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Die Erfindung betrifft en Kraftfahrzeugbauteil, mit wenigstens einer ein elastisch verformbares Material aufweisenden oder daraus bestehenden Membran, die von einem ersten Zustand in wenigstens einen zweiten, gegenüber dem ersten Zustand verformten Zustand überführbar ist.
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Aus der
DE 10 2011 121 909 A1 ist ein Karosserieelement bekannt, dessen Außenfläche mittels einer Stelleinrichtung veränderbar ist. Die Stelleinrichtung kann einen elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Stellantrieb aufweisen, um die als elastische Membran ausgebildete Außenfläche hinsichtlich ihrer Form zu verändern. Diese Verformung kann in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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In ähnlicher Weise schlägt die
DE 10 2011 120 971 A1 ein Karosserie- oder Rahmenelement vor, das mittels eines ausfahrbaren Stempels oder mittels eines aufblasbaren Luftsacks verformbar ist. Dieser verformte Zustand soll sich günstig auf das aerodynamische Verhalten des Fahrzeugs auswirken. Das Karosserie oder Rahmenelement wird geschwindigkeitsabhängig verformt und bei geringerer Geschwindigkeit reversibel wieder zurückverformt.
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Aus den Druckschriften
WO 01/92088 A1 und
WO 02/051688 A2 sind Fahrzeugbauteile bekannt, deren Außenhaut mittels eines Aktuators bewegt werden kann. Der Aktuator umfasst ein polymeres und/oder ionenaustauschendes und/oder unterschiedliche Konformationen aufweisendes Material. Dieses Material ist durch physikalische oder chemische Effekte beweglich bzw. verformbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugbauteil mit einer verformbaren Oberfläche anzugeben, das hinsichtlich des Designs und der Einstellmöglichkeiten verbessert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeugbauteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Membran eine Mehrzahl von einzelnen Platten aufweist, deren Abstand und/oder deren Position in einem dreidimensionalen Raum durch Überführen der Fläche von dem ersten Zustand in den zweiten, verformten Zustand änderbar ist.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die verformbare Membran, die die Außenkontur des Kraftfahrzeugbauteils bildet, eine Mehrzahl von einzelnen Platten aufweist, die mit der Membran verbunden sind. Beim Verformen der Membran, beispielsweise durch eine Zugkraft, die in der von der Membran aufgespannten Ebene wirkt, werden die Platten entsprechend der Membrandehnung bewegt und somit voneinander beabstandet. Eine derartige Verformung der Membran kann alternativ auch durch Erzeugen eines Drucks bewirkt werden, beispielsweise mittels eines aufblasbaren Kissens, eines Luftsacks oder dergleichen, das oder der außenseitig die mit den Platten versehene Membran aufweist. Bei einer Wölbung der Membran kann sich die Position der Platten in x-, y- oder z-Richtung ändern.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteil wird es bevorzugt, dass die Membran in dem ersten Zustand keine elastische Dehnung aufweist. Es kann sich dabei um einen Ruhezustand handeln, in dem die Membran unverformt ist und in dem vorzugsweise weder eine Zugkraft noch eine Druckkraft bzw. ein Innendruck wirkt. Beim Abschalten oder bei einem Ausfall eines entsprechenden Aktuators oder eines Stellelements würde die Membran somit selbsttätig in diesen ersten Zustand oder Ausgangszustand zurückkehren.
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Vorzugsweise grenzen die Platten in dem ersten Zustand aneinander an, so dass praktisch eine geschlossene Oberfläche gebildet ist, die im Vergleich zu der elastisch verformbaren Membran hart und unverformbar ist. Dementsprechend wird beim Verformen lediglich die Membran elastisch gedehnt, während die Platten nicht gedehnt oder verformt werden. Da die Platten in dem unverformten Zustand der Membran aneinander angrenzen, kann dadurch der Eindruck einer geschlossenen Oberfläche erzeugt werden, das heißt, ein Betrachter nimmt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere dessen Oberfläche, als integrale Fläche war, da nicht erkennbar ist, dass diese Fläche aus einzelnen, benachbarten Platten besteht bzw. gebildet ist.
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Varianten der Erfindung können vorsehen, dass die Platten außenseitig und/oder innenseitig auf der Membran angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Platten an der Außenseite der Membran angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Platten innenseitig an der Membran angeordnet ist. Auch eine Konfiguration, bei der Platten zwischen einer oberen Membran und einer unteren Membran angeordnet und somit eingeschlossen sind, ist möglich. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auch im verformten Zustand kein Abstand oder Spalt zwischen den Platten vorhanden ist. Schließlich ist auch eine Konfiguration möglich, bei der eine Membran sowohl an ihrer Außenseite als auch an ihrer Innenseite mit den Platten versehen ist. Die Platten können formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Membran verbunden sein. Beispielsweise können die Platten mittels eines geeigneten Klebstoffs mit der Membran verklebt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Membran Vertiefungen oder Ausnehmungen aufweist, in die ein dazu gegengleich ausgebildeter Abschnitt einer Platte eingreift. Eine Platte kann beispielsweise einen noppenartigen oder pilzartigen Vorsprung aufweisen, der der Befestigung der Platte an der Membran dient. Alternativ kann auch die Membran z. B. einen noppenartigen oder einen pilzartigen Vorsprung aufweisen, der kraft- und/oder formschlüssig mit einer Platte verbunden ist, beispielsweise kann die Platte entsprechende Öffnungen aufweisen, die von Noppen oder pilzartigen Vorsprüngen durchsetzt sind, wodurch die Platten an der Membran gehalten werden. Daneben sind weitere Befestigungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise kann die Membran Taschen aufweisen, in die jeweils eine Platte eingesetzt ist. Wenn auf die Membran eine Kraft entlang der durch die Membran gebildeten Ebene ausgeübt wird, dehnt sich die Membran entsprechend aus, während die an der Membran befestigten Platten nicht verformt werden und lediglich ihren Abstand zu benachbarten Platten ändern. Dieser Vorgang ist reversibel, so dass das Kraftfahrzeugbauteil wieder seine ursprüngliche Form annimmt, sobald die Zugkraft oder der Druck entfällt.
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Besonders bevorzugt wird es bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteil, dass die Platten eine lückenlos anreihbare Form aufweisen. Diese Form muss dabei so gewählt sein, dass die Bewegung benachbarter Platten bei einer Dehnung der Membran nicht behindert wird. Wenn die Platten eine lückenlos anreihbare Form aufweisen, kann das Kraftfahrzeugbauteil praktisch jede beliebige dreidimensionale Form aufweisen.
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Besonders bevorzugt wird es, dass die Platten als Polygon mit drei, vier, fünf oder sechs Ecken ausgebildet sind. Derartige Plattenformen lassen sich lückenlos aneinander anreihen. Von den genannten Formen wird ein Polygon mit sechs Ecken, das heißt ein Sechseck, vorzugsweise ein gleichseitiges Sechseck, bevorzugt. Ein gleichseitiges Sechseck weist ein optimales Verhältnis zwischen Kantenlänge und Stabilität bzw. Steifigkeit auf. Demnach kann eine bestimmte Oberfläche mit gleichseitigen Sechsecken mit geringstem Materialeinsatz gebildet werden. In Randbereichen können allerdings auch andere Formen eingesetzt werden, beispielsweise ein halbiertes Sechseck, das heißt ein Viereck, insbesondere ein Trapez, oder ein Dreieck. Wenn die Membran mit gleichseitigen Sechsecken versehen ist, bewegen sich die Sechsecke bei einer Dehnung der Membran entsprechend der Dehnung auseinander. Bei einer lediglich einachsigen Zugkraft werden die sechseckigen Platten entlang einer Achse auseinanderbewegt. Bei einer zweiachsigen Zugbelastung, die bei einer Druckbelastung, beispielsweise durch einen Innendruck eines Luftsacks, auftritt, bewegen sich die sechseckigen Platten in zwei orthogonalen Richtungen voneinander weg, so dass gleichmäßige Abstände zwischen den einzelnen benachbarten Platten entstehen.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Membran durch eine pneumatisch und/oder elektrisch und/oder hydraulisch und/oder mechanisch erzeugte Kraft oder durch einen derart erzeugten Druck verformbar ist. Zum Verformen der Membran ist jeweils wenigstens ein Aktuator oder ein Stellelement vorgesehen, der oder das bei Bedarf eingeschaltet oder betätigt wird. Ein pneumatisch betätigter Aktuator kann mit einem Kompressor oder einem Speicher für komprimierte Luft oder ein anderes Gas verbunden sein. Ein elektrisch angetriebener Aktuator wird vom Bordnetz versorgt. Ein hydraulisch angetriebener Aktuator kann an eine in dem Kraftfahrzeug vorhandene hydraulische Anlage angeschlossen sein. Ein mechanischer Aktuator, beispielsweise ein Linearaktuator, kann einen verfahrbaren Kolben aufweisen, der die Membran mechanisch verformt, wobei der Linearaktor elektrisch oder durch eine andere Energiequelle angetrieben sein kann.
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Vorzugsweise kann die Membran des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils ein Volumen begrenzen, das mit Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt ist. Die Membran kann somit als Luftsack ausgebildet sein oder zumindest eine Fläche eines Luftsacks bilden, die eine Außenfläche des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils bildet. Alternativ kann die Membran auch derart mit einem Luftsack in Verbindung stehen, dass die Membran auf einem Luftsack angeordnet ist und beim Befüllen des Luftsacks elastisch gedehnt wird.
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Die auf der Membran des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils angeordneten Platten können aus einem Werkstoff der folgenden Gruppe hergestellt sein: Kunststoff, thermoplastischer Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff, Metall, Metalllegierung oder Glas. Diese in Frage kommenden Werkstoffe können auch miteinander kombiniert sein, beispielsweise kann eine aus Metall hergestellte Platte einen Kunststoffüberzug aufweisen. Die Membran des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils kann aus wenigstens einem Werkstoff der folgenden Gruppe hergestellt sein: Elastomer, faserverstärktes Elastomer, flüssigkeitsdichtes Elastomer.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil kann bevorzugt als Spoiler oder als Heckspoiler eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Demnach kann der Spoiler oder Heckspoiler zwei oder mehr unterschiedliche Zustände annehmen, zumindest einen eingefahrenen und einen ausgefahrenen Zustand, wobei die Membran zumindest in dem verformten Zustand elastisch gedehnt ist. Darüber hinaus können selbstverständlich auch Zwischenzustände angenommen werden, so dass eine stufenlose Steuerung der Form des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils zwischen der vollständig eingefahrenen Position und der vollständig ausgefahrenen Position möglich sind. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf einen Spoiler oder einen Heckspoiler beschränkt, darüber hinaus können auch andere Komponenten eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen elastisch dehnbaren und mit Platten versehenen Membran ausgerüstet sein. Beispielsweise kann ein Frontspoiler verformbar sein. Dasselbe gilt für einen Bereich einer Frontklappe oder einer Heckklappe, die auf diese Weise aerodynamisch optimiert und an eine Fahrsituation angepasst werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils;
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2 das in 1 gezeigte Kraftfahrzeugbauteil im verformten Zustand;
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3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils; und
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4 das Kraftfahrzeugbauteil von 3 in einem verformten Zustand.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Draufsicht eines Details eines Kraftfahrzeugbauteils 1, von dem in 1 die Oberseite sichtbar ist. Diese wird gebildet durch eine Mehrzahl von einzelnen Platten 2, die lückenlos aneinander angereiht sind, wodurch eine geschlossene Oberfläche entsteht. Alle Platten 2 sind als regelmäßige, gleichseitige Sechsecke ausgebildet, so dass jede Kante 3, die eine Platte 2 begrenzt, eine identische Kante 3 einer benachbarten Platte 2 berührt. Die in den 1 und 2 gezeigte sechseckige Form der Platten 2 steht beispielhaft für jegliche lückenlos anreihbare Formen. Wie bereits erwähnt wurde, zeigen die 1 und 2 jeweils einen Ausschnitt der Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils 1. In Randbereichen können anders geformte Platten vorgesehen sein, beispielsweise um eine gerade Kante zu bilden.
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1 zeigt das Kraftfahrzeugbauteil 1 in einem ersten Zustand, in dem die Platten 2 einander an allen Seiten berühren. Die Platten 2 nehmen somit die dichtestmögliche Anordnung ein.
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Unterhalb der Platten 2 befindet sich eine Membran aus einem elastisch verformbaren Material, diese Membran ist in 1 verdeckt und somit nicht sichtbar. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Membran aus einem Elastomer, das als Hohlkörper ausgebildet ist und mit einem Gas, z. B. mit Luft, befüllt werden kann. Das Befüllen des Hohlkörpers wird mittels eines Aktuators gesteuert, der ein Ventil einer Leitung öffnet, wodurch die als Hohlkörper ausgebildete Membran mit Luft befüllt wird, um in dem Hohlkörper einen bestimmten Druck zu erzeugen.
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2 zeigt das Kraftfahrzeugbauteil 1, wenn die als Hohlkörper ausgebildete Membran 4 mit Luft befüllt ist. Ausgehend von dem in 1 gezeigten ersten Zustand ist die Membran 4 in den in 2 gezeigten verformten Zustand überführt worden. Durch das Befüllen der hohlkörperartigen Membran 4 wird diese gedehnt, wodurch sich ihre Dicke verringert und die Oberfläche vergrößert. Die Platten 2 sind fest mit der Membran 4 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen jeder Platte 2 und der Membran 4 eine Kontaktfläche gebildet. Die Platten 2 können entweder mit der Membran 4 verklebt oder formschlüssig mit dieser verbunden sein, die Membran 4 kann dazu ein entsprechendes Befestigungsmittel aufweisen, das beispielsweise als Zylinder oder pilzförmig ausgebildet sein kann. Die Befestigung erfolgt derart, dass jede Platte 2 zumindest an einem Punkt oder an einer Fläche fest mit der Membran 4 verbunden ist bei einer Dehnung der Membran 4 entsprechend mitbewegt wird. Da insbesondere die Bereiche der Membran 4 zwischen zwei Platten 2 dehnbar sind, bewegen sich benachbarte Platten 2 voneinander weg, so dass die zuvor aneinander anliegenden Kanten 3 im gedehnten, verformten Zustand voneinander beabstandet sind. Die Dehnung der Membran 4 unter dem Einfluss eines Innendrucks des Hohlkörpers erfolgt entlang der durch die Membran 4 aufgespannten Ebene gleichmäßig entlang einer ersten Richtung und einer dazu orthogonalen zweiten Richtung. Daher sind die Abstände zwischen den Platten 2 in allen Richtungen gleich groß und die Kanten 3 sind parallel zueinander angeordnet, wie in 2 erkennbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Membran 4 in dem in 1 gezeigten ersten Zustand unverformt. Durch die Wahl der Form der Membran 4 kann diese jedoch auch in dem unverformten Zustand eine definierte Außenkontur aufweisen, beispielsweise kann sie eine gewisse Wölbung nach außen besitzen. In dem unverformten Zustand stützen sich die Platten 2 gegenseitig, so dass eine geschlossene, stabile Oberfläche entsteht. Neben einer Änderung des Abstands der Platten bewirkt eine Dehnung der Membran auch eine Änderung der Lage der Platten im dreidimensionalen Raum.
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Wenn ausgehend von dem in 2 gezeigten verformten zweiten Zustand der in der als Hohlkörper ausgebildeten Membran herrschende Druck verringert wird, nimmt die Membran 4 in Abhängigkeit des herrschenden Innendrucks wieder ihre in 1 gezeigte ursprüngliche Form an, das heißt die Membran 4 kann reversibel verformt werden.
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Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugbauteils 5, das als Heckspoiler ausgebildet ist. Die 3 und 4 sind geschnittene, perspektivische Ansichten. Der Heckspoiler grenzt an ein feststehendes Bauteil 6 (Exterieurbauteil) an, das als Hohlprofil ausgebildet ist. Die teilweise dargestellte und als Hohlkörper ausgebildete Membran 7 besitzt eine näherungsweise rechteckige Form, umfassend eine Oberseite 8, auf der Platten 9 angeordnet sind, sowie Seitenflächen 10, 11. Die in den 3 und 4 nicht gezeigte untere Fläche kann entweder ebenfalls aus dem elastischen Elastomermaterial hergestellt sein oder die Seitenflächen 10, 11 können mit einer festen Platte verbunden sein. Die feste Platte kann Bestandteil der Karosserie sein. Die Membran 7 schließt einen Hohlraum 12 ein, der mit einem unter Druck stehenden Gas wie Luft befüllbar ist. Auf der Oberseite 8 der Membran 7 ist eine Mehrzahl der Platten 9 angebracht, die zumindest teilweise als regelmäßige Sechsecke ausgebildet sind. In Randbereichen sind die Platten z. B. als Dreieck oder Trapez ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Platten 9 aus einem Kunststoffmaterial.
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Das Befüllen des Hohlraums 12 mit dem Gas, um die Membran 7 zu dehnen, wird von einer Steuerungseinrichtung 13 gesteuert, die lediglich schematisch dargestellt ist. Diese öffnet ein Ventil einer Schlauchleitung, um den Befüllvorgang auszulösen. Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel dehnt sich die Membran 7 dadurch entlang ihrer Oberseite 8 aus, bis der in 4 gezeigte zweite, verformte Zustand erreicht ist. Die einzelnen Platten 9, die sich in dem unverformten Zustand berühren, sind in dem verformten Zustand voneinander beabstandet. Darüber hinaus hat sich auch die Wölbung der Membran 7 nach außen unter der Wirkung des Innendrucks des Hohlraums 12 erhöht. Durch eine entsprechende Gestaltung der Dicke der Membran 7 kann deren Verhalten beim Vorhandensein eines Innendrucks gesteuert werden. Ein Bereich der Membran 7, der eine geringere Dicke aufweist, verformt sich stärker als ein Bereich mit einer größeren Dicke. Auf diese Weise kann eine Beeinflussung der Formgebung auch durch das Vorsehen einer Membran 7 mit unterschiedlichen Wandstärken beeinflusst werden.
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Die Steuerungseinrichtung 13 löst den Vorgang des Verformens der Membran 7 beim Erreichen einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aus, beim Erreichen dieser Geschwindigkeit wird das als Heckspoiler ausgebildete Kraftfahrzeugbauteil 5 durch Erzeugen eines bestimmten Drucks in dem Hohlraum 12 verformt und somit ausgefahren. Selbstverständlich können zusätzlich zu dem in 3 gezeigten unverformten Zustand und dem in 4 gezeigten verformten Zustand auch Zwischenzustände angesteuert werden.
