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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regulierung eines zu einem Kraftfahrzeugkühler geleiteten Luftstroms sowie ein Kraftfahrzeugfrontend bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Im Zuge der Forderungen nach immer höherer Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen spielt der Luftwiderstand der Fahrzeuge eine entscheidende Rolle. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit den Kraftfahrzeugen bei einem vergleichsweise geringen Energieverbrauch trotzdem hohe Geschwindigkeiten erzielt werden können sollen. Der Luftwiderstand und damit der Energieverbrauch des Fahrzeugs steigen überproportional zur Geschwindigkeit an, so dass gerade bei hohen Geschwindigkeiten mit Maßnahmen zur Optimierung des Luftwiderstands des Fahrzeugs hohe Energieeinsparungen erzielt werden können.
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In diesem Zusammenhang haben sich Vorrichtungen zur Regulierung eines Luftstroms, der durch die Verkleidung einer Kraftfahrzeugfront zu einem Kühler eines Kraftfahrzeugs geleitet wird, als Option für die Optimierung des Luftwiderstands des Kraftfahrzeugs herausgebildet.
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Derartige Vorrichtungen weisen einen Antrieb auf. Durch diesen Antrieb ist ein Verschlusselement entlang einer Bewegungsbahn bewegbar. Durch das Bewegen des Verschlusselements wird der Luftwiderstand für den Luftstrom auf seinem Strömungsweg zum Kühler verändert. Dies geschieht insbesondere dadurch, indem der für den Luftstrom passierbare Querschnitt auf seinem Strömungsweg zu dem Kühler verändert wird. Die Veränderung des Luftwiderstands bzw. des passierbaren Querschnitts kann dabei bis zum völligen Verschließen des Strömungswegs des Luftstroms gehen.
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Eine Verringerung des zum Kraftfahrzeugkühler geführten Luftstroms bedeutet, dass eine geringere Luftmenge in die Verkleidung der Kraftfahrzeugfront ein- bzw. durch diese hindurchtreten muss. Hierfür sind in der Kraftfahrzeugfront in der Regel eine bzw. eine Mehrzahl Öffnungen vorgesehen. Durch den Eintritt der Luft in diese Öffnungen entstehen Verwirbelungen, die insgesamt den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs erhöhen. Wird das Verschlusselement nun derart bewegt, dass der Luftwiderstand für den Luftstrom, der zu dem Kühler geleitet wird, ansteigt, so sinkt die durch die Öffnungen in die Kraftfahrzeugfront eintretende Luftmenge, es kommt in Folge zu weniger Verwirbelungen und einer besseren laminaren Umströmung der Kraftfahrzeugfront. Im Ergebnis führt dies zur Senkung des Luftwiderstands des Kraftfahrzeugs. Gleichzeitig wird jedoch dem Kühler ein geringerer Luftmengenstrom zugeführt, was schlussendlich eine Senkung der Kühlleistung bedeutet. Aus dieser Verringerung der Kühlleistung resultiert letztendlich auch das Bedürfnis, den Luftstrom im laufenden Betrieb zu regulieren, indem das Verschlusselement durch den Antrieb bewegt wird. Regelmäßig wird man dabei versuchen, soviel Luft wie zur Kühlung nötig, zur Senkung des Luftwiderstands jedoch so wenig Luft wie möglich zum Kühler des Kraftfahrzeugs zu leiten.
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Bekannt aus dem Stand der Technik sind beispielsweise rolloartige Konstruktionen aus labilen textilen Materialien, welche zur Veränderung des durchströmbaren Querschnitts in den Luftstrom bewegt werden können. Bei hohen Geschwindigkeiten und den daraus resultierenden Staudrücken auf das textile Material fehlt diesem jedoch die notwendige Stabilität.
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Aus der
DE 10 2012 204 431 A1 ist eine rolladenartige Konstruktion bekannt. Diese weist starre Bereiche mit einem rechteckigen Querschnitt auf, die eine in Querrichtung des Fahrzeugs orientierte Haupterstreckungsrichtung rechtwinklig zu ihrer Bewegungsrichtung besitzen und relativ zueinander verschwenkbar miteinander verbunden sind. Hieraus resultiert eine rolladenartige Konstruktion, die in als Führungsschienen ausgebildeten Führungseinrichtungen geführt ist. Die starren Bereiche sind an ihren in Haupterstreckungsrichtung gegenüberliegenden Enden in den Führungseinrichtungen geführt, überspannen somit in Fahrzeugquerrichtung einen vergleichsweise weiten Bereich. Die starren Bereiche können dem Staudruck der anströmenden Luft zwar besser standhalten als ein textiles Material, hierfür muss der rechteckige Querschnitt der starren Bereiche aber eine entsprechende Dicke aufweisen, um die Steifigkeit zu gewährleisten. Letztendlich resultiert dies in einem verhältnismäßig hohen Gewicht der Anordnung, was mit verhältnismäßig starken Antrieben ausgeglichen werden muss und ggf. sogar die permanente Bereitstellung von Antriebsenergie erfordert, um das Verschlusselement in einer geöffneten bzw. geschlossenen Gebrauchsposition zu halten. Für die hohen Staudrücke, wie sie bei hohen Geschwindigkeiten auftreten, sind derartige Konstruktionen daher ebenfalls nur eingeschränkt geeignet.
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In der Praxis wird zur Aufnahme hoher Staudrücke daher auf Konstruktionen mit einzeln gelagerten, verschwenkbaren Lamellen zurückgegriffen. Zur Regulierung des Lufteintritts werden die Lamellen jeweils um eine Drehachse verschwenkt. Durch das Verschwenken geben die Lamellen Zwischenräume zwischen jeweils benachbarten Lamellen frei, durch die die Luft zum Kühler strömen kann. Der Nachteil derartiger Konstruktionen jedoch ist deren benötigte Einbautiefe, da die Lamellen im vollständig geöffneten Zustand einen vergleichsweise hohen Platzbedarf in Fahrzeuglängsrichtung aufweisen. Zudem befinden sich die Lamellen auch bei vollständiger Öffnung immer noch im Strömungsweg, so dass sie den größtmöglichen Luftstrom, der über eine mit einem solchen Verschlusselement ausgestattete Querschnittsfläche einem Kühler zugeführt werden kann, begrenzen. Des Weiteren ist die Mechanik zur Verbindung der Schwenklamellen vergleichsweise kompliziert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regulierung eines Luftstroms, der zu einem Kühler eines Kraftfahrzeugs geleitet wird, bereitzustellen, die vergleichsweise leicht und bauraumsparend ist, dabei jedoch auch für hohe Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs und entsprechend hohe Staudrücke geeignet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Kraftfahrzeugfrontend und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Verschlusselement durch einen Antrieb entlang einer Bewegungsbahn bewegt, um den Luftwiderstand für den Luftstrom zum Kühler zu verändern. Das Verschlusselement weist dabei eine Mehrzahl relativ zueinander verschwenkbar aneinander gereihter starrer Bereiche mit einer zur Bewegungsbahn zumindest im Wesentlichen rechtwinklig orientierten Haupterstreckungsrichtung auf. Unter starren Bereichen sind dabei Bereiche zu verstehen, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Vorrichtung ihre Gestalt nicht ändern, d. h. insbesondere, dass diese Bereiche ihre Form wahren, wenn das Verschlusselement beispielsweise nach Art eines Rollos auf eine Rolle gewickelt wird. Insbesondere sind diese starren Bereiche so gestaltet, dass sie sich bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorrichtung zumindest nicht derart durchbiegen, dass eine bestimmungsgemäße Funktion, insbesondere die Bewegbarkeit des Verschlusselements, nicht mehr gewährleistet ist. Dabei versteht es sich, dass aufgrund des Staudrucks immer leichte elastische Verformungen der starren Bereiche in der Praxis vorkommen werden, da in der Praxis jeder einer Kraft ausgesetzte Festkörper eine elastische Verformung erfährt. Derartige elastische Verformungen sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung für die Definition eines Bereichs als starrer Bereich unschädlich.
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Das Verschlusselement ist durch eine Führungseinrichtung im Bereich der einander gegenüberliegenden Enden der starren Bereiche geführt. Vorzugsweise weist die Führungseinrichtung zwei beidseits des Verschlusselements angeordnete Führungselemente, beispielsweise Führungsschienen, auf. Die Führungseinrichtung hat dabei vorzugsweise ebenfalls die Aufgabe, die starren Bereiche im Bereich ihrer einander gegenüberliegenden Enden gegen den Staudruck des Luftstroms bzw. die daraus resultierenden Kräfte abzustützen.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens ein konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Reduzierung der elastischen Verformung, insbesondere der Durchbiegung entlang der Haupterstreckungsrichtung der starren Bereiche aufgrund des Staudrucks der Luftströmung aufweist.
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Unter einem konstruktiven Gestaltungsmerkmal ist in diesem Zusammenhang jede konstruktive Maßnahme zu verstehen, die die Durchbiegung des Verschlusselements im Vergleich zu einer ansonsten zumindest im Wesentlichen identisch gestalteten Vorrichtung, bei der die starren Bereiche lediglich im Bereich ihrer einander gegenüberliegenden Enden gegen den Staudruck des Luftstroms, insbesondere durch Führungselemente abgestützt sind und einen zumindest im Wesentlichen rechteckigen homogenen Querschnitt aufweisen, reduziert wird.
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Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen derartiger konstruktiver Gestaltungsmerkmale zur Versteifung die rolladenartigen Verschlusselemente der in Rede stehenden Art durchaus soweit optimiert, insbesondere versteift werden können, dass hieraus leichte, bauraumsparende und auch bei hohen Geschwindigkeiten funktionssichere Vorrichtungen der in Rede stehenden Art resultieren.
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Als Gestaltungsmerkmal können die starren Bereiche zur Versteifung des Verschlusselements Versteifungselemente aufweisen. Unter Versteifungselementen sind aber insbesondere solche Elemente zu verstehen, die zunächst separat hergestellt und dann mit dem zu versteifenden Teil des starren Bereichs des Verschlusselements verbunden werden. Hierunter fallen beispielsweise metallische Verstärkungen für Kunststoffteile. Diese können in diese ein- oder angeformt sein, es ist jedoch auch denkbar, metallische Versteifungselemente auf andere Weise mit Kunststoffbereichen zu verbinden, beispielsweise zu vernieten und/oder zu verkleben. Es versteht sich, dass auch andere Werkstoffe für die Verstärkungselemente in Frage kommen. Insbesondere bieten sich Faserwerkstoffe oder faserverstärkte Werkstoffe an. Diese können ebenfalls mit dem zu versteifenden Teil des starren Bereichs nachträglich verbunden werden. Ein An- oder Einformen, beispielsweise durch das Einlegen in eine Spritzgussform, ist jedoch ebenfalls möglich.
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Weiterhin können die starren Bereiche als konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Versteifung des Verschlusselements eine Profilierung aufweisen und/oder als Profil ausgebildet sein. Durch eine Profilierung wird insbesondere eine Abweichung des Querschnitts der starren Bereiche von einer einfachen Querschnittsform herbeigeführt. Profilierungen können beispielsweise durch angeformte Verstärkungsrippen, die sich vorzugsweise zumindest im Wesentlichen entlang der Haupterstreckungsrichtung der starren Bereiche erstrecken, gebildet sein. Besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist die Ausbildung der starren Bereiche als Hohlprofile. Unter Hohlprofilen sind insbesondere Gestaltungen zu verstehen, bei denen im Inneren des Profils ein in zwei von drei Raumrichtungen geschlossener Hohlraum entsteht. Solche Hohlprofile lassen sich insbesondere vorteilhaft durch Extrusions- und/oder Strangpressverfahren herstellen. Derartige Hohlprofile weisen eine besonders hohe Steifigkeit auf.
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Ebenfalls können als konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Versteifung des Verschlusselements Zonen der starren Bereiche aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein. Während es sich bei den vorstehend beschriebenen Versteifungselementen um klar abgrenzbare Strukturen handelt, so sind Zonen unterschiedlicher Werkstoffe insbesondere Zonen, wie sie sich ausbilden, wenn ein Bauteil – vorliegend der starre Bereich oder ein Teil des starren Bereichs – aus zwei oder mehr Werkstoffen in einem gemeinsamen Formgebungsverfahren hergestellt wird. Beispielhaft anzuführen ist hier die Koextrusion oder Spritzgussverfahren, bei denen unterschiedliche Werkstoffe, insbesondere Kunststoffmischungen, in unterschiedliche Bereiche der Spritzgussform eingespritzt werden. Somit ist es möglich, starre Bereiche zu schaffen, die zwar das Kriterium eines starren Bereichs im Sinne der vorliegenden Erfindung erfüllen, aber zur Erfüllung bestimmter Funktionalitäten Bereiche mit bestimmten Eigenschaften aufweisen können. So können beispielsweise die starren Bereiche Zonen aus einem flexiblen Werkstoff aufweisen, welche benachbarte starre Bereiche untereinander verbinden, so dass vorzugsweise eine Art Filmscharnier entsteht. Auf diese Weise kann sogar ein einstückiges Verschlusselement bereitgestellt werden, bei dem beispielsweise starre Bereiche als Zonen aus einem ersten steifen Werkstoff und flexible Bereiche zwischen den starren Bereichen als Zonen aus einem zweiten, elastischeren Werkstoff ausgebildet sind.
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Weiter kann die Vorrichtung als konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Versteifung Unterstützungselemente zur leeseitigen Abstützung der starren Bereiche aufweisen. Hierdurch kann eine zusätzliche mechanische Abstützung der starren Bereiche an einer oder einer Mehrzahl Stellen entlang ihrer Haupterstrekkungsrichtung ermöglicht werden. Wird das Verschlusselement bewegt, kann es sich an diesen Unterstüzungselementen vorbeibewegen, vorzugsweise an diesen abgleiten. Deren Bereiche müssen somit zwischen zwei Unterstützungspunkten entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung nur eine geringere Strecke überspannen, wodurch der Widerstand des Verschlusselements gegen eine Durchbiegung entlang der Haupterstreckungsrichtung erhöht wird. D. h., das Verschlusselement wird gegen eine Durchbiegung entlang der Haupterstreckungsrichtung versteift.
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Ein ähnlicher Effekt wird durch eine vorteilhafte Ausführungsform erzielt, bei der die Vorrichtung als konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Versteifung eine Mehrzahl entlang der Haupterstreckungsrichtung der starren Bereiche aneinandergereihte Verschlusselemente aufweist. Die einzelnen Verschlusselemente sind dann in vorteilhafter Weise jeweils beidseits durch Führungselemente geführt. Die aneinandergereihten Verschlusselemente bilden so im Vergleich zu einem einzigen, den zu regulierenden Strömungsquerschnitt über die gesamte Strecke in Haupterstreckungsrichtung der starren Bereiche überspannenden Verschlusselement, eine versteifte Konstruktion. Dies liegt daran, dass die starren Bereiche der einzelnen Verschlusselemente in Haupterstreckungsrichtung jeweils nur eine geringe Teilstrecke zwischen den unterstützenden Führungen überspannen müssen. Hieraus resultiert ebenfalls wiederum eine Erhöhung des Widerstands der Verschlusselemente gegen eine Durchbiegung entlang der Haupterstreckungsrichtung der starren Bereiche. Dabei werden vorzugsweise die aneinandergereihten Verschlusselemente durch einen gemeinsamen Antrieb bewegt.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Verschlusselement beim Öffnen des Verschlusselements auf eine Antriebswelle aufgewickelt wird. Dies erlaubt eine vergleichsweise platzsparende Konstruktion. Alternativ kann auch beispielsweise durch gekrümmte Führungen das Verschlusselement in seiner Offenstellung in eine zumindest im Wesentlichen horizontale Lage geführt werden. Dies bietet sich an, wenn hierfür ein entsprechend weit in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten reichender Bauraum zur Verfügung steht, wie es beispielsweise im Bereich unmittelbar unter der Motorhaube oder über dem Unterboden der Fall ist. Ein Aufwickeln auf eine Welle hat hingegen den Vorteil, dass die Welle beispielsweise auch auf einer mittleren Höhe einer Kraftfahrzeugfront angeordnet werden kann, so dass es möglich ist, zwischen dem Abschluss zur Motorhaube und der Wickelwelle weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs anzuordnen, wie beispielsweise Scheinwerfer oder weitere Lufteinlasselemente und gleichzeitig unterhalb der Wickelwelle den zu regulierenden Luftstrom in die Kraftfahrzeugfront zu führen. D. h. insbesondere, dass die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugfront so gestaltet ist, dass sie Lufteinlässe sowohl ober- als auch unterhalb der Wickelwelle aufweist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise in einem sogenannten Kraftfahrzeugfrontend angeordnet. Unter einem Kraftfahrzeugfrontend ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein vormontiertes Bauteil zu verstehen, dass bei der Montage des Kraftfahrzeugs zunächst als separate Baugruppe gefertigt und nach seiner Fertigstellung mit dem Kraftfahrzeug verbunden wird. Insbesondere die in Fahrzeuglängsrichtung platzsparende Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es möglich, diese als Bestandteil des vormontierten Kraftfahrzeugfrontends vorzusehen, was eine besonders wirtschaftliche Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 8 schematisch näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer beispielhaften Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1.
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3 und 4 zeigen Detaildarstellungen der Vorrichtung aus 2.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer beispielhaften Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 5.
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7 und 8 zeigen Detaildarstellungen der Vorrichtung aus 6.
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Die in den 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weist zur Regulierung des Luftstroms zu einem Kühler eines Kraftfahrzeugs einen nicht dargestellten Antrieb auf, der im gezeigten Beispiel auf die Antriebswelle 2 wirkt. Die beispielhafte Vorrichtung 1 weist eine Mehrzahl Verschlusselemente 3 auf, die jeweils aus einer Reihe aneinandergereihter starrer Bereiche 4 zusammengesetzt sind. Die starren Bereiche 4 weisen eine Haupterstreckungsrichtung X auf, die der Querrichtung des Kraftfahrzeugs im gezeigten Beispiel entspricht. Die starren Bereiche 4 haben im gezeigten Beispiel einen rechteckigen Querschnitt und weisen Formschlussglieder 5 in Gestalt angeformter bzw. ausgesparter Bereiche auf. Die Formschlussglieder 5 sind im gezeigten Beispiel in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass sie nach Art einer Clipsverbindung ineinandergreifen können. Im gezeigten Beispiel sind die Formschlussglieder 5 an beiden Schmalseiten des starren Bereichs 4 vorgesehen, dabei sind die Formschlussglieder 5 an einer Schmalseite des starren Bereichs 4 komplementär zu den Formschlussgliedern 5 auf der anderen Schmalseite des starren Bereichs 4 ausgebildet. Hierdurch kann im Prinzip eine beliebige Anzahl gleicher starrer Bereiche 4 aneinandergereiht werden, um ein Verschlusselement 3 zu bilden.
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Als konstruktives Gestaltungsmerkmal zur Versteifung des Verschlusselements sind im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl Verschlusselemente 3 entlang der Haupterstreckungsrichtung X der starren Bereiche 4 aneinandergereiht angeordnet. Dabei ist jedes der Verschlusselemente 3 randseitig durch Führungselemente 6 bzw. 7 geführt. Die Führungselemente 6 sind dabei jeweils zwischen zwei Verschlusselementen 3 angeordnet und dienen somit zwei benachbarten aneinandergereihten Verschlusselementen 3 als Führung. Die äußeren Verschlusselemente 3 sind entsprechend durch ein Führungselement 6 und ein Führungselement 7 geführt, welches lediglich der Führung eines einzigen Verschlusselements 3 dient. Die Führungselemente 6 und 7 dienen neben der Führung der Bewegung des Verschlusselements 3 entlang seiner Bewegungsbahn der Abstützung, insbesondere der leeseitigen Abstützung, des Verschlusselements 3, insbesondere der starren Bereiche 4 gegen den Staudruck des Luftstroms bzw. der daraus resultierenden Kräfte auf das Verschlusselement 3, insbesondere die starren Bereiche 4.
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Die in den 5 bis 8 dargestellte Ausführungsform weist in vorteilhafter Weise neben dem konstruktiven Gestaltungsmerkmal eine Mehrzahl entlang der Haupterstreckungsrichtung X der starren Bereiche 4 aneinandergereihter Verschlusselemente 3 weitere konstruktive Gestaltungsmerkmale zur Versteifung des Verschlusselements auf.
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Weiterhin sind die starren Bereiche 4 in vorteilhafter Weise als Profile, nämlich insbesondere als Hohlprofile ausgebildet. In 8 sind zwei beispielhafte alternative Gestaltungsbeispiele gezeigt, in der die als Hohlprofil ausgeführten starren Bereiche 4 in vorteilhafter Weise durch flexible Verbindungsbereiche 8 zu einem einstückigen Verschlusselement 3 verbunden sind. Die in 8 dargestellten beispielhaften Verschlusselemente 3 lassen sich in vorteilhafter Weise durch Extrusion aus einem Kunststoffmaterial herstellen. Dabei sind in besonders vorteilhafter Weise die Verbindungsbereiche 8 und die starren Bereiche 4 als Zonen aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet. Hierbei wird vorzugsweise der starre Bereich 4 aus einem ersten Werkstoff und der Verbindungsbereich 8 aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet. Vorteilhafterweise weist hierbei der erste Werkstoff ein höheres, vorzugsweise ein wesentlich höheres Elastizitätsmodul auf als der zweite Werkstoff. So lässt sich in vorteilhafter Weise ein einstückiges verwindungssteifes Verschlusselement 3 realisieren, welches sich trotz seines vergleichsweise verwindungssteifen Verhaltens gegenüber der Beanspruchung durch den Staudruck des Luftstroms in einfacher Weise auf eine Antriebswelle 2 aufrollen lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012204431 A1 [0007]
