52 erstreckt sich dann am oberen Rand des Hinterwagens 20 entlang nach vorne, bis er dort mittels einer internen Stellklappe 56 zu dem Luftführungskanal 46 hin abgegrenzt ist. Von der Brennstoffzelle 28 ist ferner Abluft bzw. Abgas mittels einer Abgasleitung 58 in den Luftführungskanal 50, in Strömungsrichtung also hinter den Heckkühler 30, geführt.
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In 3 ist eine Stellungskonstellation dargestellt, bei der mittels der Seiteneinlässe 26 Umgebungsluft aufgrund des Fahrtwindes am Fahrzeug 10 in den Luftführungskanal 48 eingeleitet wird. Optional können dazu an den Seiteneinlässen 26 ebenfalls Luftführungsklappen der genannten Art vorgesehen sein. Die Luft wird dann vorbei an der Brennstoffzelle 28 und durch den Heckkühler 30 in den Luftführungskanal 50 geleitet. Von dem Luftführungskanal 50 gelangt die Luft aufgrund der Klappenstellung der Luftführungsklappe 36 (geschlossen), der Stellklappe 54 (offen zum Luftführungskanal 52), der Stellklappe 56 (offen zum Luftführungskanal 46) und der Luftführungsklappe 34 (schräg nach hinten gestellt) am hinteren, oberen Rand 42 aus dem Inneren der Fahrzeugkarosserie 12 aus. Sofern gewünscht kann die Luft aus dem Luftführungskanal 50 ferner durch den Abgasauslass 24 austreten, das dazu wahlweise verschließbar gestaltet sein kann.
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Die 4 zeigt eine Stellungskonstellation, bei der mittels der Seiteneinlässe 26 ebenfalls Umgebungsluft aufgrund des Fahrtwindes am Fahrzeug 10 in den Luftführungskanal 48 eingeleitet wird. Ferner wird mittels der dabei schräg nach vorne gestellten Luftführungsklappe 34 ebenfalls Luft in das Innere des Hinterwagens 20 geleitet, nämlich in den Luftführungskanal 46. Die Luft aus dem Luftführungskanal 46 strömt zusammen mit der Luft aus dem Luftführungskanal 48 vorbei an der Brennstoffzelle 28 und durch den Heckkühler 30 in den Luftführungskanal 50. Von dem Luftführungskanal 50 gelangt die Luft aufgrund der Klappenstellung der Luftführungsklappe 36 (geschlossen), der Stellklappe 54 (geschlossen zum Luftführungskanal 52) sowie der Stellklappe 56 (geschlossen zum Luftführungskanal 46) lediglich durch den Abgasauslass 24 aus dem Inneren des Hinterwagens 20 heraus.
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In 5 ist eine Stellungskonstellation dargestellt, bei der die Luftführungsklappe 34 (offen nach schräg vorne), die Stellklappe 54 (geschlossen zum Luftführungskanal 52) und die Stellklappe 56 (geschlossen zum Luftführungskanal 46) wie auch in 4 veranschaulicht gestellt sind. Lediglich die Luftführungsklappe 36 ist bei dieser Stellungskonstellation schräg nach hinten gestellt, so dass dadurch zusätzlich Luft aus dem Luftführungskanal 50 aufgrund des dann im Fahrzustand des Fahrzeugs 10 an der Luftführungsklappe 36 wirkenden Sogs herausgesaugt wird. Die Stellungskonstellation gemäß 5 ergibt eine besonders starke Kühlung bei ansprechender Optik des Fahrzeugs 10.
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Schließlich ist in 6 noch eine Stellungskonstellation dargestellt, bei der die Luftführungsklappe 34 nach schräg hinten, also Luft aus dem Luftführungskanal 46 herausleitend, und die Luftführungsklappe 36 nach schräg vorne, also Luft in den Luftführungskanal 50 hineinleitend, ausgerichtet sind. Ferner wird mittels der Seiteneinlässe 26 Umgebungsluft aufgrund des Fahrtwindes am Fahrzeug 10 in den Luftführungskanal 48 eingeleitet. Die Luft wird dann zusammen mit der Luft aus dem Luftführungskanal 46 vorbei an der Brennstoffzelle 28 und durch den Heckkühler 30 in den Luftführungskanal 50 geleitet. Von dem Luftführungskanal 50 gelangt die Luft durch den Abgasauslass 24 nach draußen. Ferner kann Luft zur Luftführungsklappe 36 aufsteigen, wobei unterhalb von dieser die Stellklappe 54 sich derart in einer Mittelstellung befindet, dass auch Luft in den Luftführungskanal 52 abströmen kann. Durch den Luftführungskanal 52 kann diese Luft dann vorbei an der Stellklappe 56, die sich ebenfalls in einer Mittelstellung befindet, in den Luftführungskanal 46 geleitet werden. Aus dem Luftführungskanal 46 kann diese Luft entweder vorbei an der Luftführungsklappe 34 abgesaugt werden oder im Kreis zur Brennstoffzelle 28 und zum Heckkühler 30 gefördert werden. Die Stellungskonstellation gemäß Fig. 6 ergibt eine besonders ansprechende Optik des Fahrzeugs 10 bei guter Kühlung. Alternativ zu dieser Stellungskonstellation ist auch eine Konstellation vorteilhaft, bei der die interne Stellklappe 54 ganz in den Luftführungskanal 52 hinein geöffnet und die interne Stellklappe 56 ganz in den Luftführungskanal 46 hinein geöffnet ist. Bei dieser Stellungskonstellation ist dann auch die dritte Luftführungsklappe 36 auf saugend gestellt, so dass Luft sowohl aus dem Luftführungskanal 46 als auch dem Luftführungskanal 50 herausgesaugt wird.
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Bei einer weiteren, nicht dargestellten Stellungskonstellation sind ferner die zweite Luftführungsklappe 34 und die dritte Luftführungsklappe 36 auf „Luft in den jeweiligen Luftführungskanal 46 bzw. 52 hineindrückend“, also in Fahrtrichtung weisend gestellt. Dabei ist vorzugsweise mittels der internen Stellklappe 54 der Luftführungskanal 50 abgesperrt und die interne Stellklappe 56 vollständig geöffnet. Luft wird dann an beiden Luftführungsklappen 34 und 36 hineingedrückt und durch den Luftführungskanal 46 sowie den Luftführungskanal 52 auf die Zuluftseite der Brennstoffzelle 28 sowie des Heckkühlers 30 geleitet. Mit dieser Stellungskonstellation ist eine besonders starke Kühlung gerade bei geringer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Fahrzeugkarosserie
- 14
- Vorderwagen
- 16
- Vorderrad
- 18
- Fahrgastzelle
- 20
- Hinterwagen
- 22
- Hinterrad
- 24
- Abgasauslass
- 26
- Seiteneinlass
- 28
- Brennstoffzelle
- 30
- Heckkühler
- 32
- erste Luftführungsklappe
- 34
- zweite Luftführungsklappe
- 36
- dritte Luftführungsklappe
- 38
- Hauptfahrtrichtung
- 40
- vorderer, oberer Rand der Fahrgastzelle
- 42
- hinterer, oberer Rand der Fahrgastzelle
- 44
- hinterer, oberer Rand der Fahrzeugkarosserie
- 46
- Luftführungskanal
- 48
- Luftführungskanal
- 50
- Luftführungskanal
- 52
- Luftführungskanal
- 54
- interne Stellklappe
- 56
- interne Stellklappe
- 58
- Abgasleitung
