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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spoilereinheit, bei welcher der Spoiler hauptsächlich aus einem thermoplastischen Material besteht. Die Erfindung bezieht sich generell auf die Ausführung von Spoilern, beispielsweise zur Montage als Luft-oder Windabweiser bei schweren Nutzfahrzeugen in der Form von Lastkraftwagen, unter anderem zur Verbesserung der aerodynamischen Luftströmung am Fahrerhaus und am Auflieger. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Spoilerverstärkungseinheit zur Erzielung der erforderlichen Merkmale von Spoilern/Luftabweisern, wie beispielsweise ausreichende Steifigkeit, Gestattung einer thermischen Ausdehnung usw. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, das mit einem Spoiler gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
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Bisheriger Stand der Technik
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Heutige Fahrzeuge werden so gebaut, dass sie eine optimale Aerodynamik aufweisen. Dies ist besonders bei schweren Nutzfahrzeugen, wie beispielsweise Lastkraftwagen, wichtig, da diese Fahrzeuge groß und schwer sind und lange Strecken fahren. Lastkraftwagen sind heutzutage ein wichtiger Teil des Verkehrs und der Kraftstoffverbrauch dieser Fahrzeuge ist ein großes Anliegen. Jede Verbesserung der Aerodynamik der Fahrzeuge ist im Zusammenhang mit der Steigerung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit von großem Interesse.
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Wenn ein Lastkraftwagen fährt, entstehen um ihn herum starke Turbulenzen. Dadurch wird die Luftströmung gestört, so dass der Fortbewegung des Lastkraftwagens ein erhöhter Widerstand entgegengesetzt wird und der Kraftstoffverbrauch steigt. Durch stromlinienförmige Gestaltung können bei Fahrzeugen beträchtliche Kraftstoffeinsparungen erzielt werden. Außerdem hat eine Verbesserung der Aerodynamik eines Fahrzeugs positive Auswirkungen auf andere Aspekte seiner Leistung, insbesondere auf sein Beschleunigungsvermögen, seine Höchstgeschwindigkeit, seine Spurstabilität, seinen Reifenverschleiß, seinen Fahrkomfort usw.
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Es wurden bereits viele Lösungen und Zubehörteile entwickelt, um die Aerodynamik von Fahrzeugen zu verbessern. Eine solche Produktkategorie sind Luft-oder Windabweiser. Da die Aufgabe der Anbringung von Luftabweisern bei einem Fahrzeug/Lastkraftwagen darin besteht, Kosten zu sparen, müssen auch die Abweiser selbst kostengünstig hergestellt und montiert werden können.
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Die heutigen Spoiler bestehen normalerweise aus SMC (= Sheet Moulding Compound; eine plattenförmige Pressmasse). Dabei handelt es sich um einen gießfertigen Verbundwerkstoff aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Harz, d. h. um eine Mischung aus einem Polyester und Glasfasern, der hauptsächlich zum Formpressen verwendet wird. Typische Anwendungen dieses Verbundwerkstoffs sind anspruchsvolle Bauteile in der Automobiltechnik, die korrosionsbeständig sein müssen, usw.
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Fiberglas ist ein relativ teurer Werkstoff, der nur mit hohem Kostenaufwand gegossen werden kann und die konstruktive Freiheit einschränkt. Außerdem ist Fiberglas ein sprödes Material, das rissig werden kann, wenn Kräfte von außen auf es einwirken. Dies kann dazu führen, dass die Produkte aus diesem Material, beispielsweise Spoiler eines Lastkraftwagens, ausgetauscht werden müssen.
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Jedoch weist das SMC-Material eine hohe Festigkeit und ein hohes Elastizitätsmodul auf und unterliegt keiner thermischen Ausdehnung. Dies sind wichtige Vorteile. Ein Grund, Spoiler nicht aus SMC, sondern aus Thermoplasten herzustellen, liegt darin, dass Thermoplaste besser recycelt werden können, eine höhere Konstruktionsqualität ergeben, mehr Freiheit zum Entwurf höher entwickelter Formen bieten und eine Lackierung der Produkte ohne Grundierung ermöglichen.
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Jedoch erfordert der Wechsel zu Thermoplast-Material bei solchen Spoilern oder bei ähnlichen Produkten aufgrund der Eigenschaften der Thermoplaste, wie beispielsweise höhere Wärmeausdehnung, kleineres Elastizitätsmodul usw., eine andere Konstruktion dieser Elemente. Aber der Wechsel zu Thermoplasten führt auch zu einer besseren Recycelbarkeit, zur Möglichkeit, anspruchsvollere Konstruktionsgeometrien zu entwerfen und zur Freiheit, das Styling der Produkte zu verfeinern. Aus diesen Gründen ist es erwünscht, die Spoilerkonstruktion so zu ändern, dass der Spoiler aus einem thermoplastischen Material hergestellt werden kann.
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Die Herstellung von Spoilern aus thermoplastischem Material führt zu dem Problem, dass die Festigkeit von langen schmalen Spoilern, wie beispielsweise von seitlichen Luftabweisern, relativ gering ist. Dies führt zu geringen Eigenschwingungen, die leicht zu Vibrationen und Ermüdung des Spoilermaterials führen können. Ein weiteres Problem ist, dass die Wärmeausdehnung von thermoplastischem Material relativ hoch ist. Dies kann leicht zu einer unästhetischen Verformung des Produkts/Spoilers führen, wenn dieses/dieser fest angebracht ist. Es ist auch problematisch, zwei oder mehr Thermoplast-Spoiler dauerhaft miteinander zu verbinden, da dazu in der Regel viele Befestigungselemente, beispielsweise in der Form von Gewindeeinsätzen im Kunststoff oder Metallklammern, erforderlich sind. Zur Steigerung der Festigkeit des Spoilers benötigt das Spritzgießwerkzeug oft viele bewegliche Teile, die wiederum zu erhöhten Produktionskosten führen. Wenn ein steifes Metallprofil zur Verstärkung der Spoilereinheit und zur Erhöhung seiner Festigkeit oder zur gemeinsamen Montage von zwei oder mehr Thermoplast-Spoilern verwendet wird, verformen sich die Spoiler leicht aufgrund der Einwirkung von thermischen Kräften.
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Es wurden schon viele Versuche unternommen, um eine einfache und funktionsfähige Lösung der genannten Probleme zu finden. Einige Lösungen basieren auf Verstärkungselementen aus Stahl an bestimmten Stellen. Andere Lösungen sind kompliziert und bestehen aus mehreren Komponenten, so dass die Herstellung und die Montage der Spoilereinheit teuer ist.
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Das Patent
US 2012 / 0 074 728 A1 beschreibt ein Beispiel eines Fahrzeugs, das mit aerodynamischen Verkleidungsschürzen ausgestattet ist, die dazu dienen, den Luftwiderstand zu minimieren und eine gleichmäßigere Luftströmung um das Fahrzeug aufrecht zu erhalten. Die Erfindung betrifft eine Stütze, die an der lasttragenden Plattform angebracht werden kann und dazu dient, ein Luftströmungslenkelement zu stützen. Die Stütze umfasst eine Positionseinstellvorrichtung zur Einstellung der Position des Luftströmungslenkelements. Diese Konstruktion ist nicht in erster Linie dazu vorgesehen, einen Spoiler aus thermoplastischem Material gemäß der vorliegenden Erfindung zu verstärken.
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Das Patent
US 2012 / 0 032 475 A1 beschreibt ein weiteres Beispiel eines elastischen oder biegsamen Spoilers zum Einsatz bei einem Anhänger. Die Erfindung betrifft eine Strebe, welche die Spoiler konstruktiv stützt. Die Strebe ist an der Innenseite des Spoilers platziert und befestigt den Spoiler an der Anhängerbasis. Auch diese Konstruktion ist nicht zur Verstärkung eines Spoilers aus thermoplastischem Material vorgesehen.
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Eine weitere Lösung ist im Patent
US 2007 / 0 120 397 A1 beschrieben. Dabei wird ein Spoiler mit einem daran anliegenden anderen ähnlichen Spoiler zwecks Befestigung unter einer unteren äußeren Kante eines Anhängers verbunden, um eine durchlaufende Schürze unter dem Anhänger herzustellen. Die Spoiler weisen mehrere in der Längsrichtung verlaufende, vertikal räumlich voneinander getrennte bogenförmige Vorsprünge auf, die zur Verstärkung der Spoiler dienen. Die Spoiler sind durch seitlich platzierte Befestigungsmittel im unteren Bereich eines Anhängers befestigt. Diese Lösung beinhaltet kein Stützprofil gemäß der vorliegenden Erfindung.
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US 2007 / 0 200 390 A1 offenbart einen Windschutz mit zwei Paneelen an einer Seite, die über Gelenke miteinander verbunden sind. Der Windschutz einer Seite verschließt die Lücke zwischen dem Führerhaus eines Lkw und dem Auflieger. Das zweite Panel überlappt mit der Seitenwand eines angehängten Aufliegers. Der Windschutz ist gelenkig ausgeführt, um ein Zusammendrücken des Windschutzes während eines Anhängevorgangs des Aufliegers zu ermöglichen.
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US 2012 / 0 211 617 A1 offenbart eine Klemmvorrichtung zum Anbringen von Paneelen an I-Trägern des Unterbaus eines Aufliegers. Die Befestigung einer Klemmvorrichtung an den I-Trägern erfolgt durch Anziehen einer Schraube und Einklemmen eines unteren Stegs des jeweiligen I-Trägers. Die Paneele sind über Schrauben an der Klemmvorrichtung befestigt.
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US 2011 / 0 062 749 A1 offenbart eine Panelkonstruktion für einen Auflieger, die an Querstreben des Unterbaus eines Aufliegers befestigt wird. Unter äußerer Krafteinwirkung ist die Panelkonstruktion elastisch verformbar.
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Auf dem Markt gibt es einige ähnliche Lösungen bezüglich Luftabweisern. Jedoch enthält keines dieser bereits bekannten Systeme einen Luftabweiser, der gemäß der Erfindung verstärkt ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme zu lösen und eine einfache Spoiler-Konstruktion bereitzustellen, die leicht zur Herstellung und Montage von Spoilern aus thermoplastischem Material verwendet werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mindestens zwei Thermoplast-Spoiler starr miteinander zu verbinden und gleichzeitig zu vermeiden, dass diese sich aufgrund von thermischen Effekten verformen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Spoiler mit einer Randleiste, beispielsweise aus Gummi, miteinander zu verbinden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verstärkung der Spoilereinheit mit einem starren Profil zu ermöglichen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das starre Profil mit einem geeigneten Befestigungselement zu montieren.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spoilereinheit bereitzustellen, die nur wenige Komponenten umfasst.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Spoiler bereitzustellen, der mechanisch stabil ist und dauerhaft verwendet werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spoilereinheit bereitzustellen, die am Fahrerhaus eines Lastkraftwagens angebracht werden kann.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden durch eine Spoilereinheit erzielt, die mit den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen konzipiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit generell eine Spoilereinheit, bei der mindestens eines ihrer Bauteile aus einem thermoplastischen Material besteht. Die Einheit ist in erster Linie zur Montage hinter dem Fahrerhaus als Luftabweiser bei einem schweren Nutzfahrzeug, wie beispielsweise bei einem Lastkraftwagen, vorgesehen.
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Das Grundmerkmal der Spoilereinheit ist, dass ein starres Profil, beispielsweise ein Metallprofil in der Form eines stranggepressten Aluminiumprofils, zur Montage der Teile verwendet wird. Dieses starre Profil kann auch aus einem anderen Material bestehen, wie beispielsweise aus verstärktem Kunststoff, einem Verbundmaterial usw.
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Die Konstruktion gemäß der Erfindung bietet Folgendes:
- Höhere Festigkeit der Spoilerteile nach der Montage.
- Entlang der Spoilerteile verteilte Klemmbefestigungsmittel.
- Leichte Montage des Profils durch einrastbare Klammer-Abstandhalter.
- Leichte Verbindungen zwischen den Spoilern und dem Profil durch vorspringende Elemente, die an das Kunststoffmaterial der Spoiler angegossen sind.
- Schlitze im Profil, die eine Wärmeausdehnung und Bewegung der Spoiler gestatten. Die Einheit kann als Griff zum Öffnen des seitlichen Luftabweisers verwendet werden, um Zugang zum Auflieger zu erhalten.
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Zur Lösung des Problems der Wärmeausdehnung wurden spezielle Klammer-Abstandhalter konzipiert. Nachdem das Profil korrekt an den Spoilern platziert wurde, werden die Klammer-Abstandhalter zwischen die nach oben gebogenen Kanten der Profile gedrückt und rasten mit elastischen Schenkeln über den ovalen Öffnungen im Profil in das Profil ein. Dadurch können sich die Kunststoffspoiler in ihrer Ausdehnungsrichtung bewegen. Die Klammer-Abstandhalter sind beispielsweise mit Kunststoffschrauben befestigt.
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Die Montage wird somit wie folgt vorgenommen:
- 1) Die Spoiler werden auf einem Tisch platziert und miteinander verhakt.
- 2) Ausdehnungselemente, wie beispielsweise die Randleiste aus Gummi, werden in ähnlicher Weise mit den Hauptelementen verhakt.
- 3) Die Klammer-Abstandhalter mit elastischen Schenkeln werden vormontiert und in das Profil eingerastet/geklammert.
- 4) Das Profil wird in die Kunststoffspoiler gedrückt.
- 5) Die Klammer-Abstandhalter werden in Bezug auf die Schraubtürme in den Spoilerelementen gleichmäßig verteilt und halten alle Teile zusammen.
- 6) Das Profil und die Klammer-Abstandhalter werden vorzugsweise mit Kunststoffschrauben verschraubt.
- 7) Zwei der Schrauben dienen zur Fixierung der Position der Spoilerelemente und des Profils und sind deshalb nicht mit Klammer-Abstandhaltern ausgestattet.
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Die Lösung gemäß der Erfindung bietet:
- - Erhöhte Festigkeit des Spoilerelements, da Aluminiumprofile in Kombination mit Klammer-Abstandhaltern und Schrauben verwendet werden. Dadurch wird dem thermoplastischen Spoiler erhöhte Festigkeit verliehen.
- - Behebung der Probleme aufgrund von Wärmeausdehnung, wenn lange, schmale thermoplastische Spoilerelemente miteinander verbunden werden. Klammer-Abstandhalter und ovale Öffnungen gestatten eine Wärmeausdehnung der Spoilerelemente.
- - Vereinfachte Montage und Führung der Spoilerelemente.
- - Bereitstellung einer Methode zur Montage mehrerer Spoilerelemente und Luftabweiserverlängerungen in einer Einheit statt mit Blindnieten.
- - Geminderten Bedarf an Klammern und Gewindeeinsätzen und dadurch geringere Kosten.
- - Verwendbarkeit des Profils als Türöffnungsgriff für den seitlichen Windabweiser.
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Die Hauptvorteile der Lösung gemäß der Erfindung sind, dass die Spoilereinheit gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise verstärkt ist, aber dennoch aus wenigen Bauteilen besteht, so dass die Spoilereinheit kostengünstig hergestellt und montiert werden kann. Da wenige Bauteile und Aluminium mit geringem Gewicht eingesetzt werden, ist das Gewicht eines Luftabweisers relativ gering.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung, den beigefügten Zeichnungen und den Patentansprüchen zu ersehen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die auf den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
- 1 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen schweren Nutzfahrzeugs mit einem seitlichen Luftabweiser gemäß der Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht von hinten eines Teils eines seitlichen Luftabweisers mit dem Hauptteil und einem unteren Verlängerungsteil sowie mit einer Randleiste aus Gummi und einem Profil, das die Einheit zusammenhält.
- 3 ist eine Ansicht von unten eines Teils des Profils und eines Klammer-Abstandhalters sowie einer Schraube, in einer detaillierteren Darstellung als in .
- 4 ist eine Endansicht des unteren Spoilerteils, der Gummileiste und des Profils, die mit einer Schraube und einem Klammer-Abstandhalter gemäß der Erfindung zusammengefügt sind.
- 5 ist eine Explosionsdarstellung der Spoilereinheitteile gemäß der Erfindung.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spoilereinheit, bei der mindestens eins der Spoilerteile aus einem thermoplastischen Material besteht.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines herkömmlichen schweren Nutzfahrzeugs 1 mit einem seitlichen Luftabweiser 2 gemäß der Erfindung. Der Abweiser 2 ist hier seitlich hinter dem Fahrerhaus 3a und vor dem Auflieger 3b montiert. Ein solcher Abweiser 2 ist lang und schmal und muss eine hohe Festigkeit aufweisen. Der Luftabweiser 2 besitzt eine/n hintere/n Randleiste/Spoiler 4, beispielsweise aus Gummi, und der Luftabweiser 2 kann aus zwei oder mehr Kunststoffelementen bestehen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht von hinten eines Teils eines seitlichen Luftabweisers 2 mit einem Hauptteil 5, einem unteren Verlängerungsteil 6, einer Randleiste 4 aus Gummi und einem Profil 7, beispielsweise aus Metall/Aluminium, das alle Teile zusammenhält. Zur Lösung des Problems der Wärmeausdehnung sind spezielle Klammer-Abstandhalter 8 im Profil 7 vorhanden. Bevor das Profil 7 korrekt an den Spoilerelementen 5,6 und gegebenenfalls an der Randleiste 4 platziert wird, werden die Klammer-Abstandhalter 8 zwischen den nach oben gebogenen Schenkeln 7a,b des Profils 7 nach unten gedrückt, wobei das Profil 7 einen H-förmigen Querschnitt hat, und rasten mit elastischen Schenkeln 10 über ovalen Öffnungen 11 (siehe ) im Profil 7 in das Profil 7 ein. Dank der Öffnungen 11 und der Klammer-Abstandhalter 8 können sich die Kunststoffelemente 5,6 in ihrer Längsrichtung bewegen. Zum Schluss werden die Klammer-Abstandhalter 8 und das Profil 7 beispielsweise mit Kunststoffschrauben 12 befestigt.
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3 zeigt eine Ansicht von unten eines Teils des Profils 7 und des Klammer-Abstandhalters 8 sowie der Schraube 12, wie in dargestellt, jedoch in detaillierterer Form. Das Profil 7 weist ovale Öffnungen 11 auf, in denen sich die Klammer-Abstandhalter 8 befinden. Die Klammer-Abstandhalter 8 weisen einen ovalen Teil 13 auf, der in die ovalen Öffnungen 11 passt, und zwar derart, dass der Klammer-Abstandhalter 8 sich in der Axial-/Längsrichtung des Profils 7 bewegen/verschieben kann. Zum Schluss werden die Klammer-Abstandhalter 8 und das Profil 7 mit Schrauben 12 an den Spoilerelementen 5,6 angebracht.
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4 zeigt eine Endansicht eines unteren Spoilerteils 5,6, der äußeren Randleiste 4 aus Gummi und des Profils 7, die mit einer Schraube 12 und einem Klammer-Abstandhalter 8 gemäß der Erfindung zusammengefügt sind. Der Klammer-Abstandhalter 8 besitzt mindestens zwei elastische Schenkel, die in/an Nuten oder Kanten 14 des Profils 7 auf der Innenseite der nach oben gebogenen Schenkel 9a,b des Profils 7 befestigt/eingerastet werden können. Der untere Schenkel 7c des H-Profils 7 greift in eine Aussparung 9 in der äußeren Randleiste 4 und fixiert/arretiert dadurch dieses Teil an der Luftabweisereinheit 2. Das Profil 7 ruht auf einem Steg 15 mit Schraubentürmen 15a, die an das Spoilerelement 5,6 angegossen sind und mit dem Spoilerelement 5,6 eine konstruktive Einheit bilden. Der Klammer-Abstandhalter 8 kann auch mit einer Schraube (nicht gezeigt) kombiniert sein.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung der Teile der Abweisereinheit 2 gemäß der Erfindung. Das Profil 7 hält die Teile mit Klammer-Abstandhaltern 8 und Kunststoffschrauben 12 zusammen, d. h. das Hauptelement 5, das untere Verlängerungselement 6 und die Randleiste 4 aus Gummi. Die Spoilerelemente 5,6 weisen vorspringende Stege 16 auf, die der Abweisereinheit 2 während ihres Einsatzes Festigkeit verleihen.
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Die obige Beschreibung soll in erster Linie das Verstehen der Erfindung erleichtern. Jedoch ist die Erfindung natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Für einen Experten auf dem Gebiet der Erfindung sind erwartungsgemäß viele Möglichkeiten für Abwandlungen ersichtlich, ohne dass von der Grundidee der Erfindung abgewichen werden muss, die durch die beigefügten Patentansprüche festgelegt wird.
