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Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Frontdiffusor für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen.
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Aus der
DE 20 2011 005 505 U1 ist ein Fahrzeug mit einem Unterboden bekannt, wobei am Fahrzeug eine Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, die den Unterboden mit einem Karosserieelement verbindet. Der Unterboden ist mittels der Befestigungseinrichtung gegenüber der Fahrzeugkarosserie beweglich an dieser gelagert. Des Weiteren ist der Unterboden mittels einer Formgebungseinrichtung verformbar. Durch diese Gestaltung lassen sich die Durchströmquerschnitte unterhalb des Unterbodens und damit die Druckverhältnisse unterhalb des Fahrzeugs beeinflussen. Bei kleinerem Durchströmquerschnitt strömt die Luft unter dem Fahrzeug schneller hindurch als bei großem Durchströmquerschnitt, womit sich der Druck unter dem Fahrzeug verringert. Es entsteht somit ein größerer Unterdruck. Der Antrieb der Formgebungseinrichtung kann über einen Spindelantrieb erfolgen. Dies ermöglicht beliebige und definierbare Zwischenstellungen der Formgebungseinrichtung.
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In der
DE 10 2011 018 445 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Luftleitvorrichtung beschrieben. Das Fahrzeug umfasst an einem unterseitigen Bugbereich bugseitig vor den Vorderrädern eine karosseriefeste Basis. Die Luftleitvorrichtung ist an der karosseriefesten Basis befestigt und umfasst ein sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckendes Leitelement, das mittels einer Betätigungsmechanik zwischen einer angehobenen Ruhestellung und einer abgesenkten Betriebsstellung verstellbar ist. Als Betätigungsmechanik kann eine Mehrgelenkmechanik verwendet werden, die durch einen Spindelantrieb angetrieben wird. Durch die Gestaltung dieses Fahrzeugs ist sowohl in niedrigen Geschwindigkeitsbereichen als auch in hohen Geschwindigkeitsbereichen eine optimale aerodynamische Umströmung des Fahrzeugfrontbereichs möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen baulich besonders einfach gestalteten und zuverlässig wirksamen verstellbaren Frontdiffusor für ein Fahrzeug zu schaffen.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen verstellbaren Frontdiffusor, der gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße verstellbare Frontdiffusor weist eine Klappenanordnung auf. Diese weist eine um eine fahrzeugbugseitige, karosseriefeste Achse schwenkbare Klappe und einen fest mit dieser verbundenen Klappenhebel auf. Ferner weist der erfindungsgemäße Frontdiffusor einen Antrieb für die Klappenanordnung auf, wobei der Antrieb ein mittels eines Elektromotors antreibbares, axial festgelegtes Spindelelement und einen in diesem gelagerten Schlitten aufweist. Hierbei liegt der Schlitten lose am Klappenhebel an und es wirken Federmittel, entgegen der Einwirkung des Schlittens auf die Klappenanordnung, auf die Klappenanordnung ein.
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Bei dem Frontdiffusor erfolgt somit die Verstellung der Klappe mittels der Spindel. Hierbei ist die Klappenanordnung nicht fest mit dem Schlitten verbunden, sondern es liegt diese lose am Klappenhebel an. Da die Federmittel auf die Klappenanordnung einwirken, bedingt dies, dass die Klappenanordnung, konkret der Klappenhebel, gegen den Schlitten gedrückt wird.
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Die Entkopplung von Schlitten und Klappenhebel hat den Vorteil, dass bei einer Einwirkung auf die Klappe, die nicht über den Klappenhebel erfolgt, beispielsweise wenn beim Fahren ein Gegenstand, insbesondere ein Stein oder ein Eisbrocken gegen die Klappe gelangt, diese ausweichen kann, womit sich entgegen der Kraft der Federmittel der Klappenhebel vom Schlitten weg bewegt und, nachdem das Hindernis die Klappe passiert hat, die Federmittel den Klappenhebel wieder gegen den Schlitten ziehen.
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Der Frontdiffusor lässt sich zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung verstellen. In der geschlossenen Stellung ist die Klappe im Wesentlichen in Verlängerung des Unterbodens des Fahrzeugs angeordnet, während die Klappe in der geöffneten Stellung nach oben weggeschwenkt ist und demzufolge in diesem Bereich eine Erweiterung des Querschnitts zwischen der Klappe und dem Boden, auf dem das Fahrzeug sich befindet, zu verzeichnen ist. Hierdurch ändern sich die Druckverhältnisse unterhalb der Klappe dahingehend, dass bei geöffneter Klappe unterhalb der Klappe ein Unterdruck erzeugt wird.
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Durch das Verstellen des Frontdiffusors, somit durch Verstellen der Klappe, lassen sich nicht nur die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs ändern, sondern es ist auch eine gezielte Umlenkung der Strömung im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs möglich. So kann die Strömung gezielt in den Bereich einer Bremsscheibe eines Vorderrades des Fahrzeugs umgelenkt werden, um diesen Bereich der Bremse zu kühlen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass fahrzeugbugseitig der Achse der Klappe eine flexible Platte im Unterboden, insbesondere einer Unterbodeneinheit des Fahrzeugs gelagert ist, und die Platte auf der dem Klappenhebel abgewandten Seite der Klappe mit der Klappe verbunden ist. Hierdurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Führung der Strömung stromaufwärts der Klappe erreichen. Die Klappe ist nach unten abgedeckt, sodass sich ein homogenes Gebilde durch die flexible Platte ergibt. Bei dieser flexiblen Platte handelt es sich insbesondere um eine Weichkomponente, die am Unterboden bzw. der Unterbodeneinheit aufgespannt ist. Somit kann die Platte eine Verformung ohne Dehnung und Stauchung gewährleisten.
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Vorzugsweise ist die flexible Platte mit der Klappe im Bereich deren dem Fahrzeugbug abgewandten Endes verbunden. Die flexible Platte erstreckt sich somit bis zum hinteren Ende der Klappe.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Klappe im Bereich deren dem Fahrzeugbug abgewandten Endes mit einem mehrteiligen, plattenförmigen Abschirmelement verbunden ist, das mit einem der Klappe abgewandten Ende stationär gelagert ist, insbesondere in einem Radkastengehäuse des Fahrzeugs gelagert ist. Dieses Abschirmelement kann der Ein- und Ausfahrbewegung der Klappe bei deren Öffnen und Schließen folgen und stellt hierbei sicher, dass der Bereich des Frontdiffusors, der die Klappenanordnung aufweist, nicht frei zugänglich ist, insbesondere durch Schmutz, Schnee usw., der vom Vorderreifen des Kraftfahrzeugs in den Bereich des Abschirmelements getragen wird. Hierdurch ist eine sichere Funktionalität der Antriebskomponenten des Frontdiffusors sichergestellt, da diese nicht verschmutzen.
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Das Abschirmelement weist insbesondere zwei Abschirmteile auf, die scharnierartig miteinander verbunden sind, wobei eine Scharnierachse parallel zur Schwenkachse der Klappe angeordnet ist. Es wird somit eine baulich besonders einfache Gestaltung vorgeschlagen, mit zwei Abschirmteilen, die in der geöffneten Stellung des Frontdiffusors aufeinanderliegen und in der geschlossenen Stellung des Frontdiffusors in einem stumpfen Winkel zueinander, insbesondere nahezu gestreckt angeordnet sind.
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Baulich besonders einfach lässt sich der Frontdiffusor gestalten, wenn die Federmittel auf die Klappe einwirken. Die Federmittel können auf unterschiedlichste Art und Weise beschaffen sein. Es handelt sich insbesondere um Druckfedern, vorzugsweise Schraubendruckfedern. Die Druckfedern, insbesondere Schraubendruckfedern, sind insbesondere axial geführt, da sie einen veränderlichen Abstand zwischen Klappe und Gehäuse zu überbrücken haben. Insbesondere sind die Federmittel durch zwei Druckfedern gebildet. Diese sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.
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Zweckmäßig stützen sich die Federmittel an einem Gehäuse und der Klappe ab. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn der Klappenhebel eine Öffnung in dem Gehäuse durchsetzt, und den Klappenhebel, in dessen Bereich zwischen Gehäuse und Klappe, ein Dichtelement, insbesondere ein als Faltenbalg ausgebildetes Dichtelement umgibt. Auch diese Gestaltung trägt dazu bei, dass eine Verschmutzung der Klappenanordnung in dem zwischen Gehäuse und Klappe befindlichen Bereich weitgehend ausgeschlossen ist.
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Unter dem Aspekt der Ausbildung des Antriebs des Frontdiffusors wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Schlitten durch eine von der Spindel durchsetzte Spindelmutter gebildet ist. Somit kann mit einfachen baulichen Mitteln die Übertragung der axialen Bewegung der Spindelmutter auf den Klappenhebel erfolgen.
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Der Elektromotor wirkt vorzugsweise über ein Zahnradgetriebe mit der Spindel zusammen. Vorzugsweise ist mit der Ausgangswelle des Elektromotors ein Ritzel drehfest verbunden, das mit einem relativ größeren Zahnrad kämmt, wobei das Zahnrad drehfest mit der Spindel verbunden ist.
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Der Klappenhebel ist insbesondere abgewinkelt ausgebildet, vorzugsweise in einem Winkel von 80 bis 100°, insbesondere von 90°.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Schlitten mindestens eine Laufrolle aufweist, die am Klappenhebel anliegt und demzufolge während der Relativbewegung von Schlitten und Klappenhebel am Klappenhebel abläuft. Insbesondere liegt die mindestens eine Laufrolle in der vollständig geöffneten Stellung des Frontdiffusors im Bereich der Abwinkelung am Klappenhebel an. Hierdurch ist die Laufrolle in dieser Position weitgehend festgelegt, und somit auch der Klappenhebel.
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Um ein optimales Ablaufen des Schlittens auf dem Klappenhebel zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass der Klappenhebel in dem Kontaktbereich mit dem Schlitten mit einer eine Laufbahn bildenden Auflage versehen ist.
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Zum Überwachen der beiden Endlagen der Klappe ist vorzugsweise ein Lagesensor vorgesehen. Dieser dient dem Erfassen zumindest der Endpositionen der Klappenanordnung, insbesondere des Klappenhebels.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
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1 einen Schnitt durch den erfindungsrelevanten Bereich eines Fahrzeugs, in Längserstreckung des Fahrzeugs und senkrecht zu dessen Unterboden geschnitten, veranschaulicht für die geschlossene Stellung des verstellbaren Frontdiffusors,
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2 für den in 1 markierten Teilbereich die geöffnete Stellung des Frontdiffusors,
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3 einen Teilbereich einer Unterbodeneinheit mit Gehäuse, wobei die Unterbodeneinheit der Aufnahme des verstellbaren Frontdiffusors dient, bei abgenommenen Gehäusedeckel,
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4 eine Ansicht des Gehäuses und des verstellbaren Frontdiffusors, in Richtung des Fahrzeugbugs gesehen, bei entferntem Abschirmelement,
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5 eine Draufsicht der Unterbodeneinheit des Fahrzeugs,
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6 eine Unteransicht der Unterbodeneinheit gemäß 5 mit veranschaulichter, mit der Klappe verbundener flexibler Platte und dem Abschirmelement,
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7 eine Ansicht gemäß 4, mit veranschaulichtem Abschirmelement.
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Veranschaulicht ist für einen Unterbodenbereich eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, eine Unterbodeneinheit 1 mit einem Gehäuse 2, das einen verstellbaren Frontdiffusor 3 aufnimmt. Der Frontdiffusor 3 weist eine Klappenanordnung 4 auf. Diese weist eine um eine fahrzeugbugseitige, karosseriefeste Achse 5 schwenkbare Klappe 6 und einen fest mit der Klappe 6 verbundenen Klappenhebel 7 auf. Der Frontdiffusor 3 weist ferner einen Antrieb 8 für die Klappenanordnung 4 auf. Der Antrieb 8 weist eines mittels eines Elektromotors 9 antreibbares, axial festgelegtes Spindelelement 10 und einen in diesem gelagerten Schlitten 11 auf. Der Schlitten 11 liegt lose, bezüglich des Klappenhebels 7 nicht drehbar, an diesem an. Ferner sind Federmittel 12 vorgesehen, die, entgegen der Einwirkung des Schlittens 11 auf die Klappenanordnung 4, auf die Klappenanordnung 4 einwirken.
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Fahrzeugbugseitig der Achse 5 der Klappe 6 ist eine flexible Platte 13, die eine Weichkomponente bildet, in dem Unterboden des Fahrzeugs, konkret in der Unterbodeneinheit 1 gelagert. Hierbei ist die Platte 13 mit einem bugseitigen Ende in einen Schlitz 14 der Unterbodeneinheit 1 eingesteckt und dort mittels einer Klemmleiste 15 fixiert. Die Platte 13 ist auf der dem Klemmhebel 7 abgewandten Seite der Klappe 6 mit der Klappe 6 verbunden. Konkret erfolgt die Verbindung in einem hinteren Bereich der Klappe 6. Die flexible Platte 13 ist somit mit der Klappe 6 im Bereich deren dem Fahrzeugbug abgewandten Endes verbunden. Die Platte 13 deckt demnach einen Teilbereich der Unterbodeneinheit 1 ab und es erstreckt sich die Klappe 6 über die gesamte Breite der Platte 13.
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Die Klappe 6 ist im Bereich deren dem Fahrzeugbug abgewandten Endes mit einem zweiteiligen plattenförmigen Abschirmelement 16 verbunden. Das Abschirmelement 16 ist mit einem der Klappe 6 abgewandten Ende stationär gelagert, konkret in der Unterbodeneinheit 1, und zwar benachbart einem Radkastengehäuse des Fahrzeugs. Die beiden Teile 17, 18 des Abschirmelements 16 sind scharnierartig miteinander verbunden. Eine Scharnierachse der Teile 17, 18 ist parallel zur Schwenkachse der Klappe 6, somit parallel zur Achse 5 angeordnet.
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Die Federmittel 12 wirken auf die Klappe 6 ein. Hierbei sind die Federmittel 12 durch zwei Schraubendruckfedern gebildet. Diese sind mittels stiftartigen Vorsprüngen 19 geführt, die mit der Klappe 6 verbunden sind und das Gehäuse 2 durchsetzen. Die Schraubendruckfedern stützen sich am Gehäuse 2 und an der Klappe 6 ab.
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Der Klappenhebel 7 durchsetzt eine Öffnung 20 im Gehäuse 2. Ein als Faltenbalg ausgebildetes Dichtelement 21 umgibt den Klappenhebel 7 in dessen Bereich zwischen Gehäuse 2 und Klappe 6. Das Gehäuse 2 ist mittels eines Deckels 31 verschließbar.
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Der Schlitten 11 ist durch eine von dem Spindelelement 10 durchsetzte Spindelmutter gebildet. Der Elektromotor wirkt über ein Zahnradgetriebe 22 mit dem Spindelelement 10 zusammen. Hierbei ist mit einer Ausgangswelle 23 des Elektromotors 9 ein Ritzel 24 drehfest verbunden, das mit einem relativ großen Zahnrad 25 kämmt, wobei das Zahnrad 25 drehfest mit dem Spindelelement 10 verbunden ist.
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Der Klappenhebel 7 ist abgewinkelt ausgebildet, insbesondere in einem Winkel von ungefähr 90°. Demzufolge weist der Klappenhebel 7 zwei Abschnitte 26 und 27 auf, wobei der Abschnitt 27 mit der Klappe 6 fest verbunden ist. Der Schlitten 11 weist beidseitig Laufrollen 28 auf, die um eine parallel zur Achse 5 angeordnete Achse drehbar sind. Über die beiden Laufrollen 28 liegt der Schlitten 11 an einer Laufbahn 29 des Klappenhebels 7 an. Der Klappenhebel 7 ist somit im Bereich der beiden Abschnitte 26, 27 in dem Kontaktbereich mit den Laufrollen 28 mit einer die Laufbahn 29 bildenden Auflage versehen. Aufgrund dieser Ausbildung ist der Schlitten 11 nicht drehbar im Klappenhebel 7 gelagert.
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In der vollständig geöffneten Stellung des Frontdiffusors 3, wie es in 2 veranschaulicht ist, liegt der Schlitten 11 mit seinen beiden Laufrollen 28 im Bereich der Abwinkelung des Klappenhebels 7 an diesem an. Die Klappe 6 ist weitreichend in Richtung des Spindelelements 10 verschwenkt, womit die Platte 13 in ihrem unteren Bereich zum Spindelelement 10 hin gekrümmt ist und sich unterhalb der Platte 13 eine Querschnittserweiterung ergibt.
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1 zeigt den Frontdiffusor 3 in seiner vollständig geschlossenen Position. Hierbei ist die Klappe 6 nahezu horizontal angeordnet und es ist aufgrund der Rückschwenkung der Klappe 6 die flexible Platte in einer im Wesentlichen ebenen Position. Der Durchströmquerschnitt unterhalb der Unterbodeneinheit 1 ist somit in deren hinteren Bereich nicht vergrößert.
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Die Unterbodeneinheit 1 bzw. der Frontdiffusor 3 sind benachbart einem nicht veranschaulichten Vorderrad des Kraftfahrzeugs, vor diesem sowie zum Fahrzeuginneren versetzt angeordnet. Bei geöffnetem Frontdiffusor 3 wird durch diesen strömende Luft auch gezielt in Richtung der diesem Vorderrad zugeordneten Bremsscheibe bzw. Bremse geleitet, um zusätzlich Kühleffekte zu bewirken.
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Um feststellen zu können, in welcher Position sich der verstellbare Frontdiffusor 3, somit der Klappenhebel 7 befindet, ist zusätzlich ein Lagesensor 30 zum Erfassen zumindest der Endpositionen der Klappenanordnung 4 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Unterbodeneinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Verstellbarer Frontdiffusor
- 4
- Klappenanordnung
- 5
- Achse
- 6
- Klappe
- 7
- Klappenhebel
- 8
- Antrieb
- 9
- Elektromotor
- 10
- Spindelelement
- 11
- Schlitten
- 12
- Federmittel
- 13
- Platte
- 14
- Schlitz
- 15
- Klemmleiste
- 16
- Abschirmelement
- 17
- Teil
- 18
- Teil
- 19
- Vorsprung
- 20
- Öffnung
- 21
- Dichtelement
- 22
- Zahnradgetriebe
- 23
- Ausgangswelle
- 24
- Ritzel
- 25
- Zahnrad
- 26
- Abschnitt
- 27
- Abschnitt
- 28
- Laufrolle
- 29
- Laufbahn
- 30
- Lagesensor
- 31
- Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011005505 U1 [0002]
- DE 102011018445 A1 [0003]
